§ 155. ОСОБЕННОСТИ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СТАТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИЙ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ТОННЕЛЕЙ

Статический расчет обделок безнапорных гидротехнических тоннелей мало отличается от расчета конструкций транспортных тоннелей. Отличие заключается в необходимости учета в основных сочетаниях нагрузок на обделку внутреннего давления воды, проходящей в тоннеле. Несущая конструкция должна быть рассчитана на нагрузку от горного давления и внешнее давление на обделку подземных вод.

Допускается снижение гидростатического напора подземных вод устройством дренажа внутрь безнапорного тоннеля.

Обделки напорных тоннелей и турбинных водоводов рассчитывают на внутреннее давление воды по схеме цилиндрических труб в упругой среде на основе решений акад. Б.Г. Галеркина.

Расчетные формулы для многослойных и железобетонных обделок выведены рядом исследователей (В.Л. Федоров, С.К. Шаншиев, А.А. Лосаберидзе). При выводах формул решалась осесимметричная задача теории упругости; материал каждого слоя обделки и горная порода приняты однородными и изотропными.

Существующие точные методы расчета могут быть признаны таковыми до некоторой степени условно, так как в оценке упругих свойств материалов обделки и породы принимают известные допущения.

Ниже приведен упрощенный метод расчета железобетонных и комбинированных обделок, разработанный канд. техн. наук Г.И. Чилингаришвили. Метод заключается в приведении многослойной оболочки к однослойной.

,
(284)

где Ei и hi — модуль упругости и толщина i-го слоя n-слойной обделки.

Сумма в знаменателе формулы (284) представляет собой полную толщину обделки

,
(285)

где rн и rв — соответственно наружный и внутренний радиусы обделки.

Имея величины E и h, можно определить приведенное напряжение на любом расстоянии r от оси тоннеля, как в однослойной конструкции, по формуле

,
(286)

где р — внутреннее равномерное давление воды, кгс/см2; rн — наружный радиус обделки, см;

;

Приведенный модуль упругости материала многослойной обделки определяется формулой

;
(287)

А — фактор упругих характеристик по С.К. Шаншиеву; Eб — модуль упругости бетона в бетонной или железобетонной конструкции, кгс/см3; μб — коэффициент поперечной деформации для бетона; k0 — коэффициент удельного упругого отпора по Г.Г. Зурабову и О.Е. Бугаевой, кгс/см3.

Под коэффициентом удельного упругого отпора понимают отпор породы в цилиндрической выработке радиусом r0 = 1 м.

Зависимость между коэффициентом удельного упругого отпора k0 и расчетным коэффициентом упругого отпора k (кгс/см3) для выработки радиусом r выражается формулой

.
(288)

По Б.Г. Галеркину, для цилиндрической трубы имеем

,
(289)

где Еп — модуль упругости, кгс/см3; μ0 — коэффициент поперечной деформации породы.

Подставляя выражение (289) в (288), получим

.
(290)

Переход к расчетным напряжениям на расстоянии r от оси тоннеля в i-м слое выполняют по формуле

.
(291)

При выполнении расчетов удобнее сначала находить максимальное приведенное напряжение у внутренней поверхности обделки σ.

В расчете используют вспомогательные коэффициенты, определяемые отношениями:

;
(292)
.
(293)

где σ'т и σ"т — напряжения в железоторкретном слое соответственно по внутренней и наружной поверхностям. Коэффициенты ηн и ηс удобно определять по графикам рис. 568 в зависимости от значений и .

Здесь за h при нахождении ηн принимается полная толщина обделки, а при нахождении ηс — толщина железоторкретного кольца hт.

График для нахождения вспомогательных коэффициентов
Рис. 568. График для нахождения вспомогательных коэффициентов

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены