ВСН 193-81 (Минтрансстрой) Инструкция по учету сейсмических воздействий при проектировании горных транспортных тоннелей

1.1. Настоящая Инструкция разработана в развитие глав СНиП по строительству в сейсмических районах и проектированию железнодорожных и автодорожных тоннелей.

1.2. Инструкция предназначена для проектирования тоннельных конструкций и устанавливает специальные требования к проектированию, обеспечивающие сейсмостойкость элементов обделок, порталов, подпорных стенок и других конструкций при землетрясениях расчетной балльности.

1.3. Проекты тоннельных сооружений следует разрабатывать исходя из расчетной сейсмичности тоннельных конструкций, устанавливаемой по табл.1.

Таблица 1

Примечания.

1. 1. Понятие "площадка строительства" означает: для припортальных участков - местоположение порталов, для тоннеля - породный массив по трассе тоннельного перехода.

2. 2. Расчетную сейсмичность конструкций тоннелей допускается уточнять по согласованию с утверждающей проект инстанцией на основании специальных исследований и сравнения стоимости вариантов с учетом возможных последствий землетрясений.

1.4. Сейсмичность района или пункта строительства следует определять по указаниям главы СНиП по строительству в сейсмических районах.

1.5. Уточнение сейсмичности площадки строительства в зависимости от местных инженерно-геологических условий проводится на основании карт сейсмического микрорайонирования или микрорайонирования, проводимого с помощью инструментальных наблюдений. Результаты сейсмического микрорайонирования должны являться составной частью задания на проектирование.

1.6. Для микрорайонирования заглубленных участков тоннельного перехода в инженерно-геологической характеристике грунтов по трассе тоннеля, определяемой в процессе изысканий, дополнительно к требованиям действующих инструкций по инженерно-геологическим изысканиям должны быть отражены следующие данные:

1. а) мощность напластований грунтов, окружающих тоннель, и коренных грунтов, а также их сейсмическая жесткость (произведение скорости распространения сейсмических волн на плотность);

2. б) статистические характеристики колебаний массива (скорость распространения сейсмических волн, преобладающий период, ожидаемая амплитуда);

3. в) наличие и характеристика тектонических нарушений в районе строительства;

4. г) активность и направленность тектонических движений;

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

1.7. Порядок проведения сейсмического микрорайонирования определяется в соответствии со специальной инструкцией по сейсмомикрорайонированию.

1.8. При проектировании тоннелей протяженностью 500 и более метров, расположенных в районах, сейсмичность которых превышает 9 баллов, следует разрабатывать дополнительные антисейсмические мероприятия, для чего целесообразно привлекать специализированные проектные и научно-исследовательские организации.

1.9. В проектах тоннелей для районов сейсмичностью 8 баллов и более следует предусматривать установку сейсмометрической аппаратуры, а также устройство помещений инженерно-сейсмометрических станций и смотровых приспособлений для регистрации колебаний элементов обделки и окружающего массива.

2.1. При выборе трассы тоннельного перехода следует отдавать предпочтение вариантам, предусматривающим заложение тоннелей в однородных по сейсмической жесткости грунтах, избегать участков повышенной трещиноватости, с резким изменением топографии над тоннелем, зон тектонических разломов, часто приуроченных к перевальным седловинам, а также склонов, особенно сложенных слабыми и несцементированными грунтами.

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

2.3. При проектировании тоннельных конструкций следует предусматривать конструктивные антисейсмические мероприятия в соответствии с общими принципами обеспечения сейсмостойкости, изложенными в строительных нормах и правилах по проектированию сооружений для сейсмических районов.

2.4. Пересечение тоннелем действующих тектонических дислокаций следует осуществлять вкрест их простиранию с применением соответствующих конструктивных решений.

2.5. В сейсмически активных районах при расчетной сейсмичности 7 и более баллов обязательно применение обделки. При расчетной сейсмичности тоннелей 8 и более баллов обязательно применение замкнутой обделки. Конструкция обделки должна выбираться в соответствии с инженерно-геологическими условиями местности и обосновывается расчетом.

2.6. При расчетной сейсмичности тоннеля 7 баллов в качестве постоянной обделки в прочных грунтах допускается применение набрызгбетона в сочетании с анкерами. Конструкция анкеров должна обеспечивать их сцепление с грунтом по всей длине и иметь равную долговечность с бетоном обделки.

