Элементы геотехнического мониторинга подземных сооружений, закрепленных железобетонными анкерами

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

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.

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.

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. 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.

Рис. 1 Пример схемы расположения динамометрических анкеров на участке подземного сооружения, разрез

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.

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.

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.

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 F(U) имеет линейный характер, а при больших величинах нагрузки деформации шайбы возрастают нелинейно.

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

Рис. 5 Усредненная деформационно-силовая характеристика податливой шайбы

подземный динамометрический анкер геотехнический

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.

Размещено на Allbest.ru