Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1 

165 страниц

Купить Методическое пособие — бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Цена на этот документ пока неизвестна. Нажмите кнопку "Купить" и сделайте заказ, и мы пришлем вам цену.

Распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль"

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Руководство предназначено для использования при проектировании транспортных тоннелей, расположенных в районах с повышенной сейсмичностью. Рекомендации Руководства распространяются на проектирование железнодорожных тоннелей на железных дорогах общей сети и автодорожных тоннелей на автомобильных дорогах общего пользования категорий I - IV, в том числе городских транспортных тоннелей и коротких железнодорожных и автодорожных тоннелей - путепроводов тоннельного типа, а также перегонных тоннелей метрополитенов, расположенных в районах с повышенной сейсмичностью.

Руководство не распространяется на проектирование тоннелей, сооружаемых на высокоскоростных железных дорогах (более 200 км/ч), на скоростных автомагистралях (более 150 км/ч), и уникальных автодорожных тоннелей или тоннелей для совмещенного движения безрельсового и рельсового транспорта в разных уровнях. Для этих тоннелей должны на основе специальных исследований разрабатываться специальные технические условия

 Скачать PDF

Оглавление

Введение

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Термины и определения

4 Общие положения

5 Трассирование тоннелей

6 Требования к конструкции обделок транспортных тоннелей

7 Основные положения расчета тоннельных обделок на сейсмические воздействия землетрясений

8 Методика расчета круговых обделок тоннелей

9 Методика расчета некруговых обделок тоннелей глубокого заложения

10 Методика расчета многослойных обделок круговых тоннелей

11 Методика расчета анкерной крепи круговых тоннелей

12 Методика расчета набрызг-бетонных обделок круговых тоннелей, сооружаемых с применением укрепления грунта

13 Методика расчета монолитных обделок тоннелей, сооружаемых с применением инъекционного укрепления грунта

14 Методика расчета набрызг-бетонных обделок некруговых тоннелей, сооружаемых с применением укрепления грунта

15 Методика расчета многослойных обделок переменной толщины тоннелей произвольного поперечного сечения с учетом технологической неоднородности грунта

16 Методика учета действия сейсмических волн, распространяющихся вдоль оси тоннеля

17 Методика расчета многослойных обделок параллельных круговых тоннелей

18 Методика расчета обделок параллельных тоннелей некругового поперечного сечения

19 Рекомендации по применению численных методов при расчете обделок тоннелей на сейсмические воздействия землетрясений

20 Методика расчета обделок тоннелей мелкого заложения, сооружаемых закрытым способом

21 Рекомендации по расчету обделок тоннелей, сооружаемых открытым способом

22 Методика расчета целиков и оптимизация компоновки параллельных тоннелей

23 Рекомендации по расчету обделок тоннелей, расположенных в трансверсально-изотропном массиве пород

24 Рекомендации по проектированию порталов и припортальных подпорных стен

25 Мониторинг состояния обделок тоннелей при строительстве и эксплуатации

Приложение А (справочное). Определение уточненной интенсивности землетрясений в зависимости от района строительства на основе результатов сейсмологических исследований

Приложение Б (справочное). Скорости распространения сейсмических волн в различных грунтах (породах)

Приложение В (справочное). Перечень алгоритмов и программ по расчету обделок тоннелей на сейсмические воздействия землетрясений

Приложение Г (справочное). Алгоритм определения коэффициентов отображающей функции

Приложение Д (справочное). Примеры конструкций антисейсмических деформационных швов

Библиографический список

 
Дата введения01.02.2020
Добавлен в базу01.02.2020
Актуализация01.02.2020

Этот документ находится в:

Организации:

УтвержденМинистерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации
РазработанТулГУ
РазработанОАО НИПИИ Ленметрогипротранс
РазработанООО ПОИСК
РазработанОАО Метрогипротранс
Нормативные ссылки:
Стр. 1
стр. 1
Стр. 2
стр. 2
Стр. 3
стр. 3
Стр. 4
стр. 4
Стр. 5
стр. 5
Стр. 6
стр. 6
Стр. 7
стр. 7
Стр. 8
стр. 8
Стр. 9
стр. 9
Стр. 10
стр. 10
Стр. 11
стр. 11
Стр. 12
стр. 12
Стр. 13
стр. 13
Стр. 14
стр. 14
Стр. 15
стр. 15
Стр. 16
стр. 16
Стр. 17
стр. 17
Стр. 18
стр. 18
Стр. 19
стр. 19
Стр. 20
стр. 20
Стр. 21
стр. 21
Стр. 22
стр. 22
Стр. 23
стр. 23
Стр. 24
стр. 24
Стр. 25
стр. 25
Стр. 26
стр. 26
Стр. 27
стр. 27
Стр. 28
стр. 28
Стр. 29
стр. 29
Стр. 30
стр. 30

VI и и истерство строител ьст ва и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации

Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации и оценки соответствия в строительстве»

Методическое пособие

РУКОВОДСТВО ПО РАСЧЕТУ II ПРОЕКТИРОВАНИЮ ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ ДЛЯ РАЙОНОВ С ПОВЫШЕННОЙ СЕЙСМИЧНОСТЬЮ

Москва 2018

СОДЕРЖАНИЕ

Введение................................................................................. 4

1    Область применения............................................................... 6

2    Нормативные ссылки............................................................... 7

3    Термины и определения............................................................ 8

4    Общие положения.................................................................. 10

5    Трассирование тоннелей........................................................... 12

6    Требования к конструкции обделок транспортных тоннелей............. 13

7    Основные положения расчета тоннельных обделок на сейсмические

воздействия землетрясений......................................................... 17

8    Методика расчета круговых обделок тоннелей глубокого заложения ...    22

9    Методика расчета некруговых обделок тоннелей глубокого заложения 30

10    Методика расчета многослойных обделок круговых тоннелей

глубокого заложения.................................................................. 38

11    Методика расчета анкерной крепи круговых тоннелей................... 46

12    Методика расчета набрызгбетонных обделок круговых тоннелей,

сооружаемых с применением укрепления грунта.............................. 51

13    Методика расчета монолитных обделок тоннелей, сооружаемых

с применением инъекционного укрепления грунта............................ 64

14    Методика расчета набрыз-гбетонных обделок некруговых тоннелей,

сооружаемых с применением укрепления грунта.............................. 75

15    Методика расчета многослойных обделок переменной толщины......

тоннелей произвольного поперечного сечения глубокого заложения

с учетом технологической неоднородности    грунта............................ 80

16    Методика учета действия сейсмических волн, распространяющихся

вдоль оси тоннеля.................................................................... 93

17    Методика расчета многослойных обделок параллельных круговых

тоннелей................................................................................. 95

18    Методика расчета обделок параллельных тоннелей некругового

поперечного сечения.................................................................. 107

19    Рекомендации по применению численных методов при расчете

обделок тоннелей на сейсмические воздействия землетрясений............ 118

20    Методика расчета обделок тоннелей мелкого заложения,

сооружаемых закрытым способом................................................. 121

21    Рекомендации по расчету обделок тоннелей, сооружаемых

открытым способом.................................................................. 138

22    Методика расчета целиков и оптимизация компоновки параллельных

тоннелей................................................................................. 141

23    Рекомендации по расчету обделок тоннелей, расположенных

в трансверсально-изотропном массиве пород................................... 148

24    Рекомендации по проектированию порталов и припортальных

подпорных стен........................................................................ 151

а)    мощность напластований грунтов, окружающих тоннель, а также сейсмическую жесткость основания;

б)    статистические характеристики параметров колебаний массива -скорости распространения сейсмических волн разного характера, преобладающий период колебаний частиц грунта и пр.;

в)    наличие и характеристика тектонических нарушений в районе строительства (протяженность, структура и др.);

г)    активность и направленность тектонических движений (вязкий или хрупкий разрыв сдвигового типа, оползневый разрыв и т.п.);

д)    крутизна и устойчивость склонов, косогоров и возможность возникновения в них оползневых явлений.

4.6    Сейсмическое микрорайонирование по трассе тоннеля или линии метрополитена выполняется в соответствии с «Методическими рекомендациями по сейсмическому микрорайонированию участков строительства транспортных сооружений».

4.7    Расчетная сейсмостойкость конструкций тоннелей уточняется по согласованию с утверждающей проект инстанцией на основании специальных исследований и сравнения стоимости вариантов с учетом возможных последствий землетрясений.

4.8    При проектировании протяженных (более 500 м) транспортных тоннелей, расположенных в районах сейсмичностью более 9 баллов, следует разрабатывать дополнительные антисейсмические мероприятия с привлечением специализированных научно-исследовательских и проектно-изыскательских организаций.

4.9    Проектная документация на строительство протяженных (более 500 м) транспортных тоннелей, расположенных в районах сейсмичностью 8 и более баллов, должна включать раздел по мониторингу состояния конструкций во время строительства и эксплуатации.

5 Грассирование тоннелей

5.1    Трассирование тоннелей в сейсмоопасных районах следует выполнять в соответствии с подразделом 9.1 СП 268.1325800.2016.

5.2    При трассировании тоннелей должны учитываться особенности проектируемых транспортных тоннелей, применяемых объемнопланировочных и конструктивных решений, технологических мероприятий.

5.3    Выбор трассы транспортного тоннеля в плане и профиле должен осуществляться с учетом физико-механических свойств грунтов и сейсмичности площадки строительства на основе результатов сейсмического микрорайонирования.

5.4    Тоннель по возможности должен располагаться вне зон тектонической активности в наиболее благоприятных в сейсмическом отношении инженерно-геологических условиях с целью сокращения расходов на выполнение антисейсмических мероприятий.

5.5    При выборе трассы тоннеля в профиле следует отдавать предпочтение скальным крупноблочным породам и плотным маловлажным грунтам. Трассу тоннеля следует располагать в однородных по сейсмической жесткости грунтах.

5.6    При наличии но трассе тоннеля протяженных участков текучепластичных и текучих глинистых, сейсмически неустойчивых и просадочных грунтов, а также участков с повышенной трещиноватостью пород, резким изменением рельефа местности над тоннелем, перевальных седловин, оползневых участков или склонов, сложенных слабыми и несвязными грунтами, должны рассматриваться варианты их обхода.

5.7    11ри наличии по трассе тоннеля глинистых или песчаных, насыщенных водой, или просадочных грунтов рекомендуется при соответствующем технико-экономическом обосновании включение в проект мероприятий по улучшению физико-механических свойств таких грунтов или отделение участков тоннеля в слабых грунтах деформационными швами.

5.8    При прочих равных условиях следует отдавать предпочтение вариантам с более глубоким заложением тоннелей.

5.9    Пересечение трассы тоннеля действующих рег иональных тектонических дислокаций целесообразно осуществлять вкрест простирания с применением усиленных конструкций обделок.

6 Требования к конструкции обделок транспортных тоннелей

6.1    Предусмотренная проектом конструкция обделки транспортного тоннеля в сейсмоопасных районах должна обеспечить надежность работы объекта в целом при статических нагрузках и сейсмических воздействиях землетрясений.

6.2    При возведении обделки следует тщательно заполнять пустоты за обделкой и соблюдать технологию выполнения бетонных работ.

6.3    При сейсмичности площадки строительства 7 и более баллов обязательно применение обделки, конструкция которой должна выбираться в соответствии с инженерно-геологическими условиями площадки строительства и обосновываться расчетом.

6.4    При сооружении транспортных тоннелей в слабых грунтах целесообразно увеличивать жесткость основания путем закрепления (инъекция, уплотнение, использование анкеров и др.) на глубину, равную поперечному размеру сооружения.

6.5    В местах повышенной трещиноватости пород и возможности образования при проходке тоннеля вывалов рекомендуется конструктивно увеличивать несущую способность обделки

6.6    При сейсмичности площадки строительства 8 и более баллов обязательно применение замкнутой обделки.

6.7    При устройстве бетонных или железобетонных обделок без обратного свода следует обеспечить конструктивную заделку нижней части стен.

6.8    При расчетной сейсмостойкости тоннеля 7 баллов в качестве постоянной обделки в скальных грунтах допускается применение набрызг-бетона в сочетании с анкерами, имеющими сцепление с грунтом по всей длине и достаточную долговечность. Применение анкеров замкового типа должно быть обосновано соответствующим расчетом.

6.9    При расчетной сейсмостойкости тоннеля 8 баллов применение набрызг-бетона в сочетании с анкерами допускается при соответствующем расчетном обосновании.

6.10    В районах сейсмичностью 8 и 9 баллов на припортальных участках тоннелей, где налегающая толща грунта менее трех наибольших размеров поперечного сечения выработки, следует применять железобетонные обделки. В особо сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях при соответствующем обосновании допускается применение обделок из чугуна.

6.11    Элементы сборных обделок необходимо соединять между собой связями растяжения в плоскости поперечного сечения тоннеля (армирование стыков, сварка закладных частей в радиальных стыках железобетонной блочной обделки, установка болтовых или скобовых соединений и т.п.).

6.12    Для обеспечения сейсмостойкости транспортных сооружений целесообразно применение крупноразмерных элементов из материалов, способных воспринимать упругие и пластические деформации. Для снижения

деформативности и повышения жесткости обделки в плоскости поперечного сечения тоннеля возможно применение цельносекционных обделок перегонных тоннелей метрополитенов, монолитных обделок горных транспортных тоннелей.

6.13    При проектировании обделок следует равномерно распределять массы и жесткости элементов по сечению тоннеля, что достигается при применении круговых либо подковообразных обделок с обратным сводом для транспортных тоннелей, сооружаемых закрытым способом; круговых обделок при закрытом и цельносекционные при открытом способе работ для перегонных тоннелей метрополитена; односводчатых станций и станций пи-лонного типа с использованием сборных элементов.

6.14    С целью снижения сейсмических нагрузок на обделку горных тоннелей в скальных грунтах возможно применение облегченных элементов обделки, например, выполненных из легких бетонов, а также замкнутых элементов (цельносекционных или объемных обделок для перегонных и станционных тоннелей) рациональных форм сечения, способствующих повышению несущей способности подземных конструкций, а также применением двухслойных обделок, в которых наружный слой отделяется от основного несущего внутреннего слоем из низкомодульного материала, уменьшающего передачу касательных и нормальных растягивающих сейсмических напряжений на внутренний несущий слой обделки.

6.15    Для поглощения продольных деформаций вдоль оси тоннеля, возникающих при землетрясении, в бетонных и железобетонных обделках следует использовать антисейсмические деформационные швы, которые должны допускать взаимные продольные смещения смежных участков обделки при деформациях без силового воздействия элементов обделки друг на друга. Максимальные расстояния между антисейсмическими швами не должны превышать 40 м.

6.16    Ширину шва следует принимать из условия недопущения соударения разделяемых частей сооружения при землетрясении.

/ =

(6.1)

6.17    Расстояние между антисейсмическими швами определяется по формуле, приведенной в ВСН 193-81 [2],

4тЫ

где 6 - допускаемое конструкцией шва продольное смещение смежных

участков тоннеля относительно друг друга, мм с, - скорость продольных сейсмических волн в грунте, м/с; Т0 - преобладающий период колебаний частиц грунта, с; /1тах - возможная максимальная амплитуда колебаний массива, мм, определяемая в процессе изысканий (для предварительных расчетов принимается по рис. 6.1 в зависимости от Т0).

При отсутствии данных в слабых грунтах расстояние между антисейсмическими швами следует принимать равным 20 м, в скальных - 30 м.

Рисунок 6.1 - Зависимости амплитуд максимальных смещений от преобладающего периода колебаний частиц грунта

6.18    Антисейсмические деформационные швы целесообразно совмещать с деформационно-усадочными и температурными швами. Если в результате расчета расстояние между антисейсмическими деформационными швами меньше, чем между деформационно-усадочными и температурными швами, то необходимо устраивать дополнительные антисейсмические деформационные швы.

6.19    Антисейсмические деформационные швы обязательно следует устраивать в местах соединения участков тоннеля, имеющих различные поперечные сечения.

6.20    В местах примыкания к тоннелю камер и других подземных выработок (дренажные и вентиляционные штольни и пр.) между сооружениями и тоннелем.

6.21    В тоннелях метрополитенов антисейсмические швы должны прорезать не только конструкцию обделки, но и путевой бетон.

6.22    В случае сложного взаимного пересечения подземных выработок ответственного назначения, когда по условиям эксплуатации требуется недопущение смещения одной выработки относительно другой во время земле-

15

трясения, необходимо проектировать усиленное жесткое сочленение конструкций.

6.23    В местах пересечения тоннелем границ тектонических зон должны предусматриваться дополнительные антисейсмические швы. Рекомендуемые схемы размещения и конструкции антисейсмических деформационных швов в обделках транспортных тоннелей приведены в Приложении Д.

6.24    Обделки на участках тоннеля в зоне тектонических трещин, прилегающие к антисейсмическим деформационным швам, следует усиливать дополнительным конструктивным армированием.

6.25    Поперечное сечение обделок на участках, примыкающих к тектоническим трещинам с обеих сторон, следует увеличивать в среднем на 10%. Длина таких участков должна быть в пределах 5 наибольших поперечных размеров выработки. Предварительное количество участков назначают по данным инженерно-геологических изысканий и уточняют по их фактическому местоположению в процессе проходки опережающих разведочных штолен, скважин и т.п.

6.26    Общую длину участков усиления обделки определяют на основе анализа данных инженерно-геологических, гидрогеологических и сейсмотектонических изысканий и уточняют дополнительно в период строительства.

6.27    В железобетонных конструкциях в качестве рабочей (расчетной) арматуры следует применять стержневую арматуру из стали класса АсЗОО марки 10ГТ диаметром 10-32 мм по ГОСТ 5781-82. Допускается применение арматурной стали класса А400 марки 25Г2С диаметром 6-40 мм по ГОСТ 5781-82. В качестве нерасчетной арматуры возможно применение стали А240 и А300 по ГОСТ 5781-82 и ГОСТ 380-94, марок ВСтЗсп2, ВСтЗсп2, ВСтЗГпс2, ВСт5сп2 и ВСт5пс2.

6.28    Марки сталей для закладных элементов железобетонных конструкций следует принимать по нормам проектирования железобетонных конструкций.

7 Основные положения расчета тоннельных обделок на сейсмические воздействия землетрясений

7.1    Конструкции обделок транспортных тоннелей, располагаемых в сейсмоопасных районах, должны быть обоснованы расчетами на сейсмические воздействия.

7.2    Расчет тоннельных обделок следует проводить по первой группе предельных состояний.

7.3    Расчеты проводятся на основные сочетания нагрузок, особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых (кроме сейсмических) нагрузок; особое сочетание, состоящее из постоянных, длительных нагрузок и сейсмического воздействия.

7.4    Рассчитывать конструкции обделок на сейсмические воздействия следует с учетом сейсмичности площадки строительства, расчетной сейсмостойкости тоннельных конструкций и физико-механических свойств окружающих обделку грунтов и материалов обделки, методами механики сплошной среды или строительной механики.

7.5    В соответствии с СП 14.13330.2014 предусматриваются расчеты на действие проектного (ПЗ) и максимального расчетного землетрясений (MP3).

7.5.1    При расчете на действие проектного землетрясения используемые расчетные модели должны быть основаны на рассмотрении упругой области деформирования.

7.5.2    При расчете на действие максимального расчетного землетрясения формирование расчетных моделей подземных сооружений следует производить с учетом возможности развития в элементах конструкций неупругих деформаций и локальных хрупких разрушений.

7.6    Первым этапом расчета на воздействие MP3 является рассмотрение упругой стадии деформирования конструкции.

7.6.1    Если расчет, производимый по упругой стадии, не выявил образование неупругих деформаций и локальных хрупких разрушений, необходимая несущая способность обделки тоннеля считается обеспеченной.

7.6.2    Если расчет, производимый по упругой стадии, выявил образование неупругих деформаций или локальных хрупких разрушений, дальнейшие вычисления производятся с использованием расчетных моделей, модифицированных с учетом положения, форм и размеров выявленных зон неупругих деформаций и локальных хрупких разрушений.

7.7    Расчет обделок тоннелей с учетом сейсмических воздействий предусматривает;

-    уточнение сейсмичности площадки строительства тоннеля;

-    выбор расчетной сейсмостойкости конструкций тоннеля согласно таблице 4.1;

- разбиение тоннеля на отдельные участки в зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологаческих условий и типов применяемой обделки;

-    выбор методики расчета обделки на каждом участке на особое сочетание действующих нагрузок;

-    определение расчетных усилий (напряжений) в обделках и порталах от статических и сейсмических воздействий;

-    проверку несущей способности подземных конструкций.

7.8    Расчет обделок тоннелей на сейсмические воздействия выполняется на действие распространяющихся в массиве пород длинных сейсмических продольных волн (сжатия-растяжения), вызывающих смещения частиц пород в направлении своего распространения, и волн поперечных (сдвига), вызывающих смещения в направлении, перпендикулярном направлению распространения.

7.9    Сейсмические волны предполагаются упругими, гармоническими с плоским фронтом, либо нестационарные, но с незначительным отличием реального импульса по форме от синусоидального.

7.10    Скорости распространения сейсмических продольных и поперечных волн су и с2у а также преобладающий период колебаний грунта То следует определять по данным инженерно-сейсмологических изысканий. При отсутствии данных допускается принимать Т0 = 0,5, а скорости с, и с2 - согласно Приложению Б настоящего пособия.

!\&    1-У» с _ I ЯрК

у (l + v0Xl-2v0)’ 2 \j2y(l + v0)’

Также допускается определять скорости сейсмических волн по формулам [6]

(7.1)

где у - объемный вес грунта, МН/м ,

g = 9.81 м/с2 - ускорение свободного падения; Е0 - модуль деформации грунта, МПа;

v() коэффициент Пуассона грунта.

7.11    Расчет обделок участков тоннелей, сооружаемых открытым способом, проводится методами строительной механики на действие инерционных сил от масс грунта и собственного веса конструкций при вертикальном и горизонтальном направлениях сейсмического воздействия.

7.12    Расчет обделок тоннелей мелкого заложения, сооружаемых закрытым способом в сейсмоопасных районах, предусматривает учет влияния земной поверхности.

7.13    Расчет портальных подпорных стен проводится методами строительной механики на действие горизонтальной составляющей инерционных сил от массы грунта и собственного веса конструкций.

7.14    Действие сейсмических волн, распространяющихся вдоль оси тоннеля, компенсируется устройством антисейсмических деформационных швов.

7.15    Обделки тоннелей, сооружаемых закрытым способом, рассчитывают на действие продольных и поперечных сейсмических волн с учетом всех возможных направлений их распространения в плоскости поперечного сечения сооружения.

7.16    Обделка рассчитывается как элемент единой деформируемой системы «обделка - массив грунта» в условиях плоской деформации при условии, что длина сооружения превосходит его поперечные размеры не менее чем в 5 раз.

>1У

(7.2)

7.17    Для расчета обделок тоннелей, сооружаемых закрытым способом, могут использоваться решения соответствующих квазистатических плоских контактных задач теории упругости, при выполнении условия [2]

20у(1 +v0)

где D - наибольший поперечный размер тоннеля (комплекса близко расположенных тоннелей), м;

Т0 - преобладающий период колебаний грунта, с, принимаемый при отсутствии результатов измерений равным 0,5 с.

Если условие (7.2) не выполняется, применяются решения соответствующих динамических задач.

7.18 При постановке плоских квазистатических задач массив грунта моделируется бесконечной (полубесконечной) линейно-деформируемой однородной средой, ослабленной одним или несколькими подкрепленными отверстиями, испытывающей на бесконечности двухосное неравнокомионент-ное растяжение (сжатие) и чистый сдвиг напряжениями, зависящими от параметров сейсмических волн.

7.18.1 Действие продольных волн моделируется нормальными напряжениями на бесконечности по произвольным взаимно перпендикулярным направлениям х' и У, определяемыми по формулам

(7.3)

а7> = Я;а<;) = 5/,>

где

р = ±^-ж,а:0ус|70.4 = — ;    (74)

2п    1    -    v0

А - расчетное ускорение колебаний грунта в долях ускорения силы тяжести;

Кх - коэффициент, учитывающий допускаемые повреждения обделки, принимаемый согласно СП 14.13330.2014;

К0 - коэффициент, принимаемый по табл. 3 СП 14.13330.2014 в зависимости от назначения сооружения и вида выполняемою расчета.

При расчете на проектное землетрясение произведение АК}, как правило, принимается равным 0,025; 0,05; 0,1 для районов сейсмической активности 7, 8 и 9 баллов соответственно.

7.18.2    При использовании инструментальных или синтезированных ак-селлерограмм коэффициент А принимается равным пиковому ускорению, взятому в долях ускорения свободного падения g.

К2

lOOg’

7.18.3    В случае, если сейсмичность площадки строительства является дробной величиной, коэффициент А может быть найден по следующей формуле:

(7.5)

где Кг - коэффициент, учитывающий уточнение исходной сейсмичности площадки строительства;

W - амплитудное значение горизонтального ускорения грунта, см/с2, принимаемые в соответствии с СП 14.13330.2014 (см. Приложение А настоящего пособия).

7.18.4 Действие поперечных волн моделируется касательными напряжениями на бесконечности по взаимно перпендикулярным направлениям х и у, определяемыми по формулам

(7.6)

.S; = ±±АК,К„ус270.    (7.7)

1 л

7.18.5 Если обделка не прианкерена к массиву пород или проеюпрует-ся с допущением образования трещин, действие продольных волн в фазе растяжения не рассматривается.

7.19 При расчете обделок тоннелей с учетом анизотропных свойств

(оо) («о)    (оо)

массива грунта напряжения    ,тлЧ/    следует    определять    в    зависимости

от направления распространения сейсмических волн относительно плоскости изотропии массива.

