книги / Расчет крепи капитальных горных выработок

*

Рис. 93. Номограмма для определе­ ния относительных толщин слоев

двухслойной крепи, состоящей из бетона и тонкой внутренней сталь-

- 0,0/

0 ,0 5 -

L0

201

Здесь А о и 2?0 — параметры паспорта несущей способности бе­

тонного слоя (26.2).

При известных значениях р 0 и р 2 и расчетном сопротивлении бетона толщина слоев крепи может быть определена по номограмме (рис. 93).

Для оценки эффекта включения в конструкцию крепи тонкостен­ ной стальной оболочки в табл. 29 дан сравнительный расчет пара­ метров паспортов несущей способности трех различных видов крепи. Из таблицы следует, что тонкая стальная оболочка существенно повышает способность крепи воспринимать неравномерные нагрузки.

Если внутренний слой крепи в виде тонкостенной стальной оболочки испытывает давление воды, фильтрующейся через наруж­ ный бетонный слой, то расчет крепи производится в следующем порядке:

1 ) разрабатывается конструкция крепи и принимается толщина

слоев на основании конструктивных и технологических соображений; 2) определяются величины W и а по номограммам (см. рис. 90

и91);

3)определяется расчетная характеристика нагрузок р 0 + а р ь;

4)определяются расчетные относительные толщины слоев по номограмме (см. рис. 93);

5)по расчетным толщинам слоев вновь определяются величины W и а по номограммам (см. рис. 90 и 91) и определяется расчетная

характеристика нагрузок р 0 + а р в; 6) сравниваются расчетные характеристики нагрузок по пунктам

3 и 5; если последняя характеристика меньше предыдущей, то при­ нимаются толщины слоев по пункту 4;. если это условие не выпол­ няется, то весь расчет повторяется*

Расчет крепи из железобетонных колец с внешним бетонным заполнением

Несущая способность такой крепи определяется прочностью внутреннего железобетонного кольца. Параметры паспорта несущей

202

«способности крепи при прочной связи ее с породами могут быть определены по приближенным формулам:

При заданных значениях характеристик нагрузок р 0 и р 2, изве­

стном отношении модулей деформации материалов слоев ^ и извест-

ных величинах т 2 и Л и толщина железобетонного слоя может быть

§ 27. РАСЧЕТ КОМБИНИРОВАННОЙ ДВУХСЛОЙНОЙ КРЕПИ, СОСТОЯЩЕЙ ИЗ БЕТОНА И ЧУГУННЫ Х ТЮБИНГОВ

Такая крепь часто применяется в вертикальных шахтных ство­ лах в тяжелых горно-геологических условиях. По-видимому, впер­ вые комбинированная чугунно-бетонная крепь была применена в 1855 г. в стволах Хиберния I и II.

Как и в рассмотренных выше случаях, в качестве расчетных примем нагрузки (24.13). В результате взаимодействия бетонного слоя с тюбинговым последний будет испытывать нагрузки (24.2) при к = 2 . Для определения коэффициентов передачи нагрузок

через слой бетона на чугунные тюбинги воспользуемся выражениями для радиальных и тангенциальных перемещений внутреннего кон­

203

Приравнивая перемещения внутреннего контура бетонного кольца и тюбингового кольца, получим коэффициенты передачи нагрузок:

Несущая способность комбинированной чугунно-бетонной крепи определяется прочностью чугунных тюбингов. Силовые факторы в тюбинговом кольце находятся из выражений:

Максимальные нормальные напряжения, действующие в полках

Окончательно несущая способность комбинированной крепи опре­

Параметры паспорта несущей способности могут быть также опре­ делены по приближенным формулам:

4 = 100Д И "(-0,49тг + 0,994) £ + 2 0 , Зго2 +0,386 | ;

204

Г л а в а VII

РАСЧЕТ МНОГОСЛОЙНОЙ КРЕПИ ВЫРАБОТОК

КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ

§ 28. РАСЧЕТ ТРЕХСЛОЙНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ КРЕПИ

Расчет трехслойной комбинированной (сталебетонной) крепи строится на тех же принципах, что и расчет двухслойной крепи.

Трехслойная крепь выполняется, как известно, из двух концен­ трических стальных цилиндров — оболочек, пространство между которыми заполнено бетоном, прочно связанным с этими оболочками (рис. 95, табл. 30). Бетонное заполнение находится в условиях объемного напряженного состояния, что увеличивает его сопротивле­ ние и деформативную способность, а стало быть, и несущую способ­ ность крепи в целом.

