Научная статья на тему 'Элементы геотехнического мониторинга подземных сооружений, закрепленных железобетонными анкерами'

Элементы геотехнического мониторинга подземных сооружений, закрепленных железобетонными анкерами Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
115
21
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОДЗЕМНОЕ СООРУЖЕНИЕ / МОНИТОРИНГ / АНКЕР / СКВАЖИНА / РАСТЯГИВАЮЩИЕ УСИЛИЯ / НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ / УЗЕЛ ПОДАТЛИВОСТИ / UNDERGROUND CONSTRUCTION / MONITORING / ANCHOR WELL / TENSILE FORCES / THE BEARING CAPACITY / THE COMPLIANCE NODE

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Плешко М. С., Насонов А. А., Гармонин Р. Э., Сироткин А. Ю.

Отмечена необходимость проведения геотехнического мониторинга при строительстве подземных сооружений. Рассмотрена организация мониторинга по контролю растягивающих усилий в железобетонных анкерах. Выполнено сравнение экспериментальных и расчетных данных, которое позволило установить, что отклонения не превышают 19%. При применении анкеров с ограниченной длиной заделки в большом диапазоне условий в стержне анкера возникают критические внутренние усилия. Для увеличения работоспособности анкеров в их конструкции могут применяться податливые элементы в болтовом узле анкера.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Плешко М. С., Насонов А. А., Гармонин Р. Э., Сироткин А. Ю.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Elements of geotechnical monitoring of underground constructions, enshrined concrete anchors

There was a need for geotechnical monitoring during construction of underground facilities. The organization of monitoring control tensile forces in the concrete anchors. Comparison of experimental and calculated data, which revealed that the deviation does not exceed 19%. When using anchor embedment length limited in a large range of conditions in a rod anchor having critical internal forces. To increase the efficiency of anchors in their construction can be used in flexible elements of the anchor bolt assembly.

Текст научной работы на тему «Элементы геотехнического мониторинга подземных сооружений, закрепленных железобетонными анкерами»

Элементы геотехнического мониторинга подземных сооружений, закрепленных железобетонными анкерами

12 3

М.С. Плешко , А.А. Насонов , Р.Э. Гармония1, А.Ю. Сироткин

1 Ростовский государственный университет путей сообщения 2Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного политехнического университета (НПИ) им. М.И. Платова 3Донской государственный технический университет

Аннотация: Отмечена необходимость проведения геотехнического мониторинга при строительстве подземных сооружений. Рассмотрена организация мониторинга по контролю растягивающих усилий в железобетонных анкерах. Выполнено сравнение экспериментальных и расчетных данных, которое позволило установить, что отклонения не превышают 19%. При применении анкеров с ограниченной длиной заделки в большом диапазоне условий в стержне анкера возникают критические внутренние усилия. Для увеличения работоспособности анкеров в их конструкции могут применяться податливые элементы в болтовом узле анкера.

Ключевые слова: подземное сооружение, мониторинг, анкер, скважина, растягивающие усилия, несущая способность, узел податливости

Геотехнический мониторинг подземных сооружений предназначен для оценки воздействия строительства и эксплуатации подземного сооружения на окружающие здания и сооружения, атмосферную, геологическую и гидрогеологическую среду. Он позволяет выполнить прогноз изменения состояния сопутствующих сред и земной поверхности, своевременно выявить дефекты конструкций и опасные геомеханические процессы, разработать эффективные меры по повышению надежности и долговечности подземных сооружений, а также защиты окружающей среды [1-4].

Ниже представлены результаты мониторинга деформаций железобетонных анкеров временной крепи вертикального подземного сооружения (ствола). Этот тип крепи получил наиболее широкое применение при сооружении подземных сооружений различного назначения [5-8].

В качестве основного метода мониторинга принят периодический контроль растягивающих усилий в анкерах. Для этого в период сооружения ствола на выделенных для мониторинга участках ствола устанавливаются

динамометрические анкеры с предварительно наклеенными тензорезисторными датчиками [7]. Первый датчик располагается на расстоянии 50 - 60 мм от торца анкера, а остальные - через 150 - 200 мм по его длине.

Для определения смещений породного контура ствола применен метод парных контурных реперов Он заключается в установке на участке мониторинга контурных и глубинных реперов. В исследуемом сечении подземного сооружения бурятся скважины, глубина которых на 0,5 м больше длины анкерных стержней. Диаметр скважины составил 32 мм. В каждой скважине в забойной и устьевой части монтируются глубинные и контурные реперы, которые соединяются проволокой.

Пример схемы расположения динамометрических анкеров с высотными отметками на участке ствола, выделенного для мониторинга, представлен на рис. 1.

а)

б)

Рис. 1 - Пример схемы расположения динамометрических анкеров на

участке подземного сооружения: а) разрез; б) сечение

На каждом участке ствола, выделенного для мониторинга, определяются не менее 6 значений растягивающих усилий в анкерах после стабилизации смещений стенок ствола. В результате формируется массив данных, включающий около 500 значений усилий. Далее полученные данные подвергаются статической обработке и анализу. На рис. 2 представлен пример, полученного в результате мониторинга графика (показан сплошной линией) распределения растягивающих усилий в стержне анкера длиной 1,8 м в случае его заделки по всей длине скважины. Также с целью сравнения прерывистой линией показан график изменения расчетных значений усилий, полученных на основании математического моделирования.

1

Рис. 2 - Распределение растягивающих усилий в железобетонном анкере по его длине при полной заделке анкера в скважине

На рис. 3 показан аналогичный график при длине заделки стержня анкера 1,0 м.

Рис. 3 - Распределение растягивающих усилий в железобетонном анкере при величине заделки анкера в скважине 1,0 м

Сравнение экспериментальных и расчетных графиков свидетельствует об одинаковой качественной картине распределения усилий по длине анкера. Отклонение величин максимальных усилий вблизи устья анкера не превышает 19%. Более высокие значения расчетных значений можно объяснить тем, что при математическом моделировании не учитывается некоторая конструктивная податливость анкеров [9,10].

В тоже время при применении анкерной крепи с ограниченной длиной заделки (рис. 3) в большом диапазоне условий достигаются величины усилий в анкерах, близких к пределу несущей способности. Это вызывает необходимость принятия своевременных мер по усилению крепи подземного сооружения и повышению эффективности ее работы.

В качестве одного из возможных решений является уменьшение растягивающих усилий в анкере путем обеспечения податливости в болтовом соединении [11].

Для этого в болтовое соединение дополнительно включается податливая шайба (рис. 4). Она представляет собой вогнутую посредством штамповки квадратную шайбу определённой толщины с отверстием в центре, изготовленную из стали Ст3кп. При работе в составе анкера опорная шайба периферийной частью опирается на опорную плитку или подхват, а центральной частью - на сферическую гайку. Величина конструктивной податливости шайбы - 11 мм.

:

Рис. 3 - Конструкция податливой шайбы

На рис. 5 приведен график зависимости деформации податливой шайбы от внешней нагрузки. При росте нагрузки происходит рост деформаций шайбы, при этом в пределах 0 - 50 кН зависимость Р(Ц) имеет линейный характер, а при больших величинах нагрузки деформации шайбы возрастают нелинейно.

Фактическая податливость шайб практически полностью соответствует проектной, и составляет 10 мм.

1

Рис. 5 - Усредненная деформационно-силовая характеристика податливой

шайбы

При достижении усилия около 70 кН происходит срабатывание шайбы. При этом реализуется примерно 54% всей конструктивной податливости. Полное исчерпание конструктивной податливости опорных шайб происходило при нагрузках от 62 до 79 кН (среднее значение - 73,0 кН).

Таким образом, применение податливых шайб в конструкции анкера существенно расширяет область его применения в условиях интенсивных деформаций горных пород, а проведение своевременного геотехнического мониторинга позволяет значительно повысить безопасность проходческих работ, а также уточнить при необходимости параметры основной обделки.

Литература

1. Казикаев Д.М., Сергеев С.В. Диагностика и мониторинг напряженного состояния крепи вертикальных стволов. М.: Горная книга, 2011. 244 с.

2. Молев М.Д. Методология контроля и прогнозирования состояния углепородного массива / Горный информационно-аналитический бюллетень. 2007. №3. С. 159-162.

3. Страданченко С.Г., Плешко М.С., Армейсков В.Н. О необходимости проведения комплексного мониторинга подземных объектов на различных стадиях жизненного цикла // Инженерный вестник Дона. 2013. № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/1994.

4. Jing, L. A review of techniques, advances and outstanding issues in numerical modelling for rock mechanics and rock engineering. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2003, no 40, pp. 283 - 353.

5. Плешко М.С. Обоснование эффективной технологии крепления глубоких вертикальных стволов в сложных горно-геологических условиях: дис. ... докт. техн. наук: 25.00.22. Новочеркасск, 2010. 323 с.

6. Плешко М.С. Анкерно-бетонное крепление глубоких вертикальных стволов / Шахтинский ин-т (филиал) ЮРГТУ (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2008. 181 с.

7. Плешко М.С., Страданченко С.Г., Армейсков В.Н. Проектирование параметров анкерно-бетонной крепи вертикальных стволов // Изв. вузов. Сев.-кавк. регион. Техн. науки. 2007. №3. C. 87 - 89.

8. Козел А.М. Эффективность анкерной крепи вертикальных шахтных стволов // Шахтное строительство. 1989. № 11. С. 19 - 20.

9. Прокопов А.Ю., Прокопова М.В., Ротенберг М.А. Математическое моделирование взаимовлияния автодорожного тоннельного комплекса №6-6а и действующего железнодорожного тоннеля №5 в г. Сочи // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. ОВ № 7. Освоение подземного пространства мегаполисов. C. 101 - 109.

10. Pleshko M.S., Stradanchenko S.G., Maslennikov S.A., Pashkova O.V. Study of technical solutions to strengthen the lining of the barrel in the zone of

influence of construction near-wellbore production // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. VOL. 10. NO. 1, JANUARY 2015. Рр. 14-19.

11. Плешко М.С. Анализ напряженного состояния безбалластной конструкции верхнего строения пути и обделки железнодорожного тоннеля // Инженерный вестник Дона. 2015. № 1 (ч. 2). URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1p2y2015/2831.

References

1. Kazikaev D.M., Sergeev S.V. Diagnostika i monitoring naprjazhennogo sostojanija krepi vertikal'nyh stvolov [Diagnostics and monitoring of the state of stress lining vertical shafts]. M.: Gornaja kniga, 2011. 244 p.

2. Molev M.D. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten'. 2007. №3. Pp. 159-162.

3. Stradanchenko S.G., Pleshko M.S., Armejskov V.N. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013. № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/1994.

4. Jing, L. A review of techniques advances and outstanding issues in numerical modelling for rock mechanics and rock engineering. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2003, no 40, pp. 283 - 353.

5. Pleshko M.S. Obosnovanie jeffektivnoj tehnologii kreplenija glubokih vertikal'nyh stvolov v slozhnyh gorno-geologicheskih uslovijah [Substantiation of effective technology fixing deep vertical shafts in difficult geological conditions]: dis. ... dokt. tehn. nauk: 25.00.22. Novocherkassk, 2010. 323 p.

6. Pleshko M.S. Ankerno-betonnoe kreplenie kreplenie glubokih vertikal'nyh stvolov [Concrete-anchor fixing deep vertical shafts]. Shahtinskij in-t (filial) JuRGTU (NPI). Novocherkassk: JuRGTU(NPI), 2008. 181 p.

7. Pleshko M.S., Stradanchenko S.G., Armejskov V.N. Izv. vuzov. Sev.-kavk. region. Tehn. Nauki, 2007. №3. pp. 87 - 89.

8. Kozel A.M. Shahtnoe stroitel'stvo. 1989. № 11. pp. 19 - 20.

9. Prokopov A.Ju., Prokopova M.V., Rotenberg M.A. Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten'. 2013. OV № 7. Osvoenie podzemnogo prostranstva megapolisov. pp. 101 - 109.

10. Pleshko M.S., Stradanchenko S.G., Maslennikov S.A., Pashkova O.V. Study of technical solutions to strengthen the lining of the barrel in the zone of influence of construction near-wellbore production. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. VOL. 10. NO. 1, JANUARY 2015. pp. 14-19.

11. Pleshko M.S. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2015. № 1 (ch. 2). URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1p2y2015/2831.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.