7.20    Обделки тоннелей, сооружаемых закрытым способом, моделируются кольцами заданной толщины и формы поперечного сечения из материала с соответствующими деформационными характеристиками, либо многослойными кольцами, работающими в упругой стадии в условиях полного контакта с массивом грунта.

7.21    Расчет обделок тоннелей должен выполняться на основе оценки наиболее неблагоприятного напряженного состояния подземных конструкций, которое может возникнуть при различных сочетаниях действия одновременно приходящих длинных сейсмических продольных и поперечных волн любого направления в плоскости поперечного сечения сооружения.

7.22    Оценка наиболее неблагоприятного напряженного состояния обделки тоннеля производится на основе построения огибающих эпюр по максимальным значениям сжимающих и растягивающих нормальных тангенциальных напряжений а(), возникающих на внутреннем контуре поперечного сечения обделки и соответствующих им эпюр напряжений на наружном кон-ту ре.

25 Мониторинг состояния обделок тоннелей при строительстве

и эксплуатации......................................................................... 153

Приложение А (справочное). Определение уточненной интенсивности землетрясений в зависимости от района строительства на основе

результатов сейсмологических исследований................................... 156

Приложение Б (справочное). Скорости распространения сейсмических

волн в различных грунтах (породах)............................................... 157

Приложение В (справочное). Перечень алгоритмов и программ по расчету обделок тоннелей на сейсмические воздействия землетрясений .    158

Приложение Г (справочное). Алгоритм определения коэффициентов

отображающей функции............................................................. 160

Приложение Д (справочное). Примеры конструкций антисейсмических

деформационных швов............................................................... 162

Библиографический список.......................................................... 164

7.23    Усилия в каждом нормальном (радиальном) сечении обделки определяются именно при тех сочетаниях действия волн и их направлении, при которых в этом сечении могут возникнуть максимальные нормальные тангенциальные напряжения.

7.24    Расчет шарнирных обделок тоннелей глубокого заложения допускается производить на действие контактных напряжений, определяемых методами теории упругости как для монолитных обделок, а определение усилий производить методами строительной механики.

7.25    В случае, если расчет обделок на статические усилия ведется методами строительной механики, нагрузку от сейсмического воздействия определяют методами механики сплошных сред, и суммируют ее со статической нагрузкой.

7.26    При расчете обделки на статические нагрузки методами механики сплошных сред, напряженное состояние от статических и сейсмических воздействий определяют раздельно, после чего отдельно суммируют усилия, соответствующие максимальным сжимающим (отрицательным) и растягивающим (положительным) нормальным тангенциальным напряжениям в каждом нормальном сечении обделки.

7.27    Проверка прочности конструкций обделки тоннеля осуществляется в соответствии с СП 63.13330.2012, СП 16.13330.2017.

7.28    При расчете на прочность конструкций обделок помимо коэффициентов условий работы, принимаемых в соответствии с другими действующими нормативными документами, следует вводить дополнительно коэффициент условий работы в соответствии с СП 14.13330.2014.

7.29    Проверка прочности сечений набрызгбетонной крепи допускается проводить путем сравнения суммарных сжимающих и растягивающих нормальных тангенциальных напряжений от статических нагрузок и сейсмических воздействий соответственно с величинами расчетных сопротивлений набрызгбетона сжатию и растяжению.

7.30    Проверка прочности бетона слоев многослойной обделки на сжатие производится с учетом объемного напряженного состояния по формуле

[3]


<*и


1 — sin ф 1 ч- sin ф



А»


(7.7)


где стг0 - расчетные радиальные (нормальные) и нормальные тангенциаль


ные напряжения соответственно (при аг >0 в формулу подставляется аг = 0);


ф - угол внутреннего трения бетона; Rt, - расчетное сопротивление бетона.

7.31 При проверке прочности бетона слоев многослойной обделки на растяжение допускается сравнивать расчетные напряжения в конструкции непосредственно с расчетным сопротивлением бетона растяжению.


Введение

Настоящее Руководство предназначено для специалистов в области проектирования и строительства тоннелей и других подземных сооружений в районах с повышенной сейсмичностью. Целью разработки руководства является обеспечение специалистов по сейсмической безопасности методическими материалами, позволяющими более эффективно реализовывать на практике положения и требования, содержащиеся в разделе 9 «Транспортные тоннели и метрополитены» СП 268.1325800.2016 «Транспортные сооружения в сейсмических районах. Правила проектирования», касающиеся конкретных условий вновь строящихся, реконструируемых или расширяемых объектов транспортного назначения.

Включенные в руководство материалы на единой научно-методической основе обобщают накопленный отечественный и зарубежный опыт проектирования, строительства, эксплуатации и мониторинга тоннелей различного назначения в сейсмически активных районах.

При разработке руководства использованы положения действующих отраслевых материалов по сейсморайонированию, а также справочные материалы по характеристикам грунтов и материалов обделок тоннелей, по компоновочным и конструктивным решениям, выбору конструкций обделок и расчету их параметров.