Т а б л и ц а 30

Наиболее неблагоприятными являются условия работы внутрен­ него слоя крепи, а также примыкающей к нему части бетонного заполнения. Можно представить себе два варианта начала разру­ шения крепи:

1 ) потеря устойчивости тонкой стальной оболочки, вследствие

чего контактирующая с ней часть слоя бетона переходит из объемного

206

устойчивости этой оболочки и деформации всей крепи. О таком характере разрушения свидетельствуют результаты исследования

Согласно § 19, эти нагрузки определяются выражениями:

в свою очередь, связаны с нагрузками на крепь зависимостями:

207

Подставляя выражения (28.3) в (28.2), получим:

Таким образом, для расчета трехслойной крепи необходимо определить десять коэффициентов, характеризующих передачу на­ грузок от одного слоя к другому. Зная контактные напряжения p i2),

на основании конструктивных соображений принимаются раз­ меры и материал (соотношение модулей упругости) слоев крепи; определяются коэффициенты передачи нагрузок и контактные

напряжения; производится расчет внутренней стальной оболочки на проч­

ность и устойчивость; на основании расчета в первоначальный проект вносятся при

необходимости коррективы и производится повторный расчет коэф­ фициентов передачи нагрузок и контактных напряжений;

производится проверка прочности бетонного заполнения и. опре­ деление необходимой марки бетона;

производится проверка прочности контактов между слоями и расчет необходимых связей.

Расчет коэффициентов передачи нагрузок должен быть возможно более простым.

Коэффициенты передачи нагрузок. Выражения для определения коэффициентов передачи нагрузок через внешнюю стальную обо­ лочку на бетонное заполнение получим на основании выражений (19.12) и (19.14):

- 2 [JCJ" (3ct + 2c\ -f 3) - K $ c \ (3c? -I- 1)J;

208

а — с\ ^С2 “Ь 9<4 + 1 — (с| — I)3+

+1г(т|^т)3L1~Зс|+9с|+с‘+1(4-1)3|-

-2 [ Я ‘У (4 + 3 )-2 Я < » С?];

Р/== с2 Зс| + 9с\ + 1 — 4* (cf — I)3+

^-21К|^)3сз(3с|+1>;

6 ' = - 2 | f - ( f c f ) 3cl ( 3 + 4 );

Коэффициенты передачи нагрузок через слой бетона на внутрен­ нюю стальную оболочку определяются до формулам (24.3)—(24.5).

, Несущая способность крепи. Несущая способность трехслойной крепи определяется прочностью бетонного слоя и при прочной связи крепи с породами характеризуется выражением

где ф — угол внутреннего трения бетона.

На основании этого выражения можно построить паспорт несущей способности трехслойной крепи по допускаемым сжимающим напря-

209

жениям (см. рис. 80, прямая 7). Параметры паспорта можно тацже определить по следующим приближенным формулам:

Л 1 = Л 0 4- jRH{35m! (1 — Зт2) - f 10т ъ11 — 1,5 (т2+ 10то3)]}; (28.11) В1= В 04- /?и {Юш! (12ттг2— 1) -f 30m3 [1 — 1,5 (т2+ Юлг3)]},

где А о и В о — параметры паспорта несущей способности бетонного слоя (26.2).

При рациональном выборе параметров крепи и полном исполь­ зовании ее несущей способности должно выполняться соотношение

Внутренняя стальная оболочка при недостаточной ее связи

сбетоном уязвима с точки зрения возможности потери устойчивости (см. § 17). Для обеспечения совместной работы внутренней оболочки

сбетоном необходимо в конструкции крепи предусматривать спе­ циальные связи.

Роль внутренней и внешней стальной оболочки в обеспечении высокой несущей способности крепи следует из § 26. Внутренняя оболочка меняет вид напряженного состояния бетона на внутренней поверхности бетонного слоя. Вместо плоского напряженного состоя­ ния (без стальной оболочки) мы имеем дело с объемным напряжен­ ным состоянием. Внешняя стальная оболочка существенно умень­ шает коэффициент неравномерности нагрузок при передаче их на слой бетона.

Из сравнения параметров паспорта несущей способности трехслойной крепи с параметрами однослойной и двухслойной (см. табл. 29) следует, что тонкие стальные слои значительно повышают способ­ ность крепи выдерживать неравномерные нагрузки (в условиях приведенного примера В возрастает для трехслойной крепи по сравнению с однослойной в 3 раза и в 1,5 раза по сравнению с двух­ слойной).

§29. РАСЧЕТ МНОГОСЛОЙНОЙ КРЕПИ

Впрактике сооружения выработок довольно часто встречаются конструкции крепи, состоящей из четырех и более слоев. Например, при проходке вертикальных стволов бурением в стволе может быть возведена колонна трехслойной крепи, а зазор между крепью и поро­ дой затампонирован твердеющей массой. В слабых, обводненных, легко деформируемых породах возведение постоянной крепи стволов (например, трехслойной) может производиться под защитой времен­ ной крепи (кирпичной, блочной или монолитной бетонной), которая после тампонажа зазора между нею и постоянной крепью становится элементом многослойной крепи и вовлекается в совместную работу слоев.

210