ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

5.1. Комбинированные конструкции крепей из сочетании анкеров с набрызгбетоном, арок с набрызгбетоном, анкеров с арками и набрызгбетоном следует рассчитывать на нагрузки, определяемые в соответствии с п. 3.26. При этом необходимую толщину набрызгбетона следует определять в соответствии с пп. 3.29, 3.30.

5.2. Обделки из набрызгбетона и анкеров рекомендуется рассчитывать как многослойные конструкции, внешний слой которых - омоноличенная (набрызгбетоном, анкерами) породная зона (рис. 15). В качестве исходных данных для расчета следует принимать: толщину породобетонного слоя h _о с усредненным модулем деформации Е₂; толщину слоя грунта, омоноличенного анкерами h_a с модулем деформации E₁; толщину набрызгбетонного покрытия h_н с модулем деформации E_н. В результате расчета определяется нормальное давление P_о и сдвигающее усилие Р_с на контакте «обделка - грунт».

Рис. 15. Конструкция комбинированной анкер-набрызгбетонной крепи (обделки):

1 - анкер: 2 - слой грунта, «прошитый» анкерами; 3 - породо-бетонный слой; 4 -  первичная крепь: 5 - вторичная крепь (обделка)

Толщину h _о бетонопородного слоя (см. рис. 15) следует определять на основании натурных измерений или теоретически.

Для вычисления указанных параметров конструкции рекомендуются следующие выражения:

,

где d_т- ширина трещин, см; К_т - категория трещиноватости;

E₂ = (0,5¸0,7)Е + (0,5¸0,3)Е_н ,

где Е - модуль деформации грунта «в куске», МПа.

, где

, где ;

g - коэффициент Пуассона грунта.

5.3. Сцепление Р_с на контакте «обделка - порода» необходимо проверять на выполнение условия

,

 где Р_о - нормальное давление грунта на обделку, МПа; f^* - коэффициент трения по контакту «обделка - порода»; К^* - сцепление «обделка - порода», МПа.

При невыполнении этого условия возможно проскальзывание покрытия по контакту, в этом случае обделку следует рассматривать как обычное монолитное кольцо.

Анкеры повышают надежность совместной работы набрызгбетонного покрытия с породой. При этом перемещение конца анкера W_p, в см, должно удовлетворять условию

где Q_a - предельная несущая способность анкера, кН.

5.4. При проектировании анкер-набрызгбетонной обделки в грунтах, склонных к ползучести, последнюю следует учитывать, полагая модуль деформации Е и коэффициент Пуассона у грунта функциями времени, определяемыми путем натурных исследований, МПа:

где f_э (t) - конвергенция экспериментальной выработки, м; Н_з - глубина заложения выработки, м; R_э - радиус экспериментальной выработки, м.

В качестве условия устойчивости выработки в таких грунтах в различные периоды времени рекомендуется пользоваться соотношением:

,

где f(z_y) - функция, учитывающая место установки крепи, допускается принимать f(z_y)=

5.5. При проектировании анкер-набрызгбетонной обделки в сейсмических зонах параметры конструкции, полученные расчетным путем, следует проверять в соответствии с «Инструкцией по учету сейсмических воздействий при проектировании горных транспортных тоннелей» (ВСН 193-81). М., ВПТИтрансстрой, 1982.

Особенность расчета в этом случае состоит в том, что напряжения сжатия от сейсмических волн следует суммировать со статическими напряжениями сжатия в первичной обделке, что может явиться причиной разрушения обделки, в то время как напряжения растяжения от сейсмических волн могут стать опасными для менее нагруженной вторичной обделки.

5.6. Варьируя межанкерное расстояние а, длину анкера l_а и толщину покрытия из набрызгбетона h_н, добиваются устойчивости выработки при минимальных затратах труда и материалов на их возведение. Задача оптимизации комбинированной конструкции в этом случае сводится к определению такого сочетания параметров крепи а, l_а и h_н, при котором будет обеспечено устойчивое состояние выработок и вместе с тем минимизируются функции себестоимости и трудозатрат на возведение крепи (целевая функция).

Методика решения этой задачи и выбора оптимальных значений параметров анкер-набрызгбетонной крепи в большом диапазоне горно-геологических условий приведена в приложении 19.

5.7. При расчете конструкции арочно-набрызгбетошюй крепи следует учитывать, что набрызгбетон может быть использован: в качестве затяжки между арками; как забутовка, обеспечивающая гарантированный контакт по периметру выработки; как элемент обделки, для которой арки являются армирующим элементом. В зависимости от функций, в расчетной схеме должны приниматься соответствующие условия контакта конструкции с контуром выработки. Принципы оптимизации параметров арочно-набрызгбетонной крепи приведены и приложении 20, расчет арочной крепи как самостоятельной конструкции приведен в приложении 21.

5.8. При проектировании арочно-анкерной крепи длину анкеров ориентировочно можно выбирать по п. 4.34 таким образом, чтобы она превосходила глубину зоны возможного обрушения.

Упругие опоры, моделирующие контакт с породой, следует совмещать с местами установки анкеров, причем жесткость опоры в направлении внутрь выработки - по формуле:

где Е_а - модуль упругости материала анкера, МПа; F_a - площадь сечения анкерного стержня, м²; l_с - свободная (до замка) длина анкера, м.