Министерство регионального развития российской федерации свод правил

Скачать 2.49 Mb.

Название	Министерство регионального развития российской федерации свод правил
страница	9/22
Тип	Документы

filling-form.ru > Туризм > Документы

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 ... 22

5.5 Нагрузки и воздействия

5.5.1 Виды нагрузок и воздействий

5.5.1.1 Нагрузки и воздействия по продолжительности их действия на обделки тоннелей следует подразделять согласно СП 20.13330 на постоянные и временные (длительные, кратковременные и особые).

5.5.1.2 К постоянным нагрузкам следует относить:

давление грунта;

гидростатическое давление;

собственную массу конструкций;

массу зданий и сооружений, находящихся в зонах их воздействия на обделку тоннеля;

сохраняющиеся усилия от предварительного напряжения конструкции и давления щитовых домкратов.

5.5.1.3 К длительным нагрузкам и воздействиям следует относить:

силы морозного пучения грунта;

массу стационарного оборудования,

сезонные температурные воздействия, усадку и ползучесть бетона и некоторые другие воздействия, указанные в СП 20.13330;

усилия от предварительного обжатия обделки.

5.5.1.4 К кратковременным нагрузкам следует относить:

нагрузки и воздействия от внутритоннельного и наземного транспорта;

нагрузки и воздействия в процессе сооружения тоннеля: от давления щитовых домкратов, нагнетания раствора за обделку, усилий, возникающих при подаче и монтаже элементов сборных конструкций, воздействия массы проходческого и другого строительного оборудования, воздействия водного потока и волнового воздействия на опускную секцию при транспортировании ее по воде и в процессе опускания, гидростатическое давление на свободный торец секции, сосредоточенную нагрузку от массы затонувшего судна (при условии судоходства по акватории), динамическую нагрузку от максимально возможной для данной акватории массы сбрасываемого корабельного якоря и некоторые другие, определяемые особенностями производства работ.

5.5.1.5 К особым нагрузкам следует относить сейсмические и взрывные воздействия, а также особые нагрузки, указанные в СП 20.13330, которые могут иметь отношение к проектируемому тоннелю.

5.5.2 Постоянные нагрузки

5.5.2.1 Вертикальные и горизонтальные нагрузки от давления грунта при закрытом способе работ или от других постоянных нагрузок, действующих в пределах всего пролета или всей высоты сооружения при расчетах тоннельных обделок, допускается принимать равномерно распределенными.

5.5.2.2 Для тоннелей и других объектов, сооружаемых открытым способом, величину нормативной вертикальной нагрузки от насыпного грунта следует принимать в соответствии с давлением всей его толщи над сооружением с учетом массы наземных зданий и других сооружений, строительство которых предусмотрено над данным объектом или в пределах призмы обрушения грунта.

5.5.2.3 Величины вертикальных и горизонтальных нормативных нагрузок на обделки тоннелей, сооружаемых закрытым способом, следует определять на основании результатов инженерно-геологических изысканий и накопленных экспериментальных данных о нагрузках, полученных при измерениях в аналогичных условиях строительства, с учетом возможности образования в грунтах самонесущего свода, когда Н₁  2h₁ (рисунок 1).

В особо сложных условиях строительства проектом должно быть предусмотрено проведение наблюдений за изменением напряженно-деформированного состояния обделки тоннеля (мониторинг) в процессе строительства, а при необходимости и в начальный период его эксплуатации.

0211S10-11914

$c:\users\836d~1\appdata\local\temp\ns\efc9.files\image001.jpg$

Рисунок 1 - Схема для расчета высоты свода обрушения

5.5.2.4 В неустойчивых грунтах, в которых сводообразование невозможно (водонасыщенные несвязные и слабые глинистые грунты), нагрузки следует принимать с учетом давления всей толщи грунтов над тоннельным сооружением. Нормативные вертикальную и горизонтальную нагрузки q^н и p^н, кН/м², определяют в таких случаях по формулам:

$c:\users\836d~1\appdata\local\temp\ns\efc9.files\image002.png$                                                          (5.1)

0211S10-11914

$c:\users\836d~1\appdata\local\temp\ns\efc9.files\image003.png$                                            (5.2)

где Y_i - нормативный удельный вес грунта соответствующего слоя напластования, кН/м³;

H_i - толщина соответствующего слоя напластования, м;

п - число слоев напластований;

φ^к - кажущийся угол внутреннего трения грунтового массива в пределах сечения тоннельной обделки, градус, принимаемый по опытным данным или определяемый по формуле φ^к = arctgf, где f - коэффициент крепости.

Такие же нагрузки принимают и при наличии сводообразования, если расстояние от вершины свода обрушения до земной поверхности или до контакта с неустойчивыми грунтами меньше высоты свода обрушения.

5.5.2.5 Нормативные равномерно распределенные нагрузки: вертикальную q^н и горизонтальную р^н, кН/м², в условиях сводообразования определяют по формулам:

q^н = γh₁,                                                       (5.3)

q^н = γ(h₁ + 0,5h)tg²(45° - φ^к/2),                                    (5.4)

где h₁ - высота свода обрушения над верхней точкой обделки, м (рисунок 1);

γ - нормативный удельный вес грунта, кН/м³;

h - высота выработки, м;

5.5.2.6 Высоту свода обрушения h₁ над верхней точкой обделки в условиях сводообразования (см. рисунок 1) для нескальных необводненных грунтов определяют по формуле

$c:\users\836d~1\appdata\local\temp\ns\efc9.files\image004.png$                                                         (5.5)

где L - величина пролета свода обрушения, определяемая по формуле

L = b + 2htg²(45° - φ^к/2);                                           (5.6)

f - коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова, принимаемый на основании геологических изысканий;

b - величина пролета выработки, м;

а) высоту свода обрушения h₁ над верхней точкой обделки для тоннелей, сооружаемых в глинистых грунтах на глубине более 45 м, принимают с коэффициентом, К = H/45, где Н - глубина заложения тоннеля от поверхности земли до низа тоннельной обделки, м;

б) при заложении тоннелей в глинистых грунтах, прочность которых уменьшается под влиянием поступающих подземных вод, высоту свода обрушения h₁ увеличивают до 30 %.

Коэффициенты, определенные в перечислениях а) и б), не суммируются. В расчетах принимается большее из двух значений высоты свода обрушения h₁.

5.5.2.7 Высоту свода обрушения h₁ над верхней точкой обделки в условиях сводообразования для скальных грунтов определяют по формулам:

а) для скальных грунтов, оказывающих вертикальное и горизонтальное давление:

$c:\users\836d~1\appdata\local\temp\ns\efc9.files\image005.png$                                                         (5.7)

б) для скальных грунтов, оказывающих только вертикальное давление:

$c:\users\836d~1\appdata\local\temp\ns\efc9.files\image006.png$                                                         (5.8)

где R - предел прочности грунта на сжатие «в куске» (образце), МПа;

α - коэффициент, учитывающий влияние трещиноватости массива, принимаемый по таблице 6 исходя из предела прочности грунта на сжатие «в куске» и категории массива по степени трещиноватости, которая определяется в зависимости от трещинной пустотности и густоты трещин (среднего расстояния между трещинами наиболее развитой их системы) по таблице 7 и дополнительных характеристик трещиноватости по [14].

Таблица 6

Категория массива скальных грунтов по степени трещиноватости	Коэффициент α при пределе прочности грунта «в куске» на сжатие, МПа
	10	20	40	80	160
I - практически нетрещиноватые	1,7	1,4	1,2	1,1	1,0
II - малотрещиноватые	1,4	1,2	1,0	0,9	0,8
III - среднетрещиноватые	1,2	0,9	0,7	0,6	0,5
IV - сильнотрещиноватые	0,9	0,7	0,5	0,4	0,3
V - раздробленные (разборная скала)	0,7	0,4	0,3	0,2	0,1

Таблица 7

Трещинная пустотность, %	Категория грунтов при густоте трещин, м
Трещинная пустотность, %	очень редкой (более 1,0)	редкой (1,0 - 0,3)	густой (0,3 - 0,1)	очень густой (менее 0,1)
Малая - менее 0,3	I	II	III	IV
Средняя - 0,3 - 1,0	II	III	IV	IV
Большая - 1,0 - 3,0	III	IV	V	V
Очень большая - более 3,0	IV	V	V	V
Примечания 1 При определении трещинной пустотности рыхлый или глиноподобный материал заполнения трещин не учитывается. 2 При большой и очень большой трещинной пустотности и одновременно хорошо выраженной расчлененности массива на блоки по степени трещиноватости его следует относить к категории V (раздробленным) вне зависимости от густоты трещин. 3 В условиях ожидаемого полного нарушения сплошности скальных грунтов в результате интенсивного их расслоения (кливаж) грунты следует относить к категории V. 4 При наличии поверхностей скольжения категорию грунта по степени трещиноватости следует повышать на одну ступень. 5 При трещинах, залеченных частично твердым (кристаллическим) материалом, категорию грунта по степени трещиноватости следует понижать на одну ступень, а при полностью залеченных трещинах - принимать по категории I.

Наличие горизонтального давления скального грунта устанавливается по опыту строительства в аналогичных условиях. При отсутствии аналогов расчет обделки следует выполнять в двух вариантах: при наличии горизонтального давления и без него.

5.5.2.8 Полученную по формулам, приведенным в 5.5.2.7, высоту свода обрушения скальных грунтов корректируют умножением ее на коэффициенты, учитывающие влияние следующих факторов:

а) приток воды в выработку для случаев, когда трещины заполнены рыхлым или размокаемым глиноподобным материалом, - 1,2;

б) расположение трещин наиболее развитой их системы под углом к оси тоннеля менее 45° - 1,1;

в) проходка выработок без применения буровзрывных работ - 0,8.

5.5.2.9 В случаях, когда в грунтовом массиве возможно развитие неблагоприятных для обделки процессов (проявления тектонической напряженности, пучение, ползучесть грунтов, карстово-суффозионные явления) или предполагается значительное изменение свойств или состояния грунтов в результате применения специальных способов производства работ, величины нагрузок на обделки следует устанавливать на основании специальных исследований.

5.5.2.10 При высоте свода обрушения скального грунта менее 1/6 его пролета расчет подземных конструкций следует выполнять на воздействие вывалов. Вертикальную нагрузку интенсивностью, полученной из условия сводообразования, распределяют по площади, соответствующей 1/4 пролета выработки в наиболее невыгодном для работы обделки положении.

5.5.2.11 Нормативное вертикальное горное давление в грунтах с f  4 при расстоянии от кровли выработки до дневной поверхности больше удвоенной высоты свода обрушения следует принимать равным массе грунтов в объеме, ограниченном сводом обрушения. При меньшем заглублении тоннеля горное давление принимается равным весу всей толщи грунта над ним.

5.5.2.12 Величину вертикальной нагрузки от горного давления на обделки параллельных близко расположенных тоннелей при возможности сводообразования определяют в зависимости от размеров выработок, размеров и несущей способности целиков между ними, а также от технологии производства работ:

а) при условии образования самостоятельного свода обрушения над каждой выработкой - для каждой выработки в отдельности;

б) при условии образования общего свода обрушения над выработками - как для выработки, пролет которой равен сумме пролетов всех выработок и ширины целиков между ними.

5.5.2.13 Значение нормативной нагрузки на обделку тоннеля в водонасыщенных несвязных грунтах, содержащих свободную воду, следует принимать в виде совместного действия гидростатического давления воды и давления грунта во взвешенном состоянии. При этом нормативный объемный вес взвешенного в воде грунта γ_взв, кН/м³, определяют по формуле

$c:\users\836d~1\appdata\local\temp\ns\efc9.files\image007.png$ (5.9)

где ε - коэффициент пористости грунта, определяемый по опытным данным;

γ_s - нормативный удельный вес частиц грунта, определяемый по данным лабораторных исследований, кН/м³;

γ_w - объемный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м³.

Величину гидростатического давления следует принимать с учетом максимального и минимального уровня, который установится после окончания строительства.

5.5.2.14 Величину нормативной горизонтальной нагрузки на обделки кругового очертания в глинистых грунтах текучей и пластичной консистенции, водонасыщенных грунтах, а также в грунтах, переходящих в условиях эксплуатации в разжиженное состояние, следует принимать не более 0,75 величины нормативной вертикальной нагрузки, принимаемой в соответствии с весом вышележащей толщи грунтов.

5.5.2.15 Нагрузку от веса зданий, располагаемых над тоннельным сооружением, следует принимать в зависимости от их этажности, размеров в плане и конструктивных особенностей здания.

При отсутствии проектных решений зданий нормативную нагрузку от их веса допускается применять в зависимости от их предполагаемой этажности в размере 15 кН/м² на один этаж.

При расположении зданий и других наземных сооружений в пределах призмы обрушения грунта учитывают соответствующее увеличение горизонтальной нагрузки.

5.5.2.16 Значение нормативной вертикальной нагрузки от собственного веса конструкций следует определять исходя из проектных размеров конструкций и удельного веса материалов.

Если собственный вес обделки составляет менее 5 % вертикального давления, допускается его не учитывать.

5.5.2.17 Коэффициенты надежности на постоянные нагрузки при расчетах конструкций обделок по потере несущей способности принимают по таблице 8.

Таблица 8

Вид нагрузки	Коэффициент надежности
Вертикальная от давления грунта:
от веса всей толщи грунта над тоннелем;
а) в природном залегании	1,1 (0,9)
б) насыпные	1,15 (0,9)
от горного давления при сводообразовании для грунтов:
а) скальных	1,6
б) глинистых	1,5
в) песков и крупнообломочных	1,4
от давления грунта при вывалах	1,8
Горизонтальная - от давления грунта	1,2 (0,8)
Гидростатическое давление	1,1 (0,9)
Собственный вес конструкции:
сборной железобетонной	1,1 (0,9)
монолитной бетонной и железобетонной	1,2 (0,8)
металлической	1,05
изоляционных, выравнивающих, отделочных слоев	1,3
Сохраняющиеся усилия от предварительного обжатия обделки и давления щитовых домкратов	1,3
Длительные нагрузки:
вес стационарного оборудования	1,05
температурные климатические воздействия	1,1
силы морозного пучения в грунтах	1,5
вертикальная нагрузка от мостовых и подвесных кранов	1,1
воздействие усадки и ползучести бетона	1,1 (0,9)
Примечания 1 Коэффициенты надежности принимают по каждой строке одинаковыми в пределах сооружения. 2 Коэффициент надежности, указанный в скобках, принимают в случае, когда уменьшение нагрузки приводит к более невыгодному нагружению обделки.

При расчетах конструкций на прочность и устойчивость для стадии строительства коэффициенты надежности по постоянным нагрузкам следует принимать равными 1, за исключением ограждений и анкерных креплений котлованов.

5.5.2.18 Обделки тоннелей, заложенные ниже прогнозируемого уровня подземных вод, следует рассчитывать на всплытие на расчетные нагрузки по формуле

$c:\users\836d~1\appdata\local\temp\ns\efc9.files\image008.png$ (5.10)

где ΣG - сумма всех постоянных вертикальных расчетных нагрузок с минимальными коэффициентами надежности по нагрузке, действующих на длину 1 м тоннеля;

А - площадь подошвы тоннеля на длину 1 м тоннеля;

h_w - расстояние от уровня грунтовых вод до подошвы тоннеля (без учета бетонной подготовки);

γ_w - объемный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м³;

γ_f - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным 1,2.

5.5.2.19 Нормативные нагрузки от веса слоев дорожного покрытия и расположенных на перекрытии тоннелей мелкого заложения различных инженерных коммуникаций следует определять по проектным данным, суммируя давление от веса выравнивающего, гидроизоляционного, защитного и других слоев, а также от дорожной одежды проезжей части и покрытия тротуаров.

При заложении тоннеля под путями линий железных дорог, наземных линий метрополитена или трамвая необходимо учитывать давление балласта и элементов верхнего строения пути.

5.5.3 Временные и особые нагрузки и воздействия

5.5.3.1 Нормативную временную вертикальную и горизонтальную нагрузки на обделки от наземного транспорта, коэффициенты надежности и коэффициенты динамичности следует принимать по СП 35.13330 и [13].

Нормативные временные нагрузки от подвижного состава автомобильных дорог (АК-14, НК-176, НК-80), железных дорог (СК), наземных линий метрополитена и трамвая следует определять в соответствии с положениями СП 35.13330 (раздел 2).

Воздействие временных нагрузок от транспортных средств, проезжающих по тоннелю, следует учитывать в случае объединения лотковой части тоннеля с остальными его элементами в единую рамную конструкцию или при расположении проезжей части на повышенном уровне с опиранием плиты перекрытия на стены тоннеля.

5.5.3.2 Временные нагрузки от автомобильных транспортных средств, движущихся над тоннелем мелкого заложения, следует рассматривать в соответствии с планировочной схемой и условиями движения на поверхности:

непосредственно над перекрытием;

на призмах обрушения;

над перекрытием и на призмах обрушения.

Необходимо также учитывать возможность одностороннего (несимметричного) загружения тоннеля (на части перекрытия или на одной призме обрушения) с учетом эпюры бокового отпора грунта.

5.5.3.3 Временную нагрузку от подвижного состава железных дорог следует принимать в виде объемлющих максимальных эквивалентных нагрузок (СП 35.13330).

Нагрузку от железнодорожных поездов следует учитывать при загружении тоннельной конструкции в соответствии со схемой расположения нагрузки над перекрытием и призмами обрушения и с учетом распределения ее в грунте под углом 26° к вертикали, считая от концов шпал.

5.5.3.4 Нормативную временную нагрузку от подвижного состава метрополитена следует определять в соответствии с положениями [5].

5.5.3.5 При расположении над тоннелем трамвайных путей на обособленном полотне, заезд автомобилей на которое исключен, необходимо учитывать нагрузку от поездов трамвая (СП 35.13330). Если трамвайные пути располагаются на необособленном полотне, то в качестве подвижной нагрузки следует принимать автомобильную АК, совмещая оси полос нагрузки с осями трамвайных путей.

5.5.3.6 При расчете конструкций тоннелей мелкого заложения, имеющих засыпку над ними менее 0,7 м, наряду с вертикальной временной нагрузкой необходимо учитывать горизонтальные нагрузки от ударов подвижного состава, от центробежной силы (если улица или дорога над тоннелем расположены на кривой в плане), а также от торможения и силы тяги транспортных средств в соответствии с положениями СП 35.13330, (подразделы 2.19, 2.20).

5.5.3.7 Для тоннелей, заложенных под улицами и дорогами на глубине 1,0 м и более, а также под рельсовыми путями при толщине балласта и засыпки (считая от подошвы рельса) 1 м и более динамический коэффициент следует принимать равным 1,0.

5.5.3.8 Нормативные воздействия от натяжения арматуры предварительно напряженных железобетонных конструкций определяют в соответствии с установленными в проекте максимальными значениями усилий натяжения с учетом нормативных величин потерь, на соответствующих стадиях работы. В железобетонных конструкциях помимо технологических потерь, связанных с натяжением арматуры и регулированием усилий, следует учитывать потери, вызванные усадкой и ползучестью бетона в соответствии с [7] и [8].

5.5.3.9 Воздействие сил морозного пучения грунтов на обделку в зонах знакопеременных температур следует учитывать при заложении тоннеля в увлажненных песках мелких и пылеватых, в глинистых или крупнообломочных грунтах с глинистым заполнителем, в грунтах с показателем консистенции J_L > 0 по СП 25.13330 в зависимости от степени морозной пучинистости при сезонном промерзании приконтурного слоя грунта за обделкой на глубину более 0,5 м. Консистенцию глинистых грунтов следует принимать с учетом прогноза ее изменения в стадии эксплуатации тоннеля.

Нормативную нагрузку от сил морозного пучения грунтов q_п, МПа, возникающих на контакте тоннельной обделки с промерзающим грунтом, определяют по формуле

$c:\users\836d~1\appdata\local\temp\ns\efc9.files\image009.png$ (5.11)

где q₀ ^_ равномерно распределенная нагрузка от нормальных сил морозного пучения, МПа, определяемая экспериментально и соответствующая нагрузке, которую следует приложить к поверхности пучинистого грунта для полного подавления деформаций пучения данного грунта;

l - периметр обделки по наружной поверхности, м;

F - площадь поперечного сечения выработки, м²;

h_m - расчетная глубина слоя сезонного промерзания грунта за обделкой тоннеля, м.

Коэффициент надежности по нагрузке при определении нагрузки от сил морозного пучения принимают как для нагрузки от горного давления при сводообразовании по таблице 9.

5.5.3.10 Коэффициенты надежности к временной нагрузке для других временных нагрузок или воздействий, которые следует учитывать при проектировании строительных конструкций или по условиям производства работ (вес стационарного оборудования, нагрузка от подвесного кранового оборудования, воздействие усадки и ползучести бетона и др.) следует принимать по СП 20.13330.

5.5.3.11 Сейсмическое воздействие на тоннельную обделку для сооружений, возводимых в районах (зонах) сейсмичностью 7 баллов и более, учитывают по СП 14.13330 и [11].