При возведении подземных сооружений закрытым способом применяют следующие основные способы работ:
— горный — в крепких и устойчивых грунтах, а с использованием «новоавстрийского» метода (НАТМ) и в грунтах средней и слабой устойчивости;
— щитовой — в мягких и слабых грунтах;
— продавливания — преимущественно в насыпях, сложенных уплотненными и осушенными несвязными грунтами, а также в слабых водонасыщенных грунтах, осушенных водопонижением.
В наиболее сложных инженерно-геологических, топографических и градостроительных условиях горный и щитовой способы работ применяют в сочетании со специальными видами работ, обеспечивающими предварительную стабилизацию грунтового массива (химическое закрепление и замораживание грунтов, струйная цементация, опережающие защитные крепи и др.).
Проектирование подземного сооружения должно производиться с учетом:
— назначения сооружения, объемно-планировочных и конструктивных решений, глубины заложения;
— результатов определения характера проявления горного давления;
— выбранного способа и технологии возведения сооружения, а также типа обделки;
— инженерно-геологических и гидрогеологических условий;
— прогноза устойчивости и смещения пород и расчета нагрузок;
— расчета конструкций обделки и сооружения.
При выборе конструкции и параметров обделки следует также учитывать особые требования к обделкам, связанные с дополнительными воздействиями на нее динамических нагрузок, агрессивных подземных вод, а также обеспечения водо- и газоизоляции выработок.
Расчетные модели тоннельных обделок и внутренних подземных конструкций должны соответствовать условиям работы сооружений, технологии их возведения, учитывать характер взаимодействия элементов конструкции между собой и с окружающим грунтом, отвечать различным расчетным ситуациям, включающим возможные для отдельных элементов или всего сооружения в целом неблагоприятные сочетания нагрузок и воздействий, которые могут действовать при строительстве и эксплуатации тоннеля.
Расчетными моделями для определения внутренних усилий в обделке должны служить модели с заданной нагрузкой, основанные на положениях строительной механики, или модели, основанные на положениях механики сплошной среды. При расчетах на заданные нагрузки следует учитывать отпор грунтового массива, за исключением случаев неустойчивых водонасыщенных грунтов.
Расчеты тоннельных обделок следует производить с учетом нелинейных деформационных свойств материалов конструкций и грунтов в соответствии с действующими строительными нормами, применяя метод последовательного загружения конструкции до предельного состояния. На первых стадиях проектирования допускается определение усилий в элементах конструкции на основе линейных зависимостей между напряжениями и деформациями.
Нагрузки и воздействия по продолжительности их действия на конструкции следует подразделять согласно СНиП 2.01.07-85* на постоянные и временные (длительные, кратковременные и особые).
При этом следует различать:
а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных;
б) особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, некоторых кратковременных и одной из особых нагрузок.
К постоянным нагрузкам следует относить:
а) горное давление или вес насыпного грунта;
б) гидростатическое давление;
в) собственный вес конструкций;
г) вес зданий и сооружений, находящихся в зонах их воздействия на подземную конструкцию;
д) сохраняющиеся усилия от предварительного обжатия обделки.
К длительным нагрузкам и воздействиям следует относить: силы морозного пучения; вес стационарного оборудования; температурные климатические воздействия; воздействия усадки и ползучести бетона и другие, указанные в СНиП 2.01.07-85*.
К кратковременным следует относить нагрузки и воздействия от внутритоннельного и наземного транспорта, а также нагрузки и воздействия в процессе возведения сооружения: от нагнетания раствора за обделку; от усилий, возникающих при транспортировке, подаче и монтаже элементов сборных обделок; от веса и воздействия проходческого и другого строительного оборудования и др.
К особым нагрузкам следует относить сейсмические и взрывные воздействия, а также особые нагрузки, указанные в СНиП 2.01.07-85*, которые могут иметь отношение к проектируемому тоннелю.
Подземные несущие конструкции следует рассчитывать по предельным состояниям первой и второй групп (ГОСТ 27751-88).
Расчеты по предельным состояниям первой группы обязательны для всех конструкций и их следует производить на основные и особые сочетания нагрузок с использованием расчетных значений характеристик материалов, грунтов, нагрузок с учетом коэффициентов надежности.
Расчеты по предельным состояниям второй группы следует производить на основные сочетания нагрузок с использованием нормативных их значений, нормативных значений характеристик материалов и грунтов и коэффициентов условий работы конструкций, предусматриваемых соответствующими нормами проектирования.
Нормативные нагрузки от горного давления следует назначать в зависимости от размеров выработки, глубины заложения тоннеля, физико-механических свойств и структурно-тектонических характеристик (в первую очередь, трещиноватости) массива, его обводненности, а также способов производства работ. При этом следует учитывать данные, полученные при строительстве тоннелей в аналогичных инженерно-геологических условиях.
Для предварительных расчетов обделок на заданные нагрузки вертикальные и горизонтальные нагрузки от горного давления в условиях сводообразования следует принимать от веса грунта, заключенного в пространстве, ограниченном контуром свода и плоскостями обрушения, а в грунтах, в которых сводообразование невозможно, — от давления всей толщи грунтов над сооружением.
Коэффициент надежности по нагрузке γf следует принимать в соответствии с таблицей 5.5.
Коэффициент сочетаний нагрузок необходимо принимать в соответствии со СНиП 2.01.07-85*.
Коэффициент надежности по ответственности надлежит принимать в зависимости от уровня ответственности сооружения (ГОСТ 27751-88).
Проверку прочности сечений бетонных и железобетонных элементов следует производить в соответствии со СНиП 52-01-2003 с введением дополнительных коэффициентов условий работ γc, учитывающих:
— отклонение принятой расчетной модели от реальных условий работы монолитной бетонной обделки — γc = 0,9;
— отклонение фактической работы стыков сборной обделки от предусмотренных проектом — γc = 0,9;
— понижение прочности бетона в обделках без наружной гидроизоляции на обводненных участках — γc = 0,9.
Нормативные и расчетные значения характеристик материала следует принимать по нормам проектирования конструкций из соответствующих материалов.