§ 107. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПОДВОДНЫХ ТОННЕЛЕЙ ИЗ ОПУСКНЫХ СЕКЦИИ (ч. 2)
К числу особых внешних силовых воздействий на тоннель относится нагрузка от затонувшего судна.
В водоемах, ширина которых в несколько раз превышает расчетную длину судна, последнее может занять относительно тоннеля любое положение. Самым невыгодным будет расположение корабля непосредственно над тоннелем и вдоль него, когда вся тяжесть судна передается на опускные секции. Этот случай чрезвычайно редкий и в более чем полувековой практике эксплуатации подводных тоннелей еще не встречался. Возможность его возникновения должна быть установлена методами теории вероятностей.
В сравнительно узких руслах возможно расположение затонувшего судна поперек тоннеля под углом, близким к прямому. Необходимо установить, какая часть веса корабля передается на дно водоема и какая часть — на перекрытие тоннеля. Это зависит от соотношения податливостей грунта и конструкции. Очевидно, чем тверже грунт, тем меньшая доля нагрузки будет передана на тоннель. Нагрузка от давления грунта на подводный тоннель может изменяться по его длине. В береговых частях вне русла она значительно превышает соответствующую нагрузку на русловую часть тоннеля. В связи с возможным изменением нагрузки и свойств грунта основания по длине тоннеля необходимо выяснить его работу в продольном направлении. Воздействие нагрузки от затонувшего судна также требует учета продольной работы конструкции.
Простейшей расчетной схемой для подводного тоннеля, позволяющей выявить продольные внутренние усилия в конструкции, является схема балки на упругом основании. В зависимости от способа соединения элементов тоннеля можно принять балку свободно лежащей или шарнирно опертой по торцам. Случай балки с защемленными концами имеет меньшее практическое значение. На рис. 383 под схемой тоннеля (рис. 383, а) показана схема свободно лежащей балки на упругом основании (рис. 383, б). Нагрузка на балку в русловой части постоянная (q), затем в береговой части с увеличением глубины засыпки нагрузка возрастает до максимума (q1) и к концам балки снова снижается (q2). Если в начале берегового участка тоннеля сделаны осадочные швы, то рекомендуется другая схема (рис. 383, в). Для подводных тоннелей наибольшее практическое значение имеет схема бесконечно длинной балки.
Однако расчет по схеме балки не дает представления о работе опускных секций в поперечном направлении.
Для определения внутренних поперечных усилий можно воспользоваться схемой плоской рамы (рис. 384), выделив по длине конструкции 1 пог. м. Расчет по плоской схеме справедлив для участков тоннеля значительной протяженности при неизменных нагрузках и однородном основании (см. рис. 384). Здесь, как и для расчета других тоннельных конструкций методом перемещений, распределенное упругое основание заменено упругими опорами (пружинками), поставленными на концах стержней системы. Эпюры нагрузок (q, q1 и р) представляют собой суммарное воздействие давления воды, грунта и собственного веса конструкции. Недостаток плоской расчетной схемы состоит в том, что она не позволяет учесть работы смежных сечений, поэтому внутренние усилия определяются со значительным запасом.
Более исчерпывающие сведения дает расчет опускных секций по схеме оболочки, лежащей на упругом основании. И здесь в зависимости от соединения элементов тоннеля опирание торцов принимают шарнирным, свободным или защемленным. Расчет оболочки позволяет получить внутренние усилия в конструкции как в продольном, так и в поперечном направлении.
Расчеты секций подводного тоннеля, особенно по схеме оболочки, отличающиеся большой сложностью, необходимо проводить при помощи ЭЦВМ.