Материалы, представленные в данном руководстве, предназначены

для:

-    детализации основных положений раздела 9 «Транспортные тоннели и метрополитены» СП 268.1325800.2016 «Транспортные сооружения в сейсмических районах. Правила проектирования»;

-    разъяснения специальных требований к проектированию и расчету обделок транспортных тоннелей, сооружаемых в районах с повышенной сейсмичностью, основанных на оценке наиболее неблагоприятного напряженного состояния подземных конструкций, которое может возникнуть при произвольном сочетании и заранее неизвестном направлении совместного действия длинных сейсмических волн разного типа, распространяющихся в плоскости поперечного сечения сооружения;

-    обобщения результатов научно-исследовательских и опытноконструкторских работ, выполненных ведущими организациями в области транспортного тоннелестроения;

-    обоснования выбора расчетных методик в зависимости от конструкции проектируемой обделки тоннеля, технологии строительства и горногеологических условий;

-    обеспечения специалистов справочными материалами, необходимыми при проектировании и расчете обделок транспортных тоннелей в районах с повышенной сейсмичностью.

Особое внимание в руководстве уделено нормативным требованиям раздела 9 СП 268.1325800.2016, даны рекомендации по порядку их примене-

ния, приведены различные вспомогательные данные, необходимые при проектировании и расчете обделок.

Руководство содержит научно обоснованные, апробированные на практике положения по проектированию, расчету и мониторингу транспортных тоннелей, описания аналитических методов расчета обделок тоннелей глубокого и мелкого заложения, базирующихся на положениях механики сплошной среды.

Приведенные методы расчета подземных сооружений апробированы и нашли широкое применение при проектировании и строительстве важных народнохозяйственных объектов, сооружаемых в сейсмически активных районах, в числе которых тоннели Байкало-Амурской магистрали, автодорожные тоннели на магистрали Ялта - Симферополь и на подъездной дороге к Ирганайскому гидроузлу, железнодорожные тоннели Мале Леднице и Полом (Республика Чехия), транспортные тоннели комплекса олимпийских объектов г. Сочи.

Основой приведенных методов расчета является определение наиболее неблагоприятного напряженного состояния обделок при действии длинных сейсмических волн разного характера и любого направления в плоскости поперечного сечения тоннелей.

В руководство включены рекомендации по оценке сейсмонапряженно-го состояния при распространении сейсмических волн вдоль оси тоннелей.

Применение настоящего руководства будет способствовать практической реализации заложенных в действующие нормативные документы требований по сейсмической безопасности транспортных тоннелей, повышению качества выполняемых проектных работ за счет использования единых научно-методологических подходов, обеспечению безопасности эксплуатации тоннелей в сейсмически активных районах.

Материалы руководства, включая вспомогательные данные, не вошедшие в СП 268.1325800.2016, могут быть использованы наряду с действующими нормативными документами для проведения независимых экспертных оценок выполненных проектных работ.

Составители пособия: д.т.н., доц. Анциферов С.В., д.т.н., доц. Деев П.В., д.т.н., проф. Сам мал ь А.С. (ТулГУ); д.т.н., проф. Дорман И.Я. (ОАО «Метрогипротранс»); д.т.н., с.н.с. Безродный К.П., к.т.н. Лебедев М.О. ОАО НИПИИ «Ленметрогипротранс», д.т.н., проф. Шестоперов Г.С. (ООО "ПОИСК").

1.1    Настоящее Руководство предназначено для использования при проектировании транспортных тоннелей, расположенных в районах с повышенной сейсмичностью. Рекомендации Руководства распространяются на проектирование железнодорожных тоннелей на железных дорогах общей сети и автодорожных тоннелей на автомобильных дорогах общего пользования категорий I-IV, в том числе городских транспортных тоннелей и коротких железнодорожных и автодорожных тоннелей - путепроводов тоннельного типа, а также перегонных тоннелей метрополитенов, расположенных в районах с повышенной сейсмичностью. Настоящее Руководство не распространяется на проектирование тоннелей, сооружаемых на высокоскоростных железных дорогах (более 200 км/ч), на скоростных автомагистралях (более 150 км/ч), и уникальных автодорожных тоннелей или тоннелей для совмещенного движения безрельсового и рельсового транспорта в разных уровнях. Для этих тоннелей должны на основе специальных исследований разрабатываться специальные технические условия.

1.2    В Руководстве даны разъяснения положений Свода Правил 268.1325800.2016 «Транспортные сооружения в сейсмических районах. Правила проектирования», касающиеся вопросов расчета и проектирования транспортных тоннелей и метрополитенов. Руководство разработано в соответствии с требованиями федеральных законов от 27 декабря 2002 г. №184-ФЗ «О техническом регулировании», от 30 декабря 2009 г. №384-Ф3 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

2 Нормативные ссылки

В настоящем Руководстве использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 5781-82 «Сталь горячекатаная для армирования железобетонных конструкций. Технические условия»;

ГОСТ 380-94 «Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки»;

СП 14.13330.2014 СНиП 11-7-81* «Строительство в сейсмических районах»;

СП 16.13330.2017 «Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП Н-23-81*»;

СП 20.13330.2011 «СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия»;

СП 63.13330.2012 «СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения»

СП 122.13330.2012 «СНиП 32-04-97 Тоннели железнодорожные и автодорожные»;

СП 268.1325800.2016 «Транспортные сооружения в сейсмических районах. Правила проектирования»;

СП 269.1325800.2016 «Транспортные сооружения в сейсмических районах. Правила уточнения исходной сейсмичности и сейсмического микрорайонирования»