2.7. Для компенсации продольных деформаций обделки по длине тоннеля следует устраивать антисейсмические швы, расстояние между которыми , м, определяется по формуле

,                                                           (1)

где - скорость продольных сейсмических волн в грунте, м/с (приложение 1);

- преобладающий период сейсмических колебаний массива, определяемый в процессе изыскания, с;

- возможная максимальная амплитуда колебаний массива, см, определяемая в процессе изысканий или для предварительных расчетов по графику рис.1;

- допускаемое конструкцией шва продольное смещение смежных участков тоннеля относительно друг друга, см.

Примечания.

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

2. 2. Максимальные расстояния между антисейсмическими швами не должны превышать 40 м для бетонных и железобетонных монолитных обделок, при этом следует совмещать антисейсмический шов с деформационным.

2.8. Конструкция антисейсмического шва должна допускать взаимные продольные смещения смежных участков обделки при деформациях без силового воздействия элементов обделки друг на друга. В случае необходимости следует предусматривать мероприятия по гидроизоляции или осушению обделки тоннеля.

2.9. В местах пересечения тоннелем тектонических трещин следует устраивать дополнительные антисейсмические швы.

2.10. В местах примыкания к тоннелю камер и других подземных выработок (дренажные и вентиляционные штольни и пр.) между этими сооружениями и тоннелем должны предусматриваться антисейсмические швы, которые могут быть совмещены с деформационно-осадочными швами.

2.11. Участки тоннеля в зоне тектонических трещин, прилегающие к антисейсмическим (деформационным) швам, следует усиливать конструктивным армированием. Общую длину участков усиления обделки ориентировочно определяют на основе анализа данных инженерно-геологических, гидрогеологических и сейсмотектонических изысканий и уточняют дополнительно в период строительства.

2.12. В железобетонных конструкциях в качестве рабочей (расчетной) арматуры следует применять стержневую арматуру из стали класса Ас-II марки 10ГТ диаметром 10-32 мм по ГОСТ 5781-75. Допускается применение арматурной стали класса A-III марки 25Г2С диаметром 6-40 мм по ГОСТ 5781-75. В качестве нерасчетной арматуры разрешается применять сталь A-I и A-II по ГОСТ 5781-75 и ГОСТ 380-71* марок ВСт3сп2, ВСт3пс2, ВСт3Гпс2, ВСт5сп2 и ВСт5пс2.

______________

На территории Российской Федерации действует ГОСТ 5781-82. - Примечание изготовителя базы данных.

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

2.13. Поперечное сечение обделок на прилегающих с обеих сторон к тектоническим трещинам участках следует увеличивать в среднем на 10%. Длина таких участков должна быть в пределах 5 наибольших поперечных размеров выработки.

В техническом проекте 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.

2.14. При устройстве обделок незамкнутого поперечного сечения следует обеспечить конструктивную заделку нижней части стен.

2.15. 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.

2.16. 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 соединений и т.п.).

3.1. Расчет тоннельных обделок на сейсмические воздействия следует проводить по первой группе предельных состояний.

3.2. 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.

3.3. Рассчитывать конструкции тоннелей на сейсмические воздействия следует с учетом свойств окружающих обделку грунтов и конструкции обделки методами теории упругости или строительной механики.

3.4. Порядок расчетов с учетом сейсмических воздействий следующий:

• уточняют сейсмичность площадки строительства тоннеля;

• выбирают расчетную сейсмичность конструкций тоннеля согласно табл.1;

• тоннель разбивают на отдельные участки в зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических условий и типов применяемой обделки для каждого из участков;

• выбирают методику расчета каждого участка на сейсмическое воздействие в соответствии с п.3.15 настоящей Инструкции;

• определяют расчетные усилия в элементах обделки, порталах от статических и сейсмических воздействий;

• проверяют несущую способность (прочность) конструкций обделки и прочность конструкций по максимальным усилиям, определяемым в результате сравнения расчетов, выполненных согласно п.3.2.

3.5. Обделки тоннелей глубокого заложения (заложение шелыги свода не менее трех максимальных поперечных размеров выработки) рассчитывают на действие сейсмических волн сжатия-растяжения и сдвига с учетом всех возможных направлений их действия в плоскости поперечного сечения тоннеля.

3.6. Расчет шарнирных обделок участков тоннелей глубокого заложения допускается производить на действие контактных напряжений, определяемых методами теории упругости как для монолитных обделок, а определение усилий производить методами строительной механики с учетом шарниров и т.п.

3.7. В случае, если расчет обделок на статические нагрузки ведется методами строительной механики, нагрузку от сейсмического воздействия определяют методом теории упругости и суммируют ее со статической нагрузкой.

В случае, если расчет обделок ведется методами теории упругости, напряженное состояние от статических и от сейсмических воздействий определяют отдельно и суммируют их.

3.8. Расчет обделок участков тоннелей мелкого заложения проводится на действие инерционных сил от масс грунта и собственного веса конструкций при вертикальном и горизонтальном направлениях сейсмического воздействия.

3.9. Расчет портальных подпорных стен проводится на действие горизонтальной составляющей инерционных сил от массы грунта и собственного веса конструкций.

3.10. При расчете тоннелей на особое сочетание с учетом сейсмических воздействий коэффициент сочетания принимается равным 1.

3.11. Расчетные значения инерционных нагрузок от собственного веса конструкций и от массы грунта следует определять в соответствии с главой СНиП по строительству в сейсмических районах.

3.12. Интенсивность горизонтального инерционного давления грунта на припортальные подпорные стены допускается определять по формулам

                             (2)

где - коэффициент сейсмичности, равный 0,025, 0,05 и 0,1 при расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 баллов соответственно;

- расчетное значение объемной массы грунта засыпки, т/м;

- толщина расчетного слоя грунта, принимаемая равной расстоянию от подошвы фундамента подпорной стены до расчетной поверхности грунта.

3.13. При расчете тоннелей на действия сейсмических волн сжатия-растяжения и сдвига сейсмические нормальные ( и ) и касательные () напряжения, возникающие в массиве на бесконечности по произвольным взаимно-перпендикулярным направлениям и , следует определять по формулам

;                                                    (3)

;                                                    (4)

,                                                   (5)

где - скорость распространения продольных (сжатия-растяжения) волн, м/с;

- скорость распространения поперечных (сдвиги) волн, м/с;

- преобладающий период колебаний частиц породы, с;

- коэффициент Пуассона грунта.

Примечания.

1. 1. Для предварительных расчетов в случае отсутствия данных о характеристиках грунтов, рекомендуется использовать данные таблицы приложения 1.

2. 2. При расположении тоннеля глубокого заложения в однородных по сейсмической жесткости скальных грунтах при наличии экспериментальных данных возможно уменьшение коэффициента сейсмичности до 0,5 при глубине заложения тоннеля в 100 м и более.

3. 3. Допускается определять расчетные сейсмические напряжения в массиве по массовой скорости колебаний частиц грунта, в соответствии с приложением 2.

3.14. При расчете на прочность элементов конструкций и оснований тоннелей помимо коэффициентов условий работы, принимаемых для конструкций, эксплуатируемых в несейсмоопасных районах, ввиду кратковременности действия сейсмической нагрузки и в зависимости от материала конструкций и соединений и типа оснований вводится дополнительный коэффициент условий работы , определяемый в соответствии с главой СНиП по строительству в сейсмических районах.

3.15. Рассчитывают замкнутые монолитные обделки произвольного очертания тоннелей глубокого заложения в соответствии с разделом 4, многослойные обделки тоннелей кругового очертания - с разделом 5, набрызгбетонные обделки с анкерами - с разделом 6, круговые обделки тоннелей мелкого заложения - с разделом 7, обделки некругового очертания тоннелей мелкого заложения - с разделом 8 настоящей Инструкции.

3.16. При наличии вокруг обделки ослабленного или укрепленного (например, цементацией, смолизацией, битумизацией) слоя грунта с модулем деформации, отличным от модуля деформации основного массива, а также слоя грунта, закрепленного анкерами, расчет круговых обделок проводится по разделу 5, а для расчета некруговых обделок определяется приведенный модуль деформации пород (приложение 3), а сам расчет проводится в соответствии с разделом 4.

3.17. Перечень алгоритмов и программ для расчета тоннелей на сейсмические воздействия приведен в приложении 4.

4.1. Область применения положений настоящего раздела характеризуется следующими условиями:

1. а) длина проектируемого сооружения превосходит его поперечные размеры не менее чем в 5 раз;

2. б) глубина заложения тоннеля превосходит наибольший размер его поперечного сечения не менее чем в 3 раза;

3. в) длина упругих волн сдвига с преобладающим периодом колебаний частиц грунта превосходит наибольший поперечный размер выработки не менее чем в 3 раза, т.е. деформационные характеристики массива грунта таковы, что выполняется условие

   ,                                                    (6)

   
   где - модуль деформации грунта (тс/м);

   - объемная масса грунта, т/м;

   - преобладающий период колебаний частиц грунта, с;

   - ускорение силы тяжести, м/с;

   - наибольший поперечный размер выработки, м.

4. г) не имеется близко расположенных сооружений на расстоянии менее

    .

4.2. Положения настоящего раздела возможно использовать для приближенного расчета набрызгбетонных обделок, в том числе - в сочетании их с анкерами, при выполнении условий п.4.1, а также до разработки специальной методики для расчета сборных обделок тоннелей глубокого заложения.

4.3. Массив грунта моделируется линейно-деформируемой, однородной, изотропной средой, механические свойства которой характеризуются средними величинами модуля деформации и коэффициента Пуассона .

4.4. Обделку рассматривают как замкнутую конструкцию заданной толщины и конфигурации, работающую в упругой стадии в условиях полного контакта с массивом по всему периметру.

4.5. Обделку рассчитывают в условиях плоской деформации, т.е. рассматривается действие сейсмических волн, распространяющихся в плоскости поперечного сечения сооружения.

4.6. Расчет обделки проводится на основании оценки наиболее неблагоприятного напряженного состояния в каждом нормальном (радиальном) сечении обделки из возможных при любых сочетаниях одновременно действующих на обделку волн сжатия-растяжения и волн сдвига и любых их направлениях в плоскости поперечного сечения сооружения.

4.7. Оценка наиболее неблагоприятного напряженного состояния в каждом нормальном (радиальном) сечении проводится путем отыскания экстремальных значений нормальных тангенциальных напряжений в данном сечении и соответствующих им направлений распространения и сочетаний действия волн сжатия-растяжения и сдвига.

4.8. Напряженное состояние обделки от действия длинной, произвольно направленной (в плоскости поперечного сечения тоннеля) волны сжатия (продольной волны) определяют на основании решения плоской квазистатической контактной задачи теории упругости для кольца произвольной формы с одной осью симметрии, подкрепляющего вырез в линейно-деформируемой среде с другими деформационными характеристиками, работающего совместно с окружающей средой в соответствии с расчетной схемой (рис.2).

4.9. Напряженное состояние обделки от действия длинной, направленной под произвольным углом к вертикальной оси симметрии выработки волны сдвига (поперечной волны) определяют на основании решения квазистатической контактной задачи, расчетная схема которой приведена на рис.3.

4.10. Экстремальные значения напряжений определяют на основании решения следующих уравнений для каждого нормального (радиального) сечения обделки

, ,                                                  (11)

где

                                               (12)

, - соответственно нормальные тангенциальные напряжения в данном сечении обделки от действия волны сжатия и волны сдвига, направленных под углом к вертикальной оси симметрии выработки.

В результате решения указанных уравнений (в качестве принимают их выражения на внешнем и на внутреннем контуре поперечного сечения обделки) получают четыре значения напряжений в каждом сечении. Затем для каждого сечения конструкции определяют те сочетания действия волн или и те углы их падения , , которые соответствуют наибольшим сжимающим (отрицательным) и наибольшим растягивающим (положительным) напряжения

м .

4.11. Наибольшие сжимающие и растягивающие напряжения в каждом сечении принимаются за расчетные. Усилия и , соответствующие этим напряжениям, вычисляют для каждого сечения именно при тех сочетаниях действия волн разного характера и том их направлении, при которых получены экстремальные значения напряжений .

4.12. Если обделка не прианкерена к грунту и проектируется с допущением образования трещин, то за расчетные принимают обе эпюры усилий и , соответствующие наибольшим сжимающим и растягивающим напряжениям .

4.13. Если обделку проектируют без допущения трещин и если она прианкерена к грунту или выполнена из набрызгбетона, то за расчетные на сжатие и растяжение принимают эпюры усилий и , соответствующие напряжениям , максимальным по абсолютной величине, взятые со знаками "плюс" и "минус".

4.14. Расчетные эпюры усилий и суммируют с усилиями от других видов действующих нагрузок и используют для проверки прочности сечений на сжатие и на растяжение.

4.15. Расчет круговых обделок проводят по алгоритму, приведенному в приложении 5, расчет обделок некругового поперечного сечения проводят по алгоритму, приведенному в приложении 6.

5.1. Положения настоящего раздела следует использовать для расчета многослойных обделок транспортных тоннелей круглого поперечного сечения глубокого заложения и стволов в условиях, указанных в п.4.1.

5.2. Методика расчета основывается на исходных предпосылках, указанных в пп.4.3-4.6, 4.8 и 4.9.

Расчетная схема показана на рис.4 и представляет собой многослойное круговое кольцо, наружный слой которого моделирует массив грунта. Радиус грунтового слоя принимается равным глубине заложения выработки.

5.3. Экстремальные значения напряжений на внешнем и внутреннем контурах каждого слоя обделки имеют место при значениях , . Наибольшие сжимающие и растягивающие напряжения в указанных сечениях принимают за расчетные.

Проверка прочности слоев производится в упругой стадии.

Расчетные растягивающие напряжения непосредственно сравнивают с расчетным сопротивлением материала обделки.

Проверка прочности материала обделки на сжатие производится с учетом объемного напряженного состояния по формуле

,                                          (15)

где - расчетные радиальные сжимающие напряжения в рассматриваемом сечении (при растягивающих радиальных напряжениях в формулу представляется (), см;

- угол внутреннего трения материала обделки, град;

- расчетное сопротивление материала обделки (призменная прочность), кгс/см.

5.4. Если проектируемая многослойная обделка прианкерена к грунту, то за расчетное принимают максимальные по абсолютной величине напряжения , взятые со знаками "плюс" и "минус".

5.5. Расчетные напряжения суммируют с напряжениями от других видов действующих нагрузок и используют для проверки прочности материала обделки при различных сочетаниях нагрузок.

5.6. Расчет многослойных обделок производится по алгоритму, приведенному в приложении 8.

6.1. Предварительный выбор конструкции и назначение параметров набрызгбетонной обделки с анкерами (длины анкеров, расстояния между ними, толщины набрызгбетонного покрытия и т.п.) производят на основании Инструкции по применению анкеров и набрызгбетона в качестве временной крепи выработок транспортных тоннелей (ВСН 126-78* Минтрансстрой).

______________

* На территории Российской Федерации действуют ВСН 126-90. - Примечание изготовителя базы данных.

Прочность обделки проверяют расчетом с учетом сейсмических воздействий в соответствии с пп.6.2 и 6.3.

6.2. Набрызгбетонную круговую обделку с анкерами рассматривают при расчете как многослойную конструкцию, в которой выделяют следующие слои:

• слой грунта, закрепленный анкерами, толщина которого принимается равной 0,8, где - длина анкеров, м;

• слой набрызгбетона, армированный сеткой, стержнями и т.п., принимаемый равным толщине арматуры;

• слой собственного набрызгбетона.

Расчет обделки производится в соответствии с разделом 5.

Примечание. Модуль деформации слоя грунта с анкерами принимают равным 1,2, где - модуль деформации грунта.

6.3. Набрызгбетонную некруговую обделку с анкерами рассчитывают в соответствии с разделом 4 как монолитную замкнутую конструкцию (с толщиной набрызгбетонного покрытия), причем для массива принимают значение приведенного модуля деформации , определяемое по приложению 3.

7.1. Расчет производится на основании решения динамической задачи о поперечных колебаниях стержневой системы, состоящей из упругосоединенных между собой элементов, в линейно-деформируемой среде (рис.5).

7.2. В качестве внешней нагрузки принимается воздействие, направленное перпендикулярно продольной оси тоннеля, являющееся следствием горизонтального перемещения грунта во времени (импульсивная нагрузка, синусоидальная нагрузка, акселерограмма и т.д.), .

7.3. Жесткость узлов соединений элементов (блоков) обделки между собой характеризуется коэффициентом , который является отношением жесткостей поперечного сечения узла и материала обделки.

Значение коэффициента следует принимать для шарнирной обделки 0,3, для сборной обделки с перевязкой швов и при наличии болтовых соединений 0,5, для монолитной обделки 1.

7.4. Нормальные () и тангенциальные () перемещения точек средней линии поперечного сечения обделки и соответствующие им изгибающие моменты и продольные усилия определяются по алгоритму, приведенному в приложении 9.

8.1. Требования настоящего раздела распространяются на расчет обделок тоннелей некругового очертания мелкого заложения или их участков при расстоянии от шелыги свода до поверхности не более трех наибольших поперечных размеров тоннеля.

8.2. Порядок расчета определяется в соответствии с пп.3.3 и 3.4.

8.3. Нагрузки на обделку определяют раздельно для вертикального и горизонтального направлений сейсмических воздействий:

1. а) горизонтальную и вертикальную составляющие сейсмической нагрузки от собственного веса обделки вычисляют по формуле

   ,                                                       (16)

   
   где - вес элемента обделки, отнесенный к точке ;

2. б) интенсивность горизонтального инерционного давления грунта на обделку в пределах высоты стены обделки определяют по формуле

   ,

   
   где - активное давление грунта, кгс/см;

3. в) горизонтальную составляющую инерционной массы грунта засыпки над тоннелем в пределах пролета выработки, приложенную к верхней части обделки, определяют по формуле

   ,

   
   где - ширина выработки, м;

   - расстояние от дневной поверхности, м;

   - коэффициент трения грунта по обделке.

4. г) интенсивность вертикальной составляющей определяют по формулам

   (от веса полного столба над тоннелем)

5. или     

   (при возможности сводообразования, где - высота свода).

8.4. Производится раздельное суммирование горизонтальных сил от собственного веса и инерционных масс грунта (первое сочетание) и вертикальных нагрузок от собственного веса и инерционных масс грунта (второе сочетание), выполняются два статических расчета по первому и второму сочетанию и проверяется прочность сечений обделки.

9.1. Конструировать и рассчитывать порталы следует в соответствии с требованиями главы СНиП по проектированию железнодорожных и автодорожных тоннелей, портальных подпорных стен в соответствии с требованиями норм по проектированию подпорных стен для транспортного строительства, указаниями раздела 3 и данного раздела настоящей Инструкции.

9.2. Порталы тоннелей в сейсмических районах в зависимости от крутизны откосов, трещиноватости, крепости и устойчивости грунтов склона горного массива, а также состояния подходов к тоннелю рекомендуется проектировать врезными, наклонными с лобовой подпорной стеной (рис.6, , б ) или выносными с искусственной засыпкой для уполаживания лобового откоса (рис.6, в ) в случае неустойчивости склонов.

9.3. Порталы тоннелей следует проектировать, как правило, железобетонными. Допускается применение бетонных порталов на площадках сейсмичностью не более 7 баллов при устойчивых скальных грунтах. Лобовые подпорные стены следует конструировать из железобетона с устройством ограждающего парапета, возвышающегося над поверхностью откоса не менее чем на 1 м.

9.4. Припортальные подпорные стены могут выполняться как из железобетона, так и из бетона.

9.5. При назначении расположения порталов высоту подпорных стен у откосов припортальных выемок следует принимать по данным табл.2. При невозможности выполнения таких требований необходимо уполаживать откосы или выносить портал.

Таблица 2

9.6. Для поддержания откосов припортальных выемок в зависимости от используемого материала и характера наклона поверхности, а также высоты стен следует применять массивные бетонные и облегченные железобетонные конструкции подпорных стен. Тип проектируемой стены, ее конструкцию и размеры следует назначать на основании технико-экономического анализа вариантов, составляемых с учетом местных инженерно-геологических, мерзлотно-грунтовых, сейсмических и других условий.

9.7. Припортальные подпорные стены следует разделять на длине сквозными вертикальными швами (включая фундамент) на секции размером не более 15 м, а в районах сейсмичностью 8 и 9 баллов - до 10 м.

Швы следует располагать так, чтобы подошва каждой секции опиралась на однородный (по степени сжимаемости) грунт.

9.8. При расчете порталов и припортальных подпорных стен на устойчивость против опрокидывания с учетом сейсмического воздействия коэффициент условий работы принимают для сечений: а) бетонных конструкций - 0,75; б) по подошве фундаментов мелкого заложения для грунтов, связанных с коэффициентом консистенции В<0,25-0,75; 0,25<В<0,50-0,55; В>0,50-0,40; скальных - 0,75, несвязных с разной степенью влажности - 0,55, несвязных, средней плотности - 0,40.

9.9. В районах сейсмичностью 9 баллов для предотвращения неблагоприятного влияния податливости основания на сейсмостойкость припортальной подпорной стенки следует фундамент стенки доводить до скального или полускального грунта или искусственно уплотнять основание.

9.10. Внутренней грани припортальной стены следует придавать наклон в сторону откоса выемки.

9.11. Дренажные устройства для отвода воды из-за припортальных подпорных стен следует проектировать в соответствии с требованиями норм по проектированию подпорных стен для транспортного строительства.

9.12. Тип нижнего строения пути, применяемый в тоннеле, следует предусматривать и за пределом портала на расстоянии не менее 10 м.

10.1. Основным назначением создания инженерно-сейсмометрической службы на тоннелях является получение количественных данных о параметрах колебаний конструкций тоннелей и окружающего грунтового массива для использования этих данных при проектировании аналогичных конструкций.

10.2. Протяженные тоннели в районах сейсмичностью 8 баллов и более оборудуются инженерно-сейсмометрическими станциями для записи смещений, скоростей и ускорений элементов обделки и окружающего массива во время землетрясений.

10.3. Проект инженерно-сейсмометрической станции должен иметь общую схему размещения измерительных пунктов и регистрирующего комплекса, полный перечень оборудования и приборов, строительную часть, включающую рабочие чертежи размещения и крепления приборов, вспомогательного оборудования, кабельных линий, а также чертежи основных и вспомогательных помещений.

10.4. Общий порядок проектирования и установки сейсмометрических приборов и оборудования на инженерно-сейсмометрических станциях регламентируется инструкциями по организации станций инженерно-сейсмометрической службы для регистрации колебаний зданий и сооружений при землетрясениях.

10.5. Проектировать инженерно-сейсмометрическую станцию следует по техническому заданию, с обязательным согласованием организацией, на которую возлагается эксплуатация станции.

10.6. Каждая инженерно-сейсмометрическая станция на тоннелях должна иметь, как минимум, три измерительных пункта - у портала, в тоннеле и над тоннелем в месте наибольшей глубины заложения тоннеля.

Большое количество комплектов сейсмометрической аппаратуры может быть запроектировано и установлено в тоннелях, пересекающих напластования грунтов различной сейсмической жесткости, при наличии действующих тектонических подвижек и в других случаях на основании специального технико-экономического и сейсмологического обоснования, проведенного на стадии технического проекта.

10.7. В измерительном пункте в тоннеле одновременно должны фиксироваться колебания элементов обделки и окружающего массива.

10.8. Если тоннель имеет несколько типов конструкций обделок, целесообразно устраивать измерительные пункты на каждом типе обделок.

10.9. Сейсмоприемники устанавливают на рабочих площадках, представляющих собой горизонтальные бетонные постаменты, жестко прикрепляемые к обделке (для фиксации колебаний обделки), и заглубляемые на 0,5-1,0 м в грунт (для фиксации колебаний грунта).

10.10. Конструктивное оформление измерительных пунктов должно обеспечивать надежное сочленение сейсмоприемников с обделкой и грунтом, свободный доступ к приборам для их монтажа и наладки, надежную защиту аппаратуры от фильтрации воды и падения кусков грунта и обделки, а также соответствующий температурный и влажностный режим для нормальной работы аппаратуры.

10.11. Аппаратура для измерительного и регистрирующего комплекса состоит из магнитно-электрических и пьезоэлектрических сейсмоприемников (датчиков) и осциллографов с гальванометрической регистрацией.

10.12. Расходы на приобретение сейсмометрической аппаратуры и на выполнение строительно-монтажных работ, связанных с ее установкой, должны предусматриваться в сметах на строительство сооружений.

10.13. Эксплуатацию сейсмометрической аппаратуры в тоннеле следует осуществлять под надзором работников региональной сейсмологической службы.

Приложение 1

Скорости сейсмических волн, нормальные и касательные напряжения
 в ненарушенном массиве для различных грунтов

     Приложение 2

Определение расчетных сейсмических напряжений в массиве
 по скорости колебания частиц грунта

При расчете тоннелей на действие сейсмических волн сжатия-растяжения и сдвига, сейсмические напряжения, возникающие в массиве на бесконечности по произвольным взаимно-перпендикулярным направления и , возможно определять по формулам (3, 4, 5) настоящей Инструкции.

;*

_______________

* Формула соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

;

,

где - ускорение силы тяжести, м/с;

- скорость колебания частиц грунта при интенсивности 7, 8 и 9 баллов, определяемая в процессе изысканий или ориентировочно по данным таблицы.

Приложение 3

Определение приведенного модуля деформации грунта
 для расчета некруговых обделок

Приложение 4

Перечень алгоритмов и программ по расчету обделок тоннелей
на сейсмические воздействия

Приложение 5

Алгоритм и пример расчета обделок тоннелей кругового очертания
на сейсмические воздействия

Приложение 6

Общий алгоритм и примеры расчета обделок некругового поперечного сечения
на сейсмические воздействия

Приложение 7

Построение конформного отображения
графо-аналитическим способом П.В.Мелентьева

Строят конформное отображение для определения коэффициентов отображающей функции , , ..., , характеризующих форму поперечного сечения обделки и используемых в качестве исходных данных для машинного расчета на ЭВМ малой мощности.

Для нахождения указанных коэффициентов выполняют следующие операции:

1. 1. Вычерчивают в масштабе (1:100, в случае небольших размеров выработки - 1:50) половину симметричного внутреннего контура поперечного сечения обделки. Начало координат располагают внутри контура на вертикальной оси симметрии, вдоль которой направляется ось (рис.1) и совпадает с центром окружности, описанной вокруг контура.

   

   Рис.1. Схема к отысканию коэффициентов отображающей функции
   графо-аналитическим способом П.В.Мелентьева

2. 2. Половину симметричного контура разбивают лучами 0, I, ..., VI, исходящими из начала координат, на 6 частей (лучи проводят под углом 30° друг к другу).

3. 3. Из того же центра проводят окружности, касающиеся контура изнутри (их может быть несколько), и, если один луч пересекает две окружности, то для следующего построения выбирают окружность большего радиуса.

4. 4. На отрезках лучей I, ..., V, заключенных между описанной около контура и касающимися контура изнутри окружностями, как на диаметрах, строят вспомогательные окружности, пересекающие контур в двух точках.

5. 5. Из двух точек пересечения выбирают наиболее удаленную от начала координат, и из нее на соответствующий луч опускают перпендикуляр. Расстояние этой точки до луча обозначают , а длину луча от начала координат до пересечения с перпендикуляром обозначают .

6. 6. Значения читают на шкале прозрачной палетки (рис.2), вычерченной на кальке в масштабе одно деление - 1 см, если контур вычерчен в масштабе 1:100, и одно деление - 2 см, если контур дан в масштабе 1:50. Палетку накладывают на чертеж таким образом, чтобы шкала совпадала с -ным лучом, а шкала - с перпендикуляром, опущенным на луч из точки пересечения вспомогательной окружности с контуром.

Примечания.

1. 1. Величины и равны нулю, поэтому в качестве и принимают длины соответствующих лучей от начала координат до пересечения с контуром.

2. 2. Все необходимые графические построения показаны на рис.1.

Приложение 8

Алгоритм и примеры расчета многослойных круговых обделок тоннелей

Обделку рассматривают как () слойное кольцо; -й слой - бесконечно толстый массив.

Задаваемые расчетные нагрузки неравномерны по углу , отсчитываемому от оси, проходящей через максимум радиальной нагрузки.

;

     ,*

где и - радиальная и касательная составляющие нагрузок;

, и * - параметры нагрузок (задаются или вычисляются по приведенным формулам).

_______________

* Формула и экспликация к ней соответствуют оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

При расчете обделок, слои которых неоднородны по механическим свойствам, например, бетонные с арматурой гибкой или жесткой или слои с ребристыми тюбингами, учитывают неравномерность распределения напряжений по сечению. Неоднородность материалов в каждом слое характеризуется коэффициентом (степенью) армирования, которая определяется отношением площади сечения арматуры к площади сечения слоя. Если внутренним слоем обделки являются ребристые тюбинги без заполнения пространства между ребрами, то степень армирования выделенного слоя ребер определяют отношением площади сечения ребер к площади междуреберного пространства и ребер.

Исходные данные для расчета

Приложение 9

Алгоритм и пример расчета круговых обделок тоннелей мелкого заложения