Руководство по техническому диагностированию автодорожных тоннелей

5. РАСЧЕТ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ, ИМЕЮЩИХ
ОПАСНЫЕ ДЕФЕКТЫ

5.1. К опасным дефектам обделки, существенно снижающим ее несущую способность и требующим дополнительной расчетной проверки, в первом приближении рекомендуется относить ослабления (трещины, выколы, участки с пониженной прочностью материала), имеющие длину вдоль тоннеля более пролета выработки.

5.2. Рекомендуется использовать следующую методику проверки степени опасности дефекта обделки.

Первоначально разрабатывают рабочую гипотезу распределения нагрузок, вызвавших обнаруженные дефекты, и производят расчетную проверку этой гипотезы (в тоннелях, в отличие от мостов, действующие на конструкцию нагрузки в общем случае неизвестны). Если расчет бездефектной обделки показывает, что рабочая гипотеза верна (т.е. дефект должен появиться при принятом сочетании нагрузок в месте обнаружения), то прогнозируют развитие дефекта на будущее и, при неблагоприятном прогнозе, разрабатывают меры по его устранению.

Усиленную конструкцию обделки, как правило, также проверяют расчетом. Если рабочая гипотеза оказалась ложной, то разрабатывают новую гипотезу до тех пор, пока не получат положительный результат.

Несущие конструкции постоянной обделки рассчитывают по предельным состояниям в соответствии с требованиями [13].

5.3. При расчетах обделки используют параметры грунтов, слагающих горный массив вокруг тоннеля, имеющиеся в проектных данных. При их несовпадении с фактическими определяют параметры грунтов натурными или лабораторными исследованиями в соответствии с разделом 4.

5.4. В общем случае грунты горного массива анизотропны, нелинейно деформируемы и обладают реологическими свойствами. В расчетах допускается использовать изотропные линейно деформируемые и упругопластические модели грунта. Для этих моделей в качестве деформационных параметров принимают модуль деформаций и коэффициент Пуассона , а в качестве прочностных - для мягких грунтов угол внутреннего трения и сцепление , для скальных грунтов прочность на одноосное сжатие и прочность на одноосное растяжение .

5.5. Границу перехода грунта в пластическое состояние рекомендуется определять по условию разрушения Кулона-Мора.

5.6. Начальные (бытовые) напряжения в горном массиве при отсутствии результатов натурных исследований допускается определять приближенно по собственному весу и прочности грунта, глубине заложения тоннеля, а также по имеющимся данным о тектонике и морфологии горного массива.

5.7. Расчетная модель должна соответствовать фактической работе системы "обделка - массив" с возможно большим приближением.

При расположении тоннеля в неоднородных и анизотропных грунтах, при разветвлении тоннеля, при изменении его сечения рекомендуется выполнять пространственный анализ напряженно-деформированного состояния системы "обделка - массив".

Для участков тоннеля с более или менее однородными условиями по длине допускается использовать плоские расчетные модели.

5.8. Одной из распространенных расчетных моделей является стержневая система, опертая на упругое основание с односторонним отпором, находящаяся под воздействием заданных нагрузок (методика расчета Метропроекта). В этом случае основную характеристику горного массива - коэффициент упругого отпора грунта - рекомендуется определять приближенно по формуле акад. Галеркина

,

где - приведенный радиус эквивалентной по площади круговой выработки.

5.9. Другой распространенной расчетной моделью является модель, в которой грунт подчиняется законам механики сплошной среды - упругой или упругопластической, а тоннельную конструкцию (обделку или крепь) представляют стержневой системой, деформирующейся совместно со сплошной средой. Эта модель позволяет учесть свойства каждого слоя грунта, поэтапную технологию возведения крепи и постоянной обделки.

5.10. Для расчета тоннельных сооружений следует применять специализированные программные системы для инженерных расчетов строительных конструкций, прошедшие апробацию.

В качестве расчетного аппарата для стержневой модели обделки (крепи) с упругими опорами и односторонним отпором рекомендуется использовать программы "РК-6" (Ленметрогипротранс), "Муссон" (Метрогипротранс) или "РОБД" (НИЦ ТМ ЦНИИС).

Для определения усилий в плоской модели, где обделка представлена стержневой системой, а горный массив - сплошной упругопластической средой, рекомендуется использовать комплекс программ "РУПС.ОЗ" (НИЦ ТМ ЦНИИС), в котором заложена возможность расчета усилий в анкерах.

5.11. Выполнение требований и рекомендаций раздела 6 позволяет прогнозировать сохранение несущей способности конструкций и нормальную эксплуатацию тоннеля на ближайшие 5-10 лет, то есть до следующего обследования.