3 Термины и определения

В настоящем Руководстве применены термины, значения которых определены в СП 14.13330.2014, СП 20.13330.2011, СП 122.13330.2012, СП 269.1325800.2016 а также следующие следующие термины и определения:

3.1    анкер: устройство, используемое при строительстве подземных сооружений для передачи усилий от конструкций на грунтовую толщу;

3.2    антисейсмические мероприятия: совокупность мер, выполняемых на всех этапах создания и эксплуатации сооружения (изыскания, проектирование, постройка, содержание) в целях обеспечения сейсмостойкости несущих конструкций при землетрясениях расчетной силы и безопасности движения в районе стихийного бедствия;

3.3    антисейсмический деформационный шов (антисейсмический шов): конструктивный элемент, разделяющий обделку на отдельные блоки для повышения сейсмостойкости тоннеля;

3.4    карты общего сейсмического районирования (ОСР): комплект из трех карт, показывающих распределение в первом приближении сейсмической опасности по территории Российской Федерации с вероятностью превышения картируемой балльности 10%, 5% и 1% за интервал времени 50 лет или со средним интервалом времени между землетрясениями указанной на карте силы 500 лет (карта А), 1000 лет (карта В) и 5000 лет (карта С);

3.5    квазнстатическая задача: задача, в которой действие длинных волн моделируется соответствующими статическими напряжениями, зависящими от параметров волн;

3.6    классификация по сейсмостойкости: разделение сооружений на классы в зависимости от допустимой вероятности превышения расчетной сейсмической нагрузки за интервал времени 50 лет;

3.7    класс сейсмостойкости: системная единица, позволяющая упорядочить различные сооружения по свойству выдерживать без разрушения землетрясения, повторяющиеся с различной частотой в месте расположения объекта.

3.8    методы строительной механики: инженерные методы расчёта стержневых конструкций определённого вида (ферм, рам, балочных систем и арок), оболочек, упругих и неупругих оснований и т. д.;

3.9    методы теории упругости: аналитические или численные методы, разработанные с использованием теоретического аппарата механики сплошных сред, позволяющие определять напряженно-деформированное состояние упругих твёрдых тел при статических и динамических нагрузках;

3.10    преобладающий период колебаний частиц грунта: характеристика массива грунта на площадки строительства, связанная с сейсмическим воздействием и определяемая на основе инструментальных измерений в процессе изысканий;

3.11    расчетное землетрясение: принимаемое при разработке антисейсмических мероприятий землетрясение, характеристики которого определяются с учетом предельно допустимого сейсмического риска при проекгиро-вании сооружения, исследований по уточнению исходной сейсмичности и по сейсмическому микрорайонированию участка строительства, установленных нормами ограничений на расчетную сейсмичность;

3.12    сейсмостойкость: способность сооружения выдерживать без полной потери эксплуатационных свойств (наступления одного из предельных состояний первой группы) землетрясения расчетной силы (интенсивности);

3.13    тектоническая дислокация: нарушение залегания горных пород как в осадочной оболочке, так и в более глубоких слоях земной коры под действием тектонических процессов.

4.1    Проекты тоннельных сооружений разрабатываются с учетом класса сейсмостойкости объектов, связанного с сейсмическим риском, в соответствии с п. 4.5 СП 268.1325800.2016.

4.2    Класс сейсмостойкости сооружения учитывается при выборе карты общего сейсмического районирования; уточнении исходной сейсмичности (УИС) и сейсмическом микрорайонировании (СМР) участка строительства; разработке видов и объемов антисейсмических мероприятий; организации научно-технического сопровождения проектируемых сооружений; организации инструментального мониторинга на стадии эксплуатации сооружения.

4.3    Исходная сейсмичность района (пункта) строительства для сооружений классов сейсмостойкости I, II и III определяется по картам общего сейсмического районирования в целых баллах шкалы MSK-64.

4.4    Уточнение сейсмичности площадки строительства в зависимости от местных инженерно-геологических условий рекомендуется производить на основании карт сейсмического микрорайонирования и вида сооружений в соответствии с табл. 4.1 [4, 8].

Таблица 4.1 - Расчетная сейсмостойкость тоннельных конструкций в баллах

Наименование тоннельных сооружений

Сейсмичность площадки строительства, баллы

6

7

8

9

1.

Горные транспортные тоннели длиной 500 м и более:

станционные, эскалаторные и перегонные тоннели метрополитена, совмещенные тягово-понизительные подстанции метропол1пена

7*

я

9

9**

2.

Горные транспортные тоннели длиной до 500 м:

пешеходные тоннели, постоянные сооружения метрополитена, кроме указанных в п. 1. прнпортатьные подпорные стены

-

7

8

9

3.

Объекты горных тоннелей вне трассы, разрушение которых не отразится на целостности соору жений по пп. 1 и 2 данной таблицы

-

-

7

8

’Сейсмостойкость обеспечивается конструктивными антисейсмическими мероприятиями.

**Прн проектировании необходимо обязательное привлечение специализированной научно-исследовательской организации.


Результаты сейсмического микрорайонирования являются составной частью исходных данных для проектирования и расчета обделок тоннелей.

4.5 При сейсмическом микрорайонировании заглубленных участков тоннельного перехода в процессе изысканий инженерно-геологическая характеристика грунтов по трассе тоннеля должна учитывать: