Статический расчет конструкций станций метрополитенов

Лекция 14 Глава 18 СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ СТАНЦИЙ МЕТРОПОЛИТЕНОВ 18.1.Особенности статической работы Статическая работа несущей конст­рукции станции метрополитена зависит от ряда факторов, в числе которых глав­ными являются глубина заложении, гео­логические условия, форма конструкции и способ постройки. Эти факторы тесно связаны между собой. Так, выбор конст­руктивной формы зависит от глубины заложении станции и геологических ус­ловий. а способ постройки как от глубины заложения, так и от конструктивной формы. Станции, сооружаемые открытым способом, обычно бывают расположены в слабых грунтах (песках, глинах, супесях, суглинках). На перекрытие этих станций оказывает давление грунт, толщина которого над перекрытием редко превышает несколько метров. Кроме того, в случае мелкого заложении конструкции она работает также на нагрузки, находящиеся на поверхности земли. Это в первую очередь нагрузка от наземного транспорта. В некоторых случаях на станционную конструкцию может передаваться давление от назем­ных зданий и сооружений, расположен­ных вблизи, в виде дополнительного бо­кового давления грунта на стены стан­ции. Станции, заложенные на глубине не­скольких десятков метров и сооружае­мые закрытым способом, находятся обыч­но в более устойчивых породах. Нагруз­ки, находящиеся на поверхности, не оказывают влияния на их конструкцию. Главной нагрузкой здесь является гор­ное давление. Станции метрополитена глубокого за­ложения отличаются от других глубоко заложенных тоннельных конструкций значительно большей шириной. Поэтому нагрузка от горного давления на стан­цию значительна, и, как правило, ее принимают равной весу столба вышеле­жащих грунтов. При таких нагрузках приобретает еще большее значение сов­местная работа конструкции станции и окружающих грунтов. В связи с тем что станции пилонного и колонного типов сооружают по частям, возникает необ­ходимость анализа статической работы незавершенных конструкций и влияния одной части конструкции на другую. 18.2.Определение нагрузок (см.нагрузи и и в0здействия. Привести рис. Из СП…) Расчет конструкций станций метропо­литена следует производить с учетом возможных для отдельных элементов или всего сооружения в целом неблаго­приятных сочетаний нагрузок и воз­действий, которые могут действовать одновременно при строительстве или эксплуатации сооружения. При этом следует рассматривать основные и осо­бые сочетания нагрузок в соответствии с указаниями СНиП 11-40-80 СП 12о.13330 Метрополитены. Наиболь­шее практическое значение имеют ос­новные сочетания нагрузок. Конструкции, сооружаемые открытым способом. Нагрузками на обделки тоннелей и станций,сооружаемых открытым способом являются: постоянные нагрузки - вертикальное и горизонтальное давление грунта засыпки, гидростатическое давление, давление от веса дорожного покрытия и собственный вес обделки, временные нагрузки - давление грунта от наземного транспорта (нагрузку от подвижного состава в тонннеле и на станции обычно не учитыва­ют). особые воздействия — сейсмические и дополнительные нагрузки. Нормативное значение постоянных вертикальных нагрузок Нормативные характеристики грунта засыпки: удельный вес ϒп, угол внутрен­него трения φn и сцепление Сn, как пра­вило, принимают на основании лабора­торных исследований образцов грунта, предназначенного для засыпки конст­рукции. При расположении сооружения в во­допроницаемых пористых грунтах, со­держащих свободную воду, нагрузки от давления грунта следует определять как совместное давление воды и грунта во взвешенном состоянии. Удельный вес грунта с учетом взве­шенности в воде Для определения горизонтального давления грунта на стены тоннели или станции, сооружаемые открытым способом, нaибольшее распространение в инженерной практике получили методы, основанные на теории, рассматривающей условия предельного равновесия обра­зующейся в грунте призмы обрушения. Рис..1. Зависимость горизонтального давления грунта от смещения стены Зависимость горизонтального давле­ния грунта от смещения стены выража­ется кривой линией (рис1), для ко­торой известны три координаты: qa - активное давление грунта; qo - давле­ние грунта на неподвижную жесткую стену (бытовое или гидростатическое дав­ление); qп — пассивное давление (от­пор) грунта. На глубине z от поверхности … При учете сцепления грунта Сп … Как видно из графика на рис..1, активное и пассивное давления являются предельными. Активное давление - наименьшая, а отпор - наибольшая из сил и реакций, возникающих между грунтом и стеной. Методы сооружения тоннелей и станций в котловане с откосами, в котловане с вертикальными стенами, поддерживаемыми временным креплением, или способом «стена в грунте» не предотвра­щают возможность смещения грунта в сторону обделки в процессе строительства. Опыты показывают, что даже не­значительного смещения подпорных стен только за счет податливости грун­тового основания во многих случаях достаточно для возникновении в грунте за стенами предельного напряженного состояния и снижения давления на сте­ну до активного. Принимают, что, до того как произ­ведена засыпка на перекрытии обделки, на ее стены действует активное давление грунта. За начальное активное давление при сооружении тоннеля или станции в котловане с откосами (рис2, а) мож­но принимать давление от засыпки вы­сотой ho. С увеличением высоты засыпки активное давление увеличивается. При сооружении тоннеля или станция в котловане с вертикальными стенами (рис..2, б) или способом «стена в грунте» (рис..2, в) предельное состояние возникает в грунте за стенами котлована (траншеи). Рис.2. Расчетные схемы для определения горизонтального давления грунта на обделку при ее сооружении: а – в котловане с откосами; б - то же с вертикальными стенами; в – способом «стена в грунте» Активное давление грунта в этих случаях характеризуется высотой грунта от низа котлована до поверхности Н. Грунт засыпки в этих случаях может рассматриваться как передающее звено и при определении активного давления не учитываться. Под действием активного давления грунта стены обделки дефор­мируются внутрь тоннеля, что вызывает некоторое перераспределение давления по высоте обделки. При этом полное зна­чение активного давления почти не из­меняется и может быть определено лю­бым из существующих методов, например по формуле (.1). По мере засыпки котлована выше уров­ня перекрытия обделки возникают и увеличиваются деформации стен обдел­ки в сторону грунта. Расположение вре­менной нагрузки над обделкой или в пределах одной призмы обрушения (не­симметричное загруженне) также вызы­вает деформации стен обделки в сторону грунта. Если для возникновения предельного активного давления требуются сравни­тельно небольшие смещения стены от грунта, то для возникновения предель­ного пассивного отпора смещения стены в сторону грунта должны быть значи­тельно большими. Экспериментально ус­тановлено, что для возникновения пре­дельного пассивного давления требуется поступательное перемещение вертикаль­ной стены высотой 4 м в сторону засыпки из тяжелого суглинка (φn=19°20’, Сп = 0,02 МПа) на 7,95 см.(посм.СП 22.13330) Наибольшие прогибы стен обделок в сторону грунта, как правило, не пре­вышают 2-3 см. При таких деформаци­ях обделки предельное пассивное давле­ние не возникает. В этом случае давление грунта за­висит от значения деформации стены и составляет промежуточное значение меж­ду активным давлением и предельным пассивным отпором. Учитывая, что деформации стены обделки в сторону грунта возможны лишь после того, как сила взаимодействия стены и грунта превысит активное давление, можно записать давление грунта на обделку на расстоянии z от верха стены (рас. по спец. прог.) Если исходить из теории местных де­формаций, реактивный отпор грунта можно определить по формуле Обобщенный коэффициент постели учи­тывает деформации грунта засыпки и Деформации грунта за стенами котлова­на и выражается зависимостью Коэффициент упругого отпора засып­ки определяют по формулам: для случая котлована с откосами (см. рис. 2, а) для котлована с вертикальными сте­нами (см. рис..2,б) Модуль общей деформации грунта Ео устанавливают для заданной плотности засыпки при лабораторных испытаниях грунта. Коэффициент постели К2z мож­но устанавливать по результатам поле­вых испытаний грунта или принимать но данным справочников.(в СП 122 есть к ?) Полученное по формуле (2) давле­ние грунта на стены обделки не должно превышать пассивного давления грун­та. вычисленного по теории предельного равновесия. Давление грунта на обделку от транспортных средств на поверхности определяют в соответствии с указаниями СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы. Нор­мативное вертикальное давление опре­деляют от автотранспортных средств в виде полос А-11 (рис..3) и от одиноч­ной колесной нагрузки НК-80 (рис..4). Рис..3. Схема для определения вертикального давлении ит автотранспортных средств в виде полос А-11 Рис. 4. Схема для определения вертикального давления от колесной нагрузки НК-80 При этом рассматривают наиболее не­выгодные для работы обделки и ее от­дельных элементов схемы расположения этих нагрузок над обделкой и на приз­мах обрушения. Автотранспортные средства в виде по­лос А-11 включают одну двухосную те­лежку с осевой нагрузкой Р1 = 107,91 кН и равномерно распределенную нагрузку интенсивностью У= 10,78 кН/м на обе колен. Над обделкой может распола­гаться несколько полос нагрузки. Рас­стояние между осями смежных полос должно быть не менее 3 м.проверить по СП 120 Нагрузка НК-80 представляет собой одиночную четырехосную машину об­щим весом 785 кН. Вертикальное давление от подвижной нагрузки на поверхности распространя­ется в дорожном покрытии под углом 45° от соприкосновения скатов машин с дорожным покрытием, а в грунте — под углом 26,5° к вертикали. Интенсивность давления грунта от нагрузки А-11 на уровне верха конст­рукции определяют по формулам: Интенсивность давления грунта от нагрузки НК-80 на уровне верха пе­рекрытия Дополнительное горизонтальное дав­ление от наземного транспорта определя­ют по схеме, приведенной на рис. 18.5. Оно распределяется по высоте стены на участке h1: В зависимости от глубины заложения станции (тоннеля) дополнительное дав­ление грунта от подвижной нагрузки на поверхности как вертикальное, так и горизонтальное может быть сплошным (при значительной глубине) или преры­вистым (при малой глубине). Нормативные значения транспортных нагрузок умножают на динамические коэффициенты 1 + μ и коэффициенты на­дежности по нагрузке γf. Дли нагрузки А-11 1 + μ = 1, γf =1,2. Для нагрузки НК-80 динамический коэффициент за­висит от длины загруженин временной нагрузкой λ: при λ=1,0 м 1 + μ =1,3; при λ=5 м 1 + μ =1,1, а для промежу­точных значений λ принимают по ин­терполяции. Коэффициент γf для на­грузки НК-80 равен 1. Конструкции, сооружаемые закрытым способом. Постоянные и временные на­грузки на конструкции станций, соору­жаемые закрытым способом, определяют в соответствии с указаниями СНиП II-40-80 Метрополитены.СП 120.13330 уточнить и дать приложение К постоянным силовым воздействиям относятся нагрузка от давления грун­тов, гидростатическое давление и собст­венный вес конструкции. Нагрузка от горного давления является главным внешним силовым фактором. В большинстве случаев станции глу­бокого заложения расположены не на­столько глубоко в коренных породах, чтобы можно было ожидать образования естественного разгружающего свода. На­пример, не удовлетворяется условие при­менимости гипотезы проф. Протодьяконова Н≥ 2h (высота слоя устойчивых пород не менее чем в 2 раза должна пре­вышать высоту вывала) или над выработкой залегают слабые грунты. Поэтому конструкцию станции приходится рассчитывать на давление от веса всех грунтов, залегающих над ней. т. е. гор­ное давление принимают пропорцио­нальным заглублению конструкции (рис..6). В практике могут встретиться случаи, когда заглубление станции в устойчивые коренные грунты достаточно для образо­вания естественного разгружающего свода высотой h1. Тогда естественный свод должен быть рассчитан по состоя­нию предельного равновесия; при этом необходимы натурные исследования ус­тойчивости породы в разведочных выра­ботках. Свод (рис7) нагружен давлением вышележащих слабых грунтов q и соб­ственным весом g. Сделаны следующие допущения: в замке свода и его пятах внутренние силы находятся на грани­цах ядер сечения; эпюра напряжений в замковом сечении треугольная. Расчет выполнен на 1 м по длине выработки. Рис. 5. Схема для определения горизонтального давления от подвижной нагрузки Рис. .6. Схема нагрузок, действующих на конструкцию станции от горного давления Рис. 7.Расчетная схема разгружающего свода Распор в своде Напряжения в верхнем волокне замкового сечения Для обеспечения запаса прочности свода необходимо выполнение условия Если натурные исследования и рас­чет свода убеждают в достаточной его прочности, вертикальное нормативное давление на конструкцию станции опре­деляют так же, как при сводообразова­нии. Если станция располагается в креп­ких грунтах и над ней образуется естест­венный разгружающий свод, то боковое давление на конструкцию отсутствует. Как и при расчете большинства других тоннельных конструкций, необходимо иметь в виду, что боковое давление улуч­шает условия их работы. Поэтому неучет бокового давления увеличивает за­пас прочности конструкции и при малых его значениях вполне допустим. Нагрузка от гидростатического давле­ния на конструкцию отнесена к числу постоянных, хотя она в различные нериоды существования станции изменя­ется от нулевых до максимальных те­чений. Так, в период постройки, когда герметизация обделки ие выполнена или не закончена, гидростатическое давле­ние на конструкцию практически от­сутствует. После полной герметизации станцион­ной обделки гидростатическое давление достигает максимальных значений. По­этому при расположении станции в во­доносных грунтах конструкцию необ­ходимо рассчитывать как на максималь­ное гидростатическое давление, так и на минимальное. Второй случай прак­тически означает отсутствие давления воды. Для обделок кругового очертания на­грузка от гидростатического давления близка к рациональной: в обделке воз­никают сжимающие силы, которые уменьшают внецентрепность работы се­чений конструкции, вызванную нагруз­кой от горного давления. Следовательно, до определенных пределов нагрузка от гидростатического давления улучшает работу круговых станционных обделок; менее выгодным будет случай отсутст­вия гидростатического давления. Однако в конструкции станции есть элементы, работа которых подобна ра­боте плоских плит,. Под действием гидростатического например спинки тюбингов или плита плоского лотка дав­ления в этих элементах возникнут из­гибающие моменты, и невыгодным для их работы будет случай максимального гидростатического давления. При расчете на гидростатическое дав­ление горное давление определяют с учетом взвешенности грунта в воде. Собственный вес обделки в сравнении с нагрузкой на станцию от горного давле­ния обычно незначителен. Если его зна­чение не превышает 5 % нагрузки горного давления, то собственный вес об­делки в расчете учитывать не следует. Однако в монтажной стадии, когда еще не обеспечена совместность работы грун­та и обделки, нагрузка от собственного веса и веса оборудования может вызвать существенные внутренние усилия и де­формации. Усилия, полученные при рас­чете по монтажной стадии, необходимо суммировать с усилиями из расчета обделки по эксплуатационной стадии. Нагрузку от веса подвижного состава анции не учитывают при расчете конструкций стглубокого заложения, так как эта нагрузка невелика и благодаря заполнению бетоном лотковой части распределяется по значительной поверхности нижнего участка обделки и под­стилающего грунта. .Выбор расчетной схемы Выбор расчетной схемы конструк­ции первый и важнейший этап рас­чета. При назначении расчетной схемы приходится делать допущения, позво­ляющие применить для расчета извест­ные методы строительной механики. При­нятые допущения должны обеспечивать запас прочности. Станционное сооружение представляет собой конструкцию, длина которой зна­чительно превышает ширину, поэтому по аналогии с расчетом горных тоннелей и перегонных тоннелей метрополитена здесь также выделяют для расчета плос­кую систему размером по длине стан­ции, равным I м. Такой подход упроща­ет расчетную схему, но менее обоснован, чем для других тоннельных сооружений, так как конструкция станции по ее дли­не изменяется и, за исключением однопролетных и односводчатых решений, представляет собой чередование прохо­дов и опор перекрытия. В этом случае необходимо, чтобы выделенный для рас­чета плоский элемент конструкции имел длину, равную размеру типовой сек­ции — звена, повторяющегося по длине станции. Дальнейшее развитие расчетов кон­струкций станций метрополитена (в настоящее время) поз­волит перейти от плоской расчетной схемы к пространственной, в которой учитывают работу элементов типовой секции как в поперечном, так и в про­дольном направлении, При выборе расчетной схемы необ­ходимо проанализировать работу конструкции и отдельных ее элементов не только в эксплуатационной стадии, но и в течение всего процесса ее сооружения, так как при постройке отдель­ные элементы конструкции могут рабо­тать в более невыгодных условиях, чем при эксплуатации сооружения. Рассмотрим некоторые невыгодные схемы статической работы станции пе­риода строительства (рис..8). На расчетной схеме станции, соору­жаемой открытым способом (рис. 8а), учтена односторонняя боковая засыпка, при которой в конструкции возникнут усилия, которые не могут появиться после завершения строительства Для предотвращения опасных деформаций не­обходима постановка диагональных свя­зей, отмеченных штриховыми линиями, и обеспечение жесткости в узлах. Весьма невыгодной представляется схема работы бокового тоннеля пилон нойстанции при раскрытии выработки среднего тоннеля (рис. .8, б) В этом случае с одной стороны бокового тоннеля фактически снимается отпор грунта, и в этой части обделка сопротивляется деформациям в сторону выработки среднего тоннеля только зa счет своей жесткости, так как сопротивление оставшихся целиков практически не играет роли. Рис. .8. Невыгодные расчетные схемы конструкции станции: а — сооружаемой открытым способом; б — пилонного типа; в — колонного типа Еще более невыгодной может показаться схема работы бокового тоннеля при проходке среднего зала колонной стан­ции, когда плоскость обнажения стано­вится еще больше, никаких целиков не остается и при подведении лотковой час­ти среднего тоннеля приходится обна­жать опорную часть колонн (рис..8, в). Если такие схемы принять за расчетные, сооружения приобретут запасы проч­ности, совершенно излишние в эксплуа­тационной стадии. Анализ работы конструкции в про­цессе строительства необходим для при­нятия мер предотвращения или умень­шения деформаций колец, находящихся в невыгодных условиях. К таким мерам относится постановка временных свя­зей и раскрытие выработки короткими по длине станции участками так, чтобы благодаря совместности работа времен­но перегруженных колец облегчалась соседними кольцами, работающими в нормальных условиях. В большинстве случаев за расчетную схему конструкции станции принимают ту, которая соответствует окончательной эксплуатационной стадии. . Расчетные схемы конструкций, сооружаемых открытым способом При выборе расчетной схемы обделки должны быть учтены ее конструктивные особенности, характер сопряжения эле­ментов, последовательность производ­ ства работ, а также взаимодействие об­делки и грунта засыпки в период строи­тельства и эксплуатации станции. Обделки станции прямоугольного по­перечного сечения с одним или двумя рядами колонн представляют собой сбор­ные многопролетные рамы из железо­бетонных элементов заводского изготовления. При расчете конструкций станций сле­дует учитывать, что грунт засыпки не только создает нагрузку на обделку и передает давление от нагрузки, находя­щейся на поверхности, но и является средой, работающей совместно с об­делкой. Учет совместной работы обдел­ки станции и окружающего ее грунта можно производить, используя различ­ные модели упругого основания. В прак­тических расчетах обычно пользуются теорией местных деформации, принимая в качестве деформативной характерис­тики грунта постоянный или изменяю­щийся по длине элементов конструкции коэффициент упругого отпора. Коэффициент упругого отпора грунта в основании обделки можно принять на основе данных, взятых из справочников: грунт малой плотности — К = 1•103 - 5•103 кН/м3, средней плотности — К= 5•103 - 5•104, плотный — К= 5•104 - 5-105 , очень плотный — К= 1•105 - 2•105, твердый — К = 2•105 - 1•106, скальный — К = 1•106-15-106 кНм3.(таблица 9СП 122.13330.2012) На рис.9 показана расчетная схе­ма конструкции трехпролетной станции при работе в стадии эксплуатации. Рас­чет этой конструкции производится ме­тодом расчленения ее на отдельные эле­менты. Блок перекрытия рассчитывают как однопролетную свободно лежащую балку, находящуюся под воздействием вертикальной нагрузки от засыпки, тран­спорта на поверхности и продольных сжимающих сил, передающихся от гори­зонтального давления на стены. Про­дольный прогон станции в зависимости от его конструктивного решения рас­считывают на действие вертикальных нагрузок как простую или двух консоль ную однопролетную балку и проверяют на кручение, возникающее в случае рас­положения временной нагрузки на од­ном из примыкающих к прогону про­летов. Рис..9. Расчетная схема станции мелкого заложения из сборного железобетона Колонна имеет шарнирное соединение с пpoгоном, ее рассчитывают как внецентренно сжатый элемент со случайным эксцентриситетом на нагрузки, пере­дающиеся с прогона. Стеновые блоки рассчитывают как внецентренно сжатые элементы на уси­лия, возникающие от постоянных нагрузок и двух положений временной на­грузки: на перекрытии станции и на призме обрушения. При расчете стенового блока на на­грузки, вызывающие его прогиб в сторону грунта, можно учесть деформацион­ные свойства засыпки. Лотковая часть станции в зависимости от конструктивного решения может быть рассчитана как плита или балка, лежа­щая на упругом основании. Лотковая часть работает на усилия, которые пере­даются от колонн и стеновых блоков, а также на гидростатическое давление. Односводчатую станцию открытого способа работ из монолитного железо­бетона рассчитывают как раму с ри­гелем криволинейного очертания (рис..10) с прямолинейным или свод­чатым лотком в зависимости от принятой конструктивной схемы и наличия под­земных вод. Рассмотренные выше приемы построе­ния расчетных схем станций открытого способа работ могут быть распростра­нены и на другие конструктивные реше­ния: односводчатые станции из сборного железобетона и станции, сооружаемые, способом «стена в грунте». Рис.10. Расчетная схема односводчатой станции мелкого заложения из монолитного железобетона 18.5 . Расчетные схемы конструкций, сооружаемых закрытым способом Для станций пилонного типа характер­ной особенностью является наличие у нее средней проемной части, где все три тоннеля соединяются обделками прохо­дов, и глухих частей боковых тоннелей, не имеющих проходов. Наиболее определенна работа обделки глухрй части. Здесь боковые тоннели раз­делены большим целиком породы, дос­тигающим 10 м и более, и работа их обделок происходит независимо друг от друга. Поэтому и качестве расчетной схемы обделки тоннеля глухой части станции может быть принята схема оди­ночного тоннеля кругового очертания. Расчетные схемы таких конструкций под­робно изложены ранее Рассмотрим особенности статической работы средней проемной части станции. Здесь станция образуется из типовых секций благодаря равномерному чере­дованию проемов и пилонов. Для ана­лиза работы обделки в проемной части достаточно рассмотреть работу одной проемной секции. Другие секции при неизменных геологических условиях и одинаковом способе сооружения будут работать так же. До раскрытия проемов эта часть об­делки работает аналогично обделке глу­хой части станции с той лишь разницей, что зона нарушенного при проходке грунта будет больше ширины, общей для трех станционных тоннелей, тогда как для каждого из тоннелей глухой части область нарушенных грунтов одного тоннеля не накладывается на область другого. После раскрытия проемов всту­пает в работу типовая секция: цилиндри­ческая конструкция, ослабленная боко­выми отверстиями, с одной стороны у крайних тоннелей и с обеих сторон у среднего тоннеля.(сеченме с вида на боковой тоннель с 1-й секции центр. зала) Расчетные схемы таких секций, учи­тывающие пространственную работу кон­струкции, показаны на рис.11. На­грузка q равномерно распределена но площади горизонтальной проекции сек­ции. На поперечных сечениях А – А обозначены углы, ограничивающие безотпорную зону αi. Для бокового тоннеля со стороны пи­лона принята величина αi, большая, чем α. Если боковая поверхность пилона мала или порода целика слабая, то от­пор по пилону не учитывается. В этом случае безотпорная зона пилона ог­раничивается углом α2. Для среднего тоннеля безотпорная зона симметрична и ограничивается углом 2α3 или 2α4. Типовая секция может быть выделена не только сечениями по осям пилонов, но и сечениями но осям проходов, а также одним сечением по оси пилона, а другим по оси прохода. Торцы сек­ций (в плоскостях условного сечения) имеют плавающую заделку; она не пре­пятствует вертикальным перемещениям в плоскости заделки, но не допускает углового перемещения заделанного се­чения. Такие же деформации в плос­кости, проходящей через середину пи­лона, имеет и реальная конструкция; примыкающие друг к другу торцы смеж­ных секций препятствуют повороту это­го сечения, но могут перемещаться по вертикали вследствие деформаций обдел­ки и подстилающего грунта под действием вертикального горного давления. Рис.11. Расчетная схема: а –бокового тоннеля пилонной станции; б – среднего тоннеля Рассмотренные расчетные схемы отличаются от упрощенных плоских cxeм, применяемых для расчета станционных конструкций, тем, что отражают пространственную работу обделки станции. При расчетах подобных сравнительно сложных схем используют ЭВМ и метод конечных элементов. Обделки крайних и среднего тоннелей уже после их сооружения соединяют конструкциями проходов. Такой поря­док сооружения позволяет считать, что к моменту устройства обделки прохода соседние тоннели уже восприняли на­грузку от горного давления и имеют деформации, которые остаются в тече­ние всего времени их существования. В этих условиях присоединение обде­лок проходов не может вызвать сущест­венных изменений в работе обделок тон­нелей. Это позволяет назначить для кон­струкции пилонной станции из чугун­ных тюбингов сравнительно простую расчетную схему, в которой статическая работа отдельных тоннелей про­ходит независимо друг от друга (см. рис.11). В качестве упрощенных схем исполь­зуют плоские расчетные схемы стан­ционных тоннелей, в которых не учи­тывается работа конструкции в продоль­ном направлении. В этом случае для типовой секции, как и для обделки кру­гового очертания, принимают схему кольца переменной жесткости, работаю­щего в упругой среде. На таких схемах в виде многоугольников (см. рис. 18.11. а и б справа) на участках пилонов упру­гие опоры и боковая нагрузка показаны штриховыми линиями, так как в этих областях упругий отпор грунта и боко­вое давление имеют особый характер, и чтобы гарантировать проявление этих факторов, необходимо укрепить целик грунта или заменить его монолитным бетоном. Еще большее допущение предполагает независимой работу незамкнутых проемных и замкнутых пилонных колец, что позволяет сначала рассчитать кольца проемной части по упрощенной схе­ме (рис. 18.12). Обделки боковых тон­нелей разомкнуты проемами. Опирание обделок тоннелей на перемычки принято шарнирным в связи с некоторой подат­ливостью соединения элементов перемыч­ки. В обделке среднего тоннеля рассчи­тывают только верхний свод, так как свод лотковой части, не показанный на схеме рис. 18.12, а, работает в более благоприятных условиях, и его назна­чают конструктивно. Рис. 12. Упрощенные расчетные схемы: а – для проемной части пилонной станции; б – для пилонной части После расчета проемной части необхо­димо выполнить расчет перемычки на усилия, определенные в опорных час­тях среднего свода или бокового тон­неля. От свода на перемычку переда­ются вертикальная реакция V и распор Н (рис.13). Эти усилия показаны штриховыми линиями, так как они заменены тождественной системой двух сил нормальной N и поперечной Q. На внешнюю поверхность перемычки действует вертикальное горное давление q и горизонтальное p. Кроме того, на перемычку от свода передается распределенный момент М. Так как соединение свода с перемычкой принято шарнир­ным (см. рис12) и тем самым обеспе­чен запас прочности для свода, то может быть исключено действие момента. Од­нако в действительности усилия такого рода, скручивающие перемычку, сущест­вуют. Точное аналитическое определение этих усилий проблематично в связи с трудностью численного определения сте­пени заделки свода в перемычке. К факторам, затрудняющим точный расчет перемычки, относятся: совмест­ность работы перемычки и находяще­гося на ней грунта на действие усилий Q и М; совместность работы перемычки и скрепленных с ней пятовых частей опирающегося на нее свода на действие всех передающихся на перемычку уси­лий; двоякая кривизна перемычки, рас­положенной не на плоскости, а на ци­линдрической поверхности. Перечисленные осложнения в работе перемычки вынуждают ограничиваться лишь приближенным определением уси­лий в этой части конструкции и прини­мать для ее расчетной схемы существен­ные упрощения, но идущие в запас проч­ности. Например, можно рекомендовать выделить главный силовой фактор — передающиеся со свода распределенные силы N — и рассчитывать на эти силы перемычку как плоский бесшарнирный свод переменного сечения. Рис.13. Схема нагрузок, действующих на перемычку Следующим этапом расчета конструк­ции, расчлененной на плоские элементы, является определение внутренних уси­лий в пилонной части обделки. Ее рас­четная схема (см. рис. 18.12,6) имеет вид трех колец переменной жесткости, работающих независимо друг от друга Смежные части колец, составленные из усиленных тюбингов, обозначены более жирными линиями. В точках контуров, соответствующих местам опирания пере­мычек на пилоны, приложены усилия M1, N1, Q1 и М2, N2. Q2, передающиеся с пят перемычек на пилоны. Усилия М2 и Q2 определяют из расчета нижней перемычки бокового тоннеля. Момен­ты M1 и M2, скручивающие перемычки, в пилонных кольцах вызывают изгиб. В рассматриваемой плоской схеме не учитывают передачу опорного момента в перемычке на рамное кольцо. Этот опорный момент действует в плоскости перемычки, перпендикулярной плос­кости рамного кольца. Передача усилий с перемычки на кольца пилона происходит неравномерно. Рамные кольца, на которые непосред­ственно опирается перемычка, нагруже­ны больше, а внутренние кольца пило­на — меньше из-за некоторой податли­вости болтовых связей. Поэтому после определения усилий в пилонной части обделки проверку прочности рамных ко­лец необходимо проводить с учетом не­равномерности распределения усилий умножением их значений на 1 м длины на коэффициент перегрузки k. Реко­мендуется назначать значение k =1,5. Для конструкций пилонной станции из сборного железобетона назначение плос­ких расчетных схем более обосновано, чем для конструкций из чугунных тю­бингов, ввиду отсутствия конструктив­ных связей между соседними кольцами. Совместность работы железобетонных колец обеспечивается только силами трения между ними. Отдельные кольца как замкнутые (в глухих частях и в пределах пилонов), так и разомкнутые проемами рассчи­тывают по схемам круговых обделок из блоков, не имеющих связей растяжения в стыках. После расчета кольца полу­чают усилия, необходимые для расчета рамы проема. В сборной железобетонной конструк­ции станци перемычка выполнена в виде неразрезной балки из монолитного железобетона.Она лежит в плоскости, касательной к поверхности блоков, окаймляющих верх проема, и воспринимает нагрузку от опирающих­ся на нее блоков, передавая ее на пилонные кольца обделки. Для перемычки принята расчетная схема (рис. 18.14) в виде однопролетной балки. При ана­лизе статической работы такой перемыч­ки, как и в конструкции из чугунных тюбингов, возникают осложнения, свя­занные с учетом совместной работы бал­ки, опирающихся на нее блоков и окру­жающего грунта. И здесь рекомендуется в качестве нагрузки на перемычку при­нимать главный нз действующих сило­вых факторов — распределенные нор­мальные силы N. Рис.14. Расчетная схема неразрезной балочной перемычки Обделки станций колонного типа от­личаются большей четкостью и опреде­ленностью работы по сравнению со стан­циями пилонного типа. Для рассмот­ренных ранее конструкций колонных станций различных видов можно выбрать более или менее отличающиеся друг от друга расчетные схемы. Эти подземные конструкции образуются нз типовых секций благодаря равномерному чередо­ванию колонн и проходов между ними. Для анализа работы станционной обдел­ки достаточно рассмотреть работу одной типовой секции. Характерной особенностью колонной станции является объединение всех стан­ционных тоннелей в единую статически неопределимую конструкцию. В процессе строительства условия ра­боты подобных конструкций изменяются. Боковые тоннели, сооружаемые раньше среднего зала, вначале работают неза­висимо друг от друга подобно тонне­лям в глухой части пилонной станции. С проходкой среднего зала условия ра­боты крайних тоннелей ухудшаются, так как при разработке грунта с их боковых поверхностей снимается отпор. После сооружения лотковой части обде­лок боковых тоннелей конструкция стан­ции вступает в работу как единое целое; начинается эксплуатационная стадия ее работы, с учетом которой и составляют главную расчетную схему и выполняют основной расчет. Для конструкций, в которых обделки смежных тоннелей объединены прогоном, опирающимся на колонны (см. Предыдыдущую лек.), расчетные схемы типовых секций, учи­тывающие пространственную работу конструкции, приведены на рис15, где нагрузка равномерно распределена по площади горизонтальной проекции секции. На поперечном сечении совме­щены две конструкции: слева от оси симметрии с плоским лотком в среднем тоннеле, справа с обратным сводом. Торцы секций (в плоскостях условного сечения) имеют плавающую заделку ана- логично расчетным схемам секций пилонной станции. В качестве упрощенных схем для рас­чета станций колонного типа в настоя­щее время используют плоские расчет­ные схемы типовых секций, в которых работа конструкции в продольном на­правлении не учитывается (рис.16). В этом случае также выделяют типовую секцию, характеристики которой удоб­но приводить к 1 м. Для приведения ха­рактеристик колонны к 1 м их значения нужно разделить на длину секции. Рис..15. Расчетная схема конструкции станции колонного типа Рис. 16. Упрощенные расчетные схемы конструкции станции колонного типа Расчетные схемы чугунной обделки ко­лонной станции с плоским лотком сред­него тоннеля (слева) и с обратным сво­дом (справа) показаны на рис.16, а. Использовав прием Метропроекта, из этих схем получают рабочие расчетные схемы, по которым можно вести расчет методом сил (рис.16, б). В настоящее время в проектной прак­тике для расчета колонных станций наи­большее распространение получил метод перемещений с соответствующей расчет­ной схемой конструкции (рис. 16, в), где распределенное упругое основание заменено рядом упругих опор. Во всех расчетных схемах учтен не­прерывный отпор породы по боковым поверхностям крайних тоннелей и в нижней части конструкции. В запас прочности не учтен отпор, возникающий в области верхних опорных узлов, где на разность распоров опирающихся на колонны сводов одновременно и совмест­но с конструкцией работает клиновид­ная часть массива грунта, залегаю­щего над смежными частями сводов (рис. 18.17). В конструкциях со свода­ми, расположенными в одном уровне (рис. 18.17, а), эта клиновидная часть сопротивляется сдвигу по горизонталь­ной плоскости А—А, проходящей через шелыгн обделок. При различных уров­нях расположения среднего и крайнего сводов (рис. 18.17,6) разность распоров обычно бывает большая, но и часть мас­сива, осуществляющая отпор, в этом случае будет значительно больше. Сов­местная работа обделки и породы будет обеспечиваться не только сопротивле­нием сдвигу в плоскости Б - Б, но и уп­ругими свойствами части массива, рве положенного ниже этой плоскости. Рис.17. Схема учета клиновидной части массива Отпор на этом участке обделки может быть учтен постановкой упругой опоры (рис.17, в). Для шарнирных конст­рукций из блоков такая опора необходи­ма, так как иначе система становится из­меняемой. В плоской расчетной схеме не учиты­вается работа продольного элемента прогона, поэтому его расчет выполняют отдельно. В колонных станциях рас­сматриваемого типа нагрузка на этот элемент конструкции может быть опре­делена и без предварительного расчета станционной обделки (рис.18). Наг­рузку на прогон определяют как произ­ведение нагрузки q на 1 м длины на сумму полупролетов, опирающихся на ппогон сводов L. Так как изгибающийся прогон в рас­сматриваемой конструкции, так же как и перемычка в конструкции пилоннон станции, работает совместно с частью обделки, которая передает на него на­грузку и скреплена с ним, то неучет совместности в работе этих частей кон­струкции идет в запас прочности. В качестве расчетной схемы прогона могут быть приняты бесшарнирный свод, свод с шарниром в замке, балка перемен­ного сечения, защемленная по концам, или консольная балка переменного се­чения (рис.19). Выбор между эти­ми схемами делают в зависимости от конструкции прогонов или стыка меж­ду ними, а также от способа соединения обделки с прогоном. Усилия в колонне определяют из расчета типовой секции. Для проверки прочности колонны и уточнения разме­ров ее поперечного сечения необходимо полученные на 1 м длины типовой сек­ции усилия в колонне умножить на ее действительную длину. Для колонных станций иной конст­рукции, у которых роль прогона, воспринимающего вертикал ное давление от сводов, выполняют ароч­ные перемычки из чугунных тюбингов или другие элементы, как пространствен­ная, так н плоская расчетные схемы принпнпиально не отличаются от рас­смотренных схем конструкции со сталь­ными прогонами. Важным моментом при назначении расчетных схем таких кон­струкций является установление степе­ни совместности работы смежных эле­ментов, которое становится возможным на базе натурных исследований колон­ных станций глубокого заложения, про­водимых ВНИИ транспортного строи­тельства. Применением сборных железобетон­ных прогонов и колонн для станций ко­лонного типа, как правило, уменьшается число связей между смежными элемен­тами. Это упрощает расчетную схему конструкции и должно быть в ней уч­тено. Условия статической работы конструк­ции односводчатой станции глубокого заложения проще, чем станций колон­ного и пилонного типов. Расчетная схе­ма односводчатой станции близка к рас­четной схеме подковообразной обделки большого пролета, но может отличаться значительной разностью жесткостей смежных частей конструкции и наличи­ем как монолитных, так и сборных эле­ментов. Рис. 18. Схема нагрузки, действующей на прогон Рис. 19 Расчетные схемы прогона ТРЕБОВАНИЕ СП 120.13330. 2012 К РАСЧЁТУ КОНСТРУКЦИЙ МЕТРОПОЛИТЕНА 5.5.2 Постоянные нагрузки 5.6.4.6 Вертикальные и горизонтальные нагрузки от веса насыпного грунта при открытом способе работ, от давления грунта при закрытом способе работ или от других постоянных нагрузок, действующих в пределах всего пролета или всей высоты сооружения или выработки, при расчетах тоннельных обделок допускается принимать как равномерно распределенные.       5.6.4.7 Для объектов, сооружаемых открытым способом, величину нормативной вертикальной нагрузки от насыпного грунта следует принимать в соответствии с давлением всей его толщи над сооружением с учетом веса наземных зданий и других сооружений, строительство которых предусмотрено над данным объектом или в пределах призмы обрушения грунта.       5.6.4.8 Нормативные вертикальные и горизонтальные нагрузки на обделки тоннелей, сооружаемых закрытым способом, надлежит определять по результатам инженерно-геологических изысканий с учетом возможности образования в грунтах самонесущего свода (рисунок 5.1). Рисунок 5.1 - Схема для расчета высоты свода обрушения Рисунок 5.1 - Схема для расчета высоты свода обрушения 5.6.4.9 В неустойчивых грунтах, в которых сводообразование невозможно (водонасыщенные несвязные и слабые глинистые грунты), нагрузки следует принимать с учетом давления всей толщи грунтов над тоннельным сооружением. В таких случаях нормативную вертикальную и горизонтальную нагрузки и , кН/м, необходимо определять по формулам:       ; (5.2) ,                                         (5.3) где - нормативная плотность грунта соответствующего слоя напластования, кН/м;             - толщина соответствующего слоя напластования, м;             - число слоев напластований;             - нормативный (для скальных грунтов - кажущийся) угол внутреннего трения грунта в уровне сечения тоннеля, град.            Такие же нагрузки следует принимать и при наличии сводообразования, если расстояние от вершины свода обрушения до земной поверхности или до контакта с неустойчивыми грунтами меньше высоты свода обрушения.       5.6.4.10 Нормативные равномерно распределенные нагрузки: вертикальную - и горизонтальную  - , кН/м, в условиях сводообразования для однородной толщи грунта следует определять по формулам:       ; (5.4) ,                                   (5.5) где - высота свода обрушения над верхней точкой обделки, м (рисунок 5.1), определяемая по 5.6.4.11 и 5.6.4.12;             - нормативная плотность грунта, кН/м;             - высота выработки, м;             - нормативный (для скальных грунтов - кажущийся) угол внутреннего трения грунта в уровне сечения тоннеля, град.       5.6.4.11 Высоту свода обрушения над верхней точкой обделки в условиях сводообразования (рисунок 5.1) для нескальных необводненных грунтов следует определять по формуле       , (5.6) где - величина пролета свода обрушения, определяемая по формуле       ; (5.7)       - коэффициент крепости, принимаемый по таблице 5.9;             - величина пролета выработки, м.             Таблица 5.9       Вид грунта в сечении и кровле выработки Коэффициент Глины твердые литифицированные (сланцеватые, аргиллитоподобные, мергелистые и т.п.) 1 Глины твердой консистенции переуплотненные типа верхнекаменноугольных или протерозойских 0,9 Крупнообломочные грунты с супесчано-песчаным заполнителем плотные, глины и суглинки твердой консистенции 0,8 Пески плотные маловлажные или супесчано-суглинистые грунты 0,7 Глины и суглинки полутвердой консистенции 0,6            Высоту свода обрушения над верхней точкой обделки для тоннелей, сооружаемых в глинистых грунтах на глубине более 45 м, следует принимать с коэффициентом , где - глубина заложения тоннеля от поверхности земли до низа тоннельной обделки, м.            При заложении тоннелей в глинистых грунтах, прочность которых уменьшается под влиянием поступающих подземных вод, высоту свода обрушения надлежит увеличивать в пределах до 30%.            Примечание - Для трехсводчатых станций за величину пролета выработки принимается суммарная ширина станционных выработок.             5.6.4.12 Высоту свода обрушения над верхней точкой обделки в условиях сводообразования для скальных грунтов следует определять по формулам:       а) для скальных грунтов, оказывающих вертикальное и горизонтальное давление:       ; (5.8) б) для скальных грунтов, оказывающих только вертикальное давление:       , (5.9) где - предел прочности грунта на сжатие "в куске" (образце), МПа;             - коэффициент, учитывающий влияние трещиноватости массива, принимаемый по таблице 5.10 исходя из предела прочности грунта на сжатие "в куске" и категории массива по степени трещиноватости, которая определяется в зависимости от трещинной пустотности и густоты трещин (среднего расстояния между трещинами наиболее развитой их системы) по таблице 5.11 и дополнительных характеристик трещиноватости по СН 484 [10].             Таблица 5.10       Категория массива скальных грунтов по степени трещиноватости Коэффициент при пределе прочности грунта "в куске" на сжатие, МПа 10 20 40 80 160 I - практически нетрещиноватые 1,7 1,4 1,2 1,1 1 II - малотрещиноватые 1,4 1,2 1 0,9 0,8 III - среднетрещиноватые 1,2 0,9 0,7 0,6 0,5 IV - сильнотрещиноватые 0,9 0,7 0,5 0,4 0,3 V - раздробленные (разборная скала) 0,7 0,4 0,3 0,2 0,1       Таблица 5.11       Трещинная пустотность, % Категория грунтов при густоте трещин, м очень редкой (более 1) редкой (1,0-0,3) густой (0,3-0,1) очень густой (менее 0,1) Малая - менее 0,3 I II III IV Средняя - 0,3-1,0 II III IV V Большая - 1,0-3,0 III IV V V Очень большая - более 3,0 IV V V V Примечания 1 При определении трещинной пустотности рыхлый или глиноподобный материал заполнения трещин не учитывается. 2 При большой и очень большой трещинной пустотности и одновременно хорошо выраженной расчлененности массива на блоки по степени трещиноватости его следует относить к V категории (раздробленным) вне зависимости от густоты трещин. 3 В условиях ожидаемого полного нарушения сплошности скальных грунтов в результате интенсивного их расслоения (кливаж) грунты следует относить к V категории. 4 При наличии поверхностей скольжения категорию грунта по степени трещиноватости необходимо повышать на одну ступень. 5 При трещинах, залеченных частично твердым (кристаллическим) материалом, категорию грунта по степени трещиноватости нужно понижать на одну ступень, а при полностью залеченных трещинах - принимать по I категории.            Наличие горизонтального давления скального грунта устанавливается по опыту строительства в аналогичных условиях. При отсутствии аналогов расчет обделки следует выполнять в двух вариантах: при наличии горизонтального давления и без него.       5.6.4.13 Полученную по формулам (5.8) и (5.9) высоту свода обрушения скальных грунтов необходимо корректировать умножением ее на коэффициенты, учитывающие влияние следующих факторов:       а) приток воды в выработку для случаев, когда трещины заполнены рыхлым или размокаемым глиноподобным материалом, - 1,2;       б) расположение трещин наиболее развитой их системы под углом к оси тоннеля менее 45° - 1,1;       в) проходка выработок без применения буровзрывных работ - 0,8.       5.6.4.14 В случаях когда в грунтовом массиве возможно развитие неблагоприятных для обделки процессов (проявления тектонической напряженности, пучение, ползучесть грунтов, карстово-суффозионные явления) или предполагается значительное изменение свойств или состояния грунтов в результате применения специальных способов производства работ, величины нагрузок на обделки необходимо устанавливать на основании специальных исследований.       5.6.4.15 При высоте свода обрушения скального грунта менее 1/6 его пролета расчет подземных конструкций следует выполнять на воздействие вывалов. Вертикальную нагрузку интенсивностью, полученной из условия сводообразования, необходимо распределять по площади, соответствующей 1/4 пролета выработки в наиболее невыгодном для работы обделки положении.       5.6.4.16 При наличии над тоннельным сооружением в пределах свода обрушения контакта с менее прочным грунтом нагрузку на обделку следует определять от свода обрушения по параметрам менее прочного грунта, а при наличии слабых грунтов, не обладающих способностью к сводообразованию, - от веса всей вышележащей толщи грунтов.            Если контакт с более слабым грунтом находится в границах от одной до трех высот свода обрушения, значение нормативной вертикальной нагрузки , кН/м, следует определять по формуле       , (5.10) где - нормативная вертикальная нагрузка, полученная от свода обрушения по параметрам менее прочного грунта, или нагрузка от веса всей толщи грунтов над тоннельным сооружением (при наличии в пределах от двух до трех высот свода обрушения слабых грунтов, не обладающих способностью к сводообразованию), кН/м;             - нормативная вертикальная нагрузка от грунта, вмещающего тоннель, кН/м;             - расстояние от вершины свода обрушения до контакта с менее прочным грунтом или со слабым грунтом, не обладающим способностью к сводообразованию, м;             - высота свода обрушения грунта, вмещающего тоннель, м.       5.6.4.17 Величину вертикальной нагрузки от горного давления на обделки параллельных близко расположенных тоннелей при возможности сводообразования следует определять в зависимости от размеров выработок, размеров и несущей способности целиков между ними, а также технологии производства работ:       а) при условии образования самостоятельного свода обрушения над каждой выработкой - для каждой выработки в отдельности;       б) при условии образования общего свода обрушения над выработками - как для выработки, пролет которой равен сумме пролетов всех выработок и ширины целиков между ними.       5.6.4.18 Значение нормативной нагрузки на обделку тоннеля в водонасыщенных несвязных грунтах, содержащих свободную воду, следует принимать в виде совместного действия гидростатического давления воды и давления грунта во взвешенном состоянии. При этом нормативный удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды определяется по формуле       , (5.11) где - удельный вес частиц грунта, принимаемый равным для песчаного грунта 26 кН/м (2,6 т/м), для пылевато-глинистого - 27 кН/м (2,7 т/м);             - удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м (1,0 т/м);             - коэффициент пористости.            Величину гидростатического давления следует принимать с учетом наивысшего уровня, который установится после окончания строительства.       5.6.4.19 Нагрузку от веса зданий, расположенных над тоннельным сооружением, надлежит принимать в зависимости от их этажности в размере 10 кН/м (1 т/м) на один этаж.            При расположении зданий и других наземных сооружений в пределах призмы обрушения грунта необходимо учитывать соответствующее увеличение горизонтальной нагрузки.       5.6.4.20 Нормативную горизонтальную нагрузку на обделки кругового очертания в глинистых грунтах текучей и пластичной консистенции, в водонасыщенных грунтах, а также в грунтах, переходящих в условиях эксплуатации в разжиженное состояние, следует принимать не более 0,75 величины нормативной вертикальной нагрузки, определяемой от веса вышележащей толщи грунтов.       5.6.4.21 Нормативная вертикальная нагрузка от собственного веса конструкций определяется исходя из проектных размеров конструкций и удельного веса материалов.       5.6.4.22 Коэффициенты надежности на постоянные нагрузки при расчетах конструкций обделок по потере несущей способности следует принимать по таблице 5.12.             Таблица 5.12       Вид нагрузки Коэффициент надежности Вертикальная от давления грунта: от веса всей толщи грунта над тоннелем: а) в природном залегании 1,1(0,9) б) насыпные 1,15(0,9) от горного давления при сводообразовании для грунтов: а) скальных 1,6 б) глинистых 1,5 в) песков и крупнообломочных 1,4 от давления грунта при вывалах 1,8 Горизонтальная - от давления грунта 1,2(0,8) Гидростатическое давление 1,1(0,9) Собственный вес конструкции: сборной железобетонной 1,1(0,9) монолитной бетонной и железобетонной 1,2(0,8) металлической 1,05 изоляционных, выравнивающих, отделочных слоев 1,3 Сохраняющиеся усилия от предварительного обжатия обделки и давления щитовых домкратов 1,3 Примечание - Коэффициент надежности в скобках следует принимать в случае, когда уменьшение нагрузки приводит к более невыгодному нагружению обделки.            При расчетах конструкций на прочность и устойчивость для стадии строительства коэффициенты надежности по постоянным нагрузкам принимаются равными 1.       5.6.4.23 Обделки тоннелей, заложенные ниже прогнозируемого уровня подземных вод, следует рассчитывать на всплытие на расчетные нагрузки по формуле       , (5.12) где - сумма всех постоянных, сопротивляющихся всплытию, вертикальных расчетных нагрузок с минимальными коэффициентами надежности по нагрузке, действующих на длину 1 м тоннеля;             - площадь подошвы тоннеля на длину 1 м;             - расстояние от уровня грунтовых вод до подошвы тоннеля (без учета бетонной подготовки);             - удельный вес воды, равный 1 т/м;             - коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый равным 1,2.            Временные и особые нагрузки и воздействия       5.6.4.24 Нормативную временную вертикальную и горизонтальную нагрузки на обделки от наземного транспорта, коэффициенты надежности и коэффициенты динамичности принимают по СП 35.13330.       5.6.4.25 Нормативную временную вертикальную нагрузку на рельсовый путь (рисунок 5.2) от каждой оси подвижного состава с пассажирами надлежит принимать равной 150 кН (15 тс). Рисунок 5.2 - Схема нагружения от подвижного состава на рельсовый путь Рисунок 5.2 - Схема нагружения от подвижного состава на рельсовый путь, м Нормативную горизонтальную поперечную нагрузку от центробежной силы и ударов подвижного состава, продольную нагрузку от торможения или силы тяги, а также коэффициенты надежности и динамические коэффициенты к этим нагрузкам следует принимать согласно СП 35.13330.       5.6.4.26 Временную нормативную равномерно распределенную нагрузку на платформы станций, лестницы, перекрытия машинных помещений эскалаторов, кассовых залов и другие перекрытия, по которым предусматривается передвижение пассажиров, следует принимать равной 4 кН/м (400 кгс/м) с коэффициентом надежности 1,4.       5.6.4.27 Временные нагрузки на обделки, возникающие в процессе строительства, определяются в соответствии с принятой технологией производства работ с учетом характера воздействия на обделку проходческого, подъемно-транспортного, монтажного или другого оборудования.            Коэффициент надежности по нагрузке к временной нагрузке от давления щитовых домкратов на обделку следует принимать равным 1,3.       5.6.4.28 Воздействие морозного пучения грунта в пределах слоя сезонного промерзания (оттаивания) следует принимать в виде приложенных по периметру сооружения вертикальных касательных сил. Для сооружений на пучинистых грунтах, сезонно промерзающих на глубину до 2 м, величины сил морозного пучения следует принимать в соответствии с требованиями СП 22.13330. Для сооружений на вечномерзлых, а также на пучинистых грунтах, сезонно промерзающих на глубину свыше 2 м, величины сил морозного пучения следует принимать в соответствии с требованиями СП 25.13330.            Коэффициент надежности по нагрузке при определении нагрузки от сил морозного пучения следует принимать как для нагрузки от горного давления при сводообразовании по таблице 5.12.       5.6.4.29 Коэффициенты надежности к временной нагрузке для других временных нагрузок или воздействий, которые следует учитывать при проектировании специфических строительных конструкций или по условиям производства работ (вес стационарного оборудования, нагрузка от подвесного кранового оборудования, воздействие усадки и ползучести бетона и др.), следует принимать по СП 20.13330.       5.6.4.30 Сейсмическое воздействие на тоннельную обделку следует учитывать для сооружений, возводимых в районах (зонах) с сейсмичностью 7 баллов и более. Проектирование подземных сооружений, расположенных в районах (зонах) с сейсмичностью 7 баллов и более, следует выполнять в соответствии с СП 14.13330 и ВСН 193 [8].       5.6.5 Расчеты конструкций подземных сооружений 5.6.5.1 Расчеты подземных конструкций следует выполнять по предельным состояниям с учетом возможных неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий на отдельные элементы или сооружение в целом, которые могут действовать одновременно при строительстве или при эксплуатации.            Расчетные схемы конструкций при необходимости должны в максимальной степени соответствовать условиям работы сооружений и особенностям взаимодействия элементов проектируемой конструкции между собой и грунтом.       5.6.5.2 Расчеты подземных конструкций следует вести в соответствии с основными положениями ГОСТ Р 54257 с учетом возможных для отдельных элементов или всего сооружения в целом неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий, которые могут действовать одновременно при строительстве или при эксплуатации. При этом необходимо рассматривать:            - основные сочетания нагрузок, составляемые из постоянных и временных (длительных и кратковременных) нагрузок и воздействий;            - особые сочетания нагрузок, составляемые из постоянных нагрузок, наиболее вероятных временных и одной из особых нагрузок или воздействий.            Одновременно действующие временные нагрузки следует учитывать согласно СП 20.13330.       5.6.5.3 Конструкции следует рассчитывать по предельным состояниям первой и второй групп по ГОСТ Р 54257.       5.6.5.4 Расчеты по предельным состояниям первой группы обязательны для всех конструкций. Их выполняют на основные и особые сочетания нагрузок с применением коэффициентов надежности, коэффициентов сочетаний нагрузок согласно СП 20.13330, коэффициентов условий работы конструкций и расчетных значений прочностных характеристик их материалов, а при необходимости - и динамических коэффициентов.       5.6.5.5 Расчеты конструкций, возводимых закрытым способом, по предельным состояниям первой группы следует выполнять с учетом особенностей их работы:       а) для монолитных бетонных и монолитных железобетонных обделок в необводненных грунтах или при наличии гидроизоляции - возможности образования в наиболее напряженных сечениях пластических шарниров;       б) для сборных чугунных и железобетонных обделок с перевязкой стыков и связями растяжения - возможности образования пластических шарниров за счет введения пониженного коэффициента изгибной жесткости кольца обделки.            При расчетах бетонных и железобетонных обделок следует применять дополнительный коэффициент условий работы конструкции, равный 0,9, отражающий для монолитных обделок неточность в назначении расчетной схемы, для сборных обделок - деформативность стыков.       5.6.5.6 Расчеты обделок по предельным состояниям второй группы выполняются на основные сочетания нагрузок с использованием коэффициентов надежности по нагрузкам и по условиям работы конструкции, равных 1, и нормативных значений прочностных характеристик материалов.            При расчетах обделок открытого способа работ надлежит учитывать следующие требования:            - для железобетонных элементов перекрытий следует определять величины вертикальных прогибов и раскрытия трещин, при этом величина прогиба от воздействия постоянной и временной вертикальной нагрузок в пределах пролета не должна превышать ( - длина расчетного пролета) при предельной величине длительного раскрытия отдельных трещин до 0,2 мм, кратковременного - до 0,3 мм;            - для железобетонных элементов стен следует определять величину горизонтальных прогибов и раскрытия трещин, при этом величина прогиба от воздействия постоянной и временной нагрузок для стен подземных сооружений не должна превышать , для стен рамп - ( - расчетная высота стены) при предельной величине длительного раскрытия отдельных трещин до 0,3, кратковременного - до 0,4 мм.            Конструкции кругового очертания, возводимые закрытым способом, на деформативность не проверяются.            Примечание - Расчеты конструкций по предельным состояниям второй группы допускается не проводить, если практика применения аналогичных конструкций или опытная проверка запроектированных конструкций подтверждает, что жесткость их достаточна и конструкции обеспечивают нормальную эксплуатацию сооружений.             5.6.5.7 В обделках тоннелей, сооружаемых в необводненных грунтах, а также в обделках с гидроизоляцией по всему контуру величина длительного раскрытия трещин допускается не более 0,2 мм.       5.6.5.8 Расчеты тоннельных конструкций на внешние виды воздействий следует выполнять методами строительной механики на заданные нагрузки или методами механики с учетом отпора грунтового массива. Коэффициент упругого отпора допускается принимать по таблице 5.13. Расчеты на действие гравитационного поля, тектонического и сейсмического воздействия возможно выполнять методами механики сплошной среды. В расчетах обделок методом механики сплошной среды на прочность и трещиностойкость, возводимых в песчано-глинистых влажных и маловлажных грунтах, следует использовать значение остаточного модуля общей деформации грунта.             Таблица 5.13       Грунты в сечении выработки Коэффициент отпора, Н/см (кгс/см) при удельном давлении на грунт до 0,4 МПа (4 кгс/см) при удельном давлении на грунт свыше 0,4 МПа (4 кгс/см) Скальные средней прочности (временное сопротивление одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии 25-40 МПа (250-400 кгс/см): слаботрещиноватые 1000-1500 (100-150) 1000-1500 (100-150) сильнотрещиноватые 400-600 (40-60) 400-600 (40-60) Скальные средней прочности и малопрочные (временное сопротивление одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии 8-25 МПа (80-250 кгс/см): слаботрещиноватые 700-1000 (70-100) 700-1000 (70-100) сильнотрещиноватые 200-400 (20-40) 200-400 (20-40) Глины твердые ненарушенные 150-250 (15-25) 80-150 (8-15) Глины полутвердые или твердые нарушенные 100-200 (10-20) 50-100 (5-10) Крупнообломочные, пески плотные 70-100 (7-10) 50-70 (5-7)       5.6.5.9 Предварительные и поверочные (при реконструкции) расчеты конструкций допускается проводить исходя из предпосылки линейной работы материала конструкции и грунтового массива.            Деформационные характеристики грунтового массива (модуль деформации, коэффициент поперечной деформации, коэффициент упругого отпора) определяются на основании данных инженерно-геологических изысканий, натурных и лабораторных исследований, а также данных, полученных при строительстве тоннелей в аналогичных инженерно-геологических условиях. При отсутствии опытных данных коэффициент отпора допускается принимать по таблице 5.13.            В уточненных расчетах следует учитывать свойства ползучести и нелинейности работы материала конструкции и соответствующие характеристики, полученные экспериментальным путем для окружающего тоннель грунта.       5.6.5.10 Силы трения и сцепления между тоннельной обделкой и грунтом следует учитывать в случаях, когда проектом предусматриваются мероприятия, обеспечивающие надежный контакт обделки с грунтом, кроме случаев заложения тоннеля в слабых грунтах. При этом величины передаваемых на грунт касательных напряжений не должны превышать величин предельных сдвигающих напряжений для грунта.       5.6.5.11 При расположении тоннеля в обводненных мелких и пылеватых песках или переувлажненных связанных грунтах, а также в случае резкого изменения их свойств по трассе тоннель в целом следует рассчитывать по схеме балки на упругом основании. Расчет производят от нагрузки проходящего поезда. При скорости поезда до 70 км/ч коэффициент динамичности следует принимать равным 1, при скорости 70 км/ч и более - 1,1. По результатам расчета выполняют проверку прочности стыков между кольцами.       5.6.5.12 При расчетах обделок, обжимаемых в грунт, в основном сочетании нагрузок на стадии их монтажа необходимо учитывать полное усилие обжатия и временные строительные нагрузки. Для стадии эксплуатации обделок остаточное усилие обжатия следует учитывать в случае, если оно превышает нормальную силу от горного давления. В противном случае расчет ведется так же, как и для необжатых обделок.       5.6.5.13 Проверку прочности сечений бетонных и железобетонных обделок проводят по СП 63.13330.            Проверку прочности сечений чугунных тоннельных обделок по предельным состояниям проводят по СП 16.13330.       5.6.5.14 Стыки элементов сборной обделки, стягиваемые болтами, рассчитывают на прочность и трещиностойкость при предельных усилиях в болтах. Эти усилия следует вычислять по нормативному сопротивлению болтовой стали с коэффициентом 1,25.       5.6.5.15 Конструкции колонных станций, сооружаемых закрытым способом при последовательном возведении отдельных станционных тоннелей, проверяют по расчетным схемам, предусматривающим различные стадии напряженно-деформированного состояния конструкции и отдельных ее частей в процессе строительства.            Стальные колонны следует проектировать с учетом коэффициента условий работы, равного 0,8, и эксцентриситетов в поперечном и продольном направлениях станции, принимаемых в зависимости от конструкции опорных узлов, см:       а) при шарнирном опирании - 3;       б) при плоском опирании - 10;       в) при опирании через центрирующие прокладки - от 5 до 9 (в зависимости от их размеров);       г) при шарнирах с тангенциальными опорными частями - 2.            При соблюдении мер, исключающих смещение колонн в процессе строительства и раскрытие стыков между колоннами и торцами тюбингов при плоском их опирании, эксцентриситеты в поперечном направлении допускается уменьшать до 5 см.