CC BY
27
_Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2013. Вып. 3_
FEATURESOF UNDERGROUNDPOWER ENGINEERINGSTRUCTURES
А.Е. Kokosadze, S.A. Chesnokov, V.M. Fridkin
Merits and demerits of different schemes for arranging underground and surface energetic engineering constructions were exposed with using authors analyzing. The scheme of burying radioactive wastes for atomic power plants and concept aspects of creating underground energetic complexes are proposed.
Key words: underground space, energy facilities, the layout of underground structures, nuclearwaste, waste disposal.
Kokosadze Alexandr Elgudgevich, engineer, deputy general director, galina stasaimail.ru, Russia, Moscow, ZAO "Institute "Orgenergostroy",
Chesnokov Sergey Andreevich, scientific consultant, galina_stas@mail.ru, ZAO"Institute "Orgenergostroy", Russia, Moscow, City, ZAO "Institute "Orgenergostroy",
Fridkin Vladimir Morduhovich, doctor of technical sciences, professor, gali-na_stas@mail.ru, Russia, Moscow MGUPSMIIT & MGSU
УДК 622.28
МЕТОД РАСЧЕТА УСИЛЕННОЙ ПОГРУЖНОЙ КРЕПИ СТВОЛА, ПРОЙДЕННОГО БУРЕНИЕМ, НА МОНТАЖНУЮ НАГРУЗКУ
С.И. Копылов
Рассмотрен метод расчета усиленной погружной крепи ствола, сооружаемого бурением, на монтажную нагрузку. Для восприятия действия монтажных нагрузок предлагается круговую крепь армировать расстрелами, которые выполняют функцию усиления крепи, а после окончания строительства используются при армировке ство-
Ключевые слова: погружная крепь, ствол, расстрел, напряженно-деформированное состояние.
В практике строительства вертикальных стволов особое место занимают стволы, сооружаемые бурением. Эффективность этого метода сооружения стволов во многом определяется правильно выбранной конструкцией крепи, затраты на которую составляют основную статью расходов.
Из известных способов крепления пробуренных вертикальных стволов рассмотрим погружную крепь, для возведения которой требуются особые технологические приемы. В отличие от опускной и обычной
_Геотехнология_
крепей погружная конструкция, прежде чем начать свою основную работу в качестве постоянной крепи, подвергается действию ряда временных монтажных нагрузок, которые не воздействуют на крепь в период ее эксплуатации. Монтажная нагрузка растет с глубиной погружения крепи (обделки) и вызывает в ней напряжения, зачастую превышающие допускаемые. Поэтому для осуществления крепления стволов, пройденных бурением, крепь обычно проектируется усиленной конструкции, способной воспринять повышенную монтажную нагрузку от погружения. Усиление конструкции крепи осуществляется путем увеличения ее толщины, что ведет к перерасходу строительных материалов и к удорожанию стоимости сооружаемого ствола.
В данной работе предлагается для восприятия действия монтажных нагрузок использовать круговую крепь, армированную расстрелами. Расстрелы в такой конструкции выполняют функцию усиления крепи. При этом после окончания строительства часть расстрелов удаляется, а оставшиеся используются при армировке ствола.
Цель настоящей работы состоит в разработке методики расчета усиленной расстрелами погружной крепи ствола, сооружаемого бурением.
Рассмотрим напряженно-деформированное состояние однослойной круговой крепи, армированной одним расстрелом.
На глубине Н от дневной поверхности выделим элемент обделки ствола длиной, равной шагу установки расстрелов по глубине ствола. На внешнем контуре обделки радиусом Я1 действует равномерно
распределенная нагрузка Ро(1), вызванная действием глинистого раствора:
Ро(1) = ёрН,
3 3
где gр - объемная масса 1 м глинистого раствора, МН/м .
На внутренней поверхности крепи радиусом Яо действует постоянная нагрузка Ро(о), вызванная весом балласта:
Р0(0) = gbhb,
33
где gb - объемная масса 1 м балластного раствора, МН/м ; ^ - высота заполнения крепи балластным раствором, м.
Используем для решения поставленной задачи полярные координаты г и 0 (г - радиус, 0 - полярный угол), положим, что расстрел имеет заделку в двух точках с координатами г = Яо, 0 = 01 и г = Яо, 0 = 02. Отсчет угла ведется от вертикальной оси по ходу часовой стрелки. Решение задачи проводим в условиях плоской и линейной деформации материалов крепи и расстрела соответственно.
Рассмотрим расстрел как упругий стержень и положим, что на внутреннем контуре крепи (г = Яо) в точках заделки расстрела в крепь
соблюдается условие совместности деформаций расстрела и крепи. Заменим в расчетной схеме расстрел его реакциями Nр. Решение
поставленной выше задачи сводится к отысканию значений Nр, поскольку, зная величины этих реакций, по формулам работ [1,2] можно определить напряженно-деформированное состояние однослойной крепи.
Для нахождения значений реакций Nр запишем граничные условия
на внутреннем и внешнем контурах однослойной крепи, усиленной расстрелами:
при г=Ro
°г = Рот ПРИ 0 = 01,6 = 02, ог = Np при0 = 01,0 = 02,
Trt = NP при 0 = 01,0 = 02, (1)
Up = икпри0 = 01, 0 = 02, Trt = 0 при0 = 0,0 = 0
2;
при г = R1
О = Роа^ Trt = 0,
где ог, Trt - соответственно радиальные и касательные напряжения, МПа; up- радиальное перемещение обделки, м; Up - радиальное перемещение расстрела в точке заделки его в обделку, м,
NpLp • (02 -01) (2) up = sin 2 1, (2)
Р p
где Ep - модуль деформации материала расстрела, МПа; Fp - площадь поперечного сечения расстрела, м ; Np - продольная сила, действующая на расстрел, МН; Lp - длина расстрела, м,
Lp = 2RoSin0-0¡>.
Для кольцевой крепи перемещение внутреннего контура в точках
заделки расстрела 0 = 01,0 = 02 можно определить из выражения
п ! up = X (Uk COS к ■0 + uk sin к ■ 0) при (к > 0),
к=0
!
где ик = А ■ pk (1) + А ■ Чк (1) + вк ■ pk (0) + в'к ■ Чк (0) пРи (к ^ 0); ! ! !
ик = А■ pk (1)- А ■ Чк (1) + вк ■ pk (0)- вк ■ Чк (0) пРи (к ^ 0);
_ Я° • ' _
Л _4С0(с4-1); Л _
В° В° _ °;
1 40(с4 -1) 1
1 40(с4 -1) 1
_ ^[(к-1)^1 + (к +1)^;]при >2):
к 40Ик (к2 -1)
[(к - 1)т2 + (к +1)т2 ] 40Д (к2 -1)
[(к - 1)т3 + (к + 1)т3 ]
40Д (к2 -1)
Л _ - при (к > 2);
Вк _ - ^ Ъ при (к > 2);
_-^[(к - 1)т4 +2(к + 1)т4] при (к > 2);
к 40Ик (к2 -1) ^ у
ск (к + gк); т1 _ ск (кс2 к + gk); т2 _ ск (к + 2 - ); т2 _ ск [^ - (к - 2)с2к ]; т _ кс2к-2+gk+д; т3 _ (к+с2^ )с2к-2 - ик ; т4 _ (к + 2)с2к-2 - gк - Д; т4 _ (2 - к + с2gк )с2к-2 - И
Д _ ; Нк _ (с2 -1)(g2к - к2с2к-2); Х +1
к
с2к -1 _
с2 -1; с _ ^
О _ Е ; Х_ 3 - 4v, 2(1 + у)
Е - модуль деформации материала крепи, МПа; V - коэффициент Пуассона материала крепи.
Заметим, что по условию задачи имеем рк ^ Ф ° только при к _ а (1) _ ° при любых значениях к.
**
Разложим радиальную Ы*р и тангенциальную Ыр составляющие силы Ыр в тригонометрические ряды Фурье вида
NР = ^ + 2(Рк cosк •в + Л81Пк • в) + Vcosв'
2 k=i 2 «-i f q
N р = 2 (^к sin к • 0 + qk cos к ■ в) + — sin п в,
к=1 2
Л 7-** л Т ИТ** ЪТ в2 — вЛ
где N = N р sin р; N = N cos р; р= 2 1-
NР
Рк р
п
I N *
Рк = р
п
q^ =
N;
qk р
п
/1 к п
2
(cos Д + cos Д2) при к > 0:
N **
—- (sin Д + sin Д2) при к > 1; п
(cos Д + cos Д2) при к > 1;
Д = ; Д2 = .
п п
Эти выражения можно представить следующим образом: 2 N
рк =-р sin р • cos у1 • cos у2 при (к > 0);
п
- 2 N
рк = —р sin р • sin у1 • cos у2 при (к > 1); п
2 N
qk =—р cos р • sin Y1 •cosYz при (к > 1); п
, 2 N
qk = —р cos р ■ cos Y1 ■ cos y2 при (к > 1); (3)
п
(¡1 + дк п ; Y = (/, — i2)к •П Y1 0 ; Y2 0 • 2п 2п
Найдем значение Np, для этого воспользуемся граничными условиями (1) и в результате очевидных преобразований получим
Л0 ■ р0(1) + ■ р0(0)
N
I I
' Д —sinр2()+^2(якА)
EpFp п к=0 п к=1
к • п к • п
где Бк = cos(-/1 + к^ 0) + cos(-/'2 + к^ в) при (к > 0);
п п
' к • П к • П
Sfc = sin(-ii - к •В) + sin(-/2 - к •В) при (к > 1);
n n
n - количество точек на внутреннем контуре обделки, где определялась нагрузка (для получения точных результатов достаточно положить п > 24);ii,i'2 - номера точек контура, соответствующие заделке данного расстрела в крепь.
При установке в ярусе не одного, а нескольких расстрелов, используя принцип суперпозиции и вышеизложенную методику, определяем силы Np в каждом расстреле.
После определения силы Nр в каждом расстреле дальнейший
расчет сводится к разложению этих нагрузок Np в каждом расстреле в
ряды Фурье. По формулам (2) находятся нормальные и касательные нагрузки, действующие на внутреннем контуре крепи. По формулам работ [1,2] определяется напряженно-деформированное состояние погружной крепи.
Список литературы
1. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. М.: Недра, 1982.
270 с.
2. Копылов С.И. Расчет многослойной крепи выработки круглого сечения при общем виде нагружения // Механика подземных сооружений. Тула: ТПИ, 1985. С. 43 - 55.
Копылов Сергей Иванович, канд. техн. наук, доц., кор$И54@,£таИ.сот, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE DESIGN METHOD FOR. REINFORCED SUPPORT OF SHAFT CONSTRUCTED BY BORING TECHNOLOGY AT THE ACTION OF INSTALLATION LOAD
S.I. Kopylov
The method of stress state calculating the reinforced siting liningof shaft constructed by boring technology upon the action of installation load is considered.For counterstand of installation loadsa circular lining reinforced by buntons is proposed to use. Buntons in such design lining fulfill the function of strengthening the support, and after the finish of the construction are used in the shaft reinforcement.
Key words: sinMng lining, shaft, bunton, stress-strain state.
Kopylov Sergej Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, kopsi 154 a gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
