§ 125. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК (ч. 2)
В большинстве случаев станции глубокого заложения расположены не настолько глубоко в коренных породах, чтобы можно было ожидать образования естественного разгружающего свода. Например, не удовлетворяется условие применимости гипотезы проф. Протодьякокова Н ≥ h (высота слоя устойчивых пород не менее чем в два раза должна превышать высоту вывала) или над выработкой залегают слабые породы. Поэтому конструкцию станции приходится рассчитывать на давление от веса всех пород, залегающих над ней, т.е. горное давление принимают пропорциональным величине заглубления конструкции (рис. 465).
В практике могут встретиться случаи, когда заглубление станции в устойчивые коренные породы достаточно для образования естественного разгружающего свода высотой h1. Тогда естественный свод должен быть рассчитан по состоянию предельного равновесия; при этом необходимы натурные исследования устойчивости породы в разведочных выработках.
Свод (рис. 466) нагружен давлением вышележащих слабых пород q и собственным весом g. Сделаны следующие допущения: в замке свода и его пятах внутренние силы находятся на границах ядер сечения; эпюра напряжений в замковом сечении — треугольная. Расчет выполняется на 1 пог. м по длине выработки.
Величина распора в своде
,
(264)где q — нагрузка на свод от давления вышележащих слабых пород; g — нагрузка от собственного веса свода; L — расчетный пролет свода; h3 — расчетная высота свода.
Напряжения в верхнем волокне замкового сечения
,(265)где h2 — толщина разгружающего свода в замковом сечении.
Для обеспечения запаса прочности свода необходимо выполнение условия
,(266)где R — расчетное сопротивление породы сжатию; k — коэффициент, больший единицы, обеспечивающий запас прочности свода.
Если натурные исследования и расчет свода убеждают в достаточной его прочности, вертикальное нормативное давление на конструкцию станции определяют так же, как при сводообразовании.
Если станция располагается в крепких породах и над нею образуется естественный разгружающий свод, то боковое давление на конструкцию отсутствует. Как и при расчете большинства других тоннельных конструкций, необходимо иметь в виду, что боковое давление улучшает условия их работы.
Поэтому неучет бокового давления увеличивает запас прочности конструкции и при малых его значениях вполне допустим.
Нагрузка от гидростатического давления на конструкцию отнесена к числу постоянных, хотя величина ее в различные периоды существования станции изменяется от нулевых до максимальных значений. Так, в период постройки, когда герметизация обделки не выполнена или не закончена, гидростатическое давление на конструкцию практически отсутствует.
После полной герметизации станционной обделки гидростатическое давление достигает максимальных значений. Поэтому при расположении станции в водоносных породах конструкцию необходимо рассчитывать как на максимальное гидростатическое давление, так и на минимальное. Второй случай практически означает отсутствие давления воды.
Для обделок кругового очертания нагрузка от гидростатического давления близка к рациональной: в обделке возникают сжимающие силы, которые уменьшают внецентренность работы сечений конструкции, вызванную нагрузкой от горного давления. Следовательно, до определенных пределов нагрузка от гидростатического давления улучшает работу круговых станционных обделок; менее выгодным будет случай отсутствия гидростатического давления.
Однако в конструкции станции есть элементы, работа которых подобна работе плоских плит, например спинки тюбингов или плита плоского лотка. Под действием гидростатического давления в этих элементах будут возникать изгибающие моменты, и невыгодным для их работы будет случай максимального гидростатического давления.
При расчете на гидростатическое давление горное давление определяют с учетом взвешенности породы в воде.
Собственный вес обделки в сравнении с нагрузкой на станцию от горного давления составляет обычно небольшую величину. Если его значение не превышает 5 % нагрузки горного давления, то собственный вес обделки в расчете учитывать не следует. Однако в так называемой монтажной стадии, когда еще не обеспечена совместность работы породы и обделки, нагрузка от собственного веса и веса оборудования может вызвать существенные внутренние усилия и деформации. Усилия, полученные при расчете по монтажной стадии, необходимо суммировать с усилиями из расчета обделки по эксплуатационной стадии, как рекомендовано в главе 19.
Нагрузку от веса подвижного состава не учитывают при расчете конструкций станций глубокого заложения, так как эта нагрузка невелика и благодаря заполнению бетоном лотковой части распределяется по значительной поверхности нижнего участка обделки и подстилающей породы.