AKADEMIA GÓRNICZO HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA

WYDZIAŁ GÓRNICTWA I GEOINŻYNIERII

BUDOWNICTWO PODZIEMNE

Projekt głębienia szybu metodą zwykłą

Bartosz Grzesiak

Kraków st. niestacjonarne GiG rok IV gr. 2

Projekt głębienia szybu metodą zwykłą

Szyb o średnicy nominalnej:

n – numer studenta w grupie

średnice szybu zaokrąglić w górę do 0,5 [m]

Nr warstwy i	Rodzaj skały	Grubość warstwy hi [m]	Ciężar właściwy szkieletu miner. γsi^(n)[MN/m^3]	Ciężar objętościowy skały γni^(n)[MN/m^3]	Porowatość skały ni	Kąt tarcia wewn. Φ’^(n) […˚]	Wytrzym. na ścisk. Rcs^(n)[MPa]	Kąt upadu […˚]
1.	Piaski różnoziarniste	20,6	0,0265	0,0200	40,6	35,6	---	10,6
2.	Ił pylasty niezawodniony	10,6	0,0270	0,0170	50,6	20,6	---	32,6
3.	Piski różnoziarniste zawodnione	20,6	0,0265	0,0200	40,6	35,6	---	32,6
4.	Ił pylasty zawodniony z laminami pyłu	100,6	0,0270	0,0170	50,6	20,6	---	32,6
5.	Piaskowiec średnioziarnisty zawodniony	100,6	0,0265	0,0250	10,6	---	26	35,6
6.	Mułkowiec	50,6	---	0,0250	---	---	30	35,6
7.	Węgiel	1,0	---	0,0130	---	24,0	10,6	35,6
8.	Piaskowiec drobnoziarnisty niezawodniony	100,6	---	0,0250	---	---	40	35,6

1. W profilu warstw zalegają dwa poziomy wodonośne:

1. O wodach swobodnych od głębokości 10,6 [m] do spągu pierwszej warstwy.

2. O wodach naporowych w warstwie trzeciej, czwartej i piątej o zwierciadle ustalonym na głębokości 25 [m].

2. Projektowana technologia głębienia:

1. W warstwach nadkładowych – z zastosowaniem metody zamrażania górotworu
   i obudowy wodoszczelnej.

2. W warstwach karbońskich – metodą zwykłą z zastosowaniem obudowy betonowej.

3. Przewidywany dopływ wody w warstwach karbońskich:

q=0,13 [m³/min]

4. W szybie przewiduje się wlot do podszybia na głębokości od 366,6 [m] (strop wlotu) do 374,1 [m] (spąg wlotu).

5. Zbrojenie będzie mocowane do obudowy przy użyciu kotwienia.

Szczegółowy tok obliczeń projektowych

1. Obliczanie obciążeń obudowy szybu.

Obliczenia obciążeń należy przeprowadzić zgodnie z PN-G-05016 i zestawić w tabeli.

• Kolumny 1 – 8 należy wypełnić zamieszczając w nich dane wyjściowe do projektu.

• Kolumnę 9 należy wypełnić tylko dla warstw zawodnionych (w przypadku warstw niezawodnionych należy postawić kreskę) obliczając wg. wzoru:

Gdzie:

charakterystyczna wartość ciężaru objętościowego skały w i – tej warstwie
z uwzględnieniem siły wyporu wody

charakterystyczna wartość ciężaru właściwego szkieletu mineralnego w i – tej warstwie

ciężar właściwy wody

porowatość skały w i – tej warstwie

• Kolumny 10 i 11 dotyczą jedynie stropu poziomów wodonośnych o ciśnieniu piezometrycznym. W kolumnie 10 umieszcza się wysokość słupa wody H_w w otworze badawczym ponad strop poziomu wodonośnego, natomiast w kolumnie 11 wartość iloczynu:

W przypadku poziomu wodonośnego o zwierciadle swobodnym należy przyjąć:

Wartość H_w należy ustalać, uwzględniając ewentualny spadek ciśnienia wody na skutek drenażu lub uszczelnienia górotworu.

• W kolumnie 12 należy umieścić wartość iloczynu częściowego:

• Kolumnę 13 należy wypełnić dla warstw zawodnionych, umieszczając w niej wartość iloczynu:

W przypadku warstw niezawodnionych pozostawić puste pole.

• W kolumnie 14 należy umieścić sumy iloczynów częściowych:

W górnym wierszu – do stropu warstwy, w dolnym wierszu – do spągu warstwy.

• Kolumnę 15 należy wypełnić tylko dla warstw zawodnionych. W przypadku gdy
  w warstwie znajduje się strop poziomu wodonośnego, w górnym wierszu kolumny należy umieścić wartość z górnego wiersza kolumny 14 (dla tej samej warstwy), pomniejszoną o wartość (z kolumny 11). W przypadku gdy strop poziomu wodonośnego znajduje się powyżej warstwy, w górnym wierszu należy umieścić wartość z dolnego wiersza kolumny 15 dla poprzedniej warstwy. W dolnym wierszu należy umieścić liczbę będącą sumą wartości z górnego wiersza i wartości

(z kolumny 13).

• W kolumnie 16 należy wpisać iloraz sumy δ_zy iloczynów częściowych (kolumna 14) w spągu warstwy przez głębokość spągu warstwy (kolumna 4).

• Kolumny 17 i 18 zawierają liczby z arkusza danych.

• Wartość obliczeniową efektywnego kąta tarcia wewnętrznego (kolumna 19) należy obliczyć wg. wzoru:

Przy czym obliczać należy tylko dla skał zwięzłych – wg. kolumny 18.

• Wartość współczynnika Poissona (kolumna 20) należy wpisać wg. arkusza danych
  (w przypadku braku wartości wstawić kreskę).

• Wartość współczynnika n_v (kolumna 21) należy obliczać wg. wzorów:

przy czym v – wg kolumny 20 (w przypadku braku danych dać kreskę).Obliczenia należy prowadzić tylko dla gruntów nieskalistych (skał luźnych).

• Wartości charakterystyczne wytrzymałości skały na ściskanie R_cs⁽ⁿ⁾ (kolumna 22)
  i rozciąganie R_rs⁽ⁿ⁾ (kolumna 23) należy wpisać wg arkusza danych, w przypadku braku danych należy umieścić kreskę.

• Wartość współczynnika strukturalnego osłabienia skał w górotworze k_k (kolumna 24) należy przyjmować w zależności od grubości warstwy:

• dla grubości warstwy mniejszej niż 0,8m k_k=0,3,

• dla grubości warstwy powyżej 0,8do 1,3m k_k=0,7,

• dla grubości warstwy powyżej 1,3m k_k=1,0.

W przypadku skał bardzo spękanych (wg PN-86/B-02480) podane wyżej wartości należy zmniejszyć o 50%, w strefach starych zrobów (strefa pełnego zawału) i strefach zaburzeń tektonicznych należy przyjmować k_k=0.

• Wartość współczynnika koncentracji naprężeń w górotworze kp (kolumna 28) należy obliczać wg wzoru:

• Wartość współczynnika k_p1 (kolumna 25) należy przyjmować:

• w przypadku głębienia szybu z użyciem materiałów wybuchowych k_p1=3,0

• w przypadku urabiania ociosów metodą kombajnową (nie dotyczy szybów wierconych z użyciem płuczki wiertniczej)lub ręczną k_p1=2,0

• Wartość współczynnika k_p2 (kolumna 26) należy przyjmować:

• dla przekrojów szybu w odległości mniejszej niż 2D (D – średnica nominalna szybu) od stropu najbliższego wlotu lub w odległości mniejszej niż D od spągu najbliższego wlotu k_p2=1,5

• dla pozostałych odcinków szybu k_p2=1,0

• Wartość współczynnika k_p3 (kolumna 27) należy przyjmować:

• w przypadku warstw słabych o łącznej grubości h do 1,5 D zalegających między dwoma warstwami położonymi na głębokości mniejszej od krytycznej (H<H_kr)
  w zależności od stosunku grubości warstw h do średnicy nominalnej szybu D – wg poniższej tabeli

• Wartość współczynnika k_p3:

h/D	kp3
do 0,1	0,50
powyżej 0,1 do 0,2	0,55
powyżej 0,2 do 0,3	0,60
powyżej 0,3 do 0,4	0,65
powyżej 0,4 do 0,6	0,70
powyżej 0,6 do 0,8	0,75
powyżej 0,8 do 1,5	0,80

• Głębokość krytyczną H_kr (kolumna 29) należy obliczać wg wzorów:

• dla skał zwięzłych:

• dla skał luźnych:

Gdzie:

• R_cs⁽ⁿ⁾ – kol. 22

• γ_śr⁽ⁿ⁾ – kol. 16

• k_k – kol. 24

• k_p – kol. 28

• c’⁽ⁿ⁾ – kol. 17

• ϕ’⁽ⁿ⁾ – kol. 18

• n_v – kol. 21

• Wartość współczynnika obciążenia n_w dla ciśnienia wody (kolumna 30) należy przyjmować:

• w przypadku całkowitego uszczelnienia górotworu i zamknięcia poziomu wodonośnego n_w= 0,1

• w przypadku ujęcia wody lub pełnego drenażu poziomu wodonośnego
  n_w= 0,1 – 0,2

• w przypadku stosowania obudowy betonowej w warstwach wodonośnych
  o współczynniku filtracji nie większym od współczynnika filtracji obudowy
  n_w= 0,2

• w przypadku niekontrolowanego rozmrażania szybu głębionego z użyciem metody zamrażania górotworu n_w= 1,1

• w pozostałych przypadkach n_w= 1,0

• Wysokość słupa wody h_w (kolumna 31) należy przyjąć wg. arkusza danych, wpisując w wierszu górnym dla stropu warstwy, w wierszu dolnym– dla spągu warstwy. Wysokości słupa wody h_w nie uwzględniają korekty współczynnikiem n_w.

• Ciężar właściwy wody γ_w= 0,0098 [MN/m³] (kolumna 32).

Wartość obciążenia obliczeniowego pochodzącego od ciśnienia wody p^w (kolumna 33) należy określać wg wzoru:

Gdzie:

• n_w – kol. 30

• γ_w – kol. 32

• h_w – kol 31

przy czym w górnym wierszu należy wpisać wartość dla stropu warstwy, w dolnym –dla spągu warstwy.

W przypadku warstwy niezawodnionej w kolumnach 30-33 należy wpisać kreskę.

Jeżeli w warstwie jest spełniona nierówność:

Gdzie:

- H – głębokość warstwy (kol. 3 i 4)

- H_kr – głębokość krytyczna (kol. 29)

Należy przyjąć:

i wartość tę wpisać w kol.51, wpisując jednocześnie kreski w kol.34-50.

• Wartość współczynnika obciążenia n dla nacisku górotworu (kolumna 37)należy określać wg wzoru:

• Wartość współczynnika n₁ (kolumna 34) należy przyjmować :

• w przypadku, gdy przekrój szybu znajduje się w odległości mniejszej niż 2D od stropu najbliższego wlotu lub w odległości mniejszej niż D od spągu najbliższego wlotu n₁= 1,5.

• w przypadku gdy przekrój szybu znajduje się poza ww. odcinkiem szybu n₁= 1,0.
  
  

• Wartość współczynnika n₂ (kolumna 35) należy przyjmować:

• dla kąta upadu warstw mniejszego niż 30º n₂= 1,0.

• dla kąta upadu warstw nie mniejszego niż 30º n₂= 1,25.

• Wartość współczynnika n₃ (kolumna 36) należy obliczać wg. wzoru:
  
  

Gdzie:

D – średnica nominalna szybu.

• W przypadku, gdy przekrój szybu znajduje się w skałach nie należących do gruntów skalistych wg. PN-86/B-02480 lub do gruntów nieskalistych mineralnych drobnoziarnistych spoistych (z wyłączeniem mało spoistych ) wg. PN-86/B-02480, należy przyjmować n=n₂ i w kolumnie 34 oraz 36 umieścić kreski. Praktycznie przypadek ten zachodzi w gruntach nasypowych, piaskach, pospółkach itp.
  
  

• Metodę I (kolumny 38 – 40) obliczania obciążenia obliczeniowego od nacisku górotworu stosuje się tylko w skałach o R_cs⁽ⁿ⁾ > 0, znajdujących się poniżej głębokości krytycznej (H>H_kr). W pozostałych przypadkach należy w kolumnach 38 – 40 wpisać kreski. Wartość pozornego kąta tarcia wewnętrznego φ (kolumna 38) należy obliczać wg wzoru:

Gdzie:

R_cs⁽ⁿ⁾ – kol 22

• Wartość współczynnika poziomego rozpierania A (kolumna 39) należy obliczać wg wzoru:

• Wartość obciążenia p₁^s (kolumna 40) należy obliczać wg wzorów:

• W skałach niezawodnionych:

• W skałach zawodnionych:

Gdzie:

n – kol. 37

A – kol. 39

δ_zy – kol. 14

δ’_zy – kol. 15

Obliczenia należy przeprowadzić dla stropu i spągu, wpisując obydwie wartości.

• Metodę II(kolumna 41 i 42) obliczania obciążenia obliczeniowego od nacisku górotworu można stosować w skałach, w których:

W pozostałych przypadkach, oraz dla skał znajdujących się powyżej głębokości krytycznej H<H_kr należy w kolumnach 41 i 42 wpisać kreski.

Współczynnik poziomego rozpierania A* należy obliczać wg wzoru:

Gdzie:

ϕ'⁽ⁿ⁾ – kol. 18

Wartość obciążenia p₂^s (kolumna 42) należy obliczać wg wzoru:

• w skałach niezawodnionych:

• w skałach zawodnionych:

Gdzie:

n – kol. 37

γ_śr⁽ⁿ⁾ – kol. 16

H_kr – kol. 29

δ’_zy – kol. 15

A^* - kol. 41

H – głębokość kol. 3 i 4

Obliczenia należy przeprowadzić dla stropu i spągu warstwy, wpisując w kolumnę 42 obydwie wartości.

• Metodę III (kolumna 43 i 50) obliczania obciążenia obliczeniowego od nacisku górotworu można stosować, gdy spełnione są następujące warunki:

• w skałach niezawodnionych odcinek szybu jest położony poniżej głębokości granicznej H > H_gr część profilu górotworu, w którym jest projektowany odcinek szybu, jest zaliczona do I lub II stopnia zagrożenia wodnego, stosunek wytrzymałości na ściskanie do wytrzymałości na rozciąganie spełnia warunek:

• w skałach zawodnionych wymaga się spełnienia warunków jak dla skał niezawodnionych oraz dodatkowo odporności skały na działanie wody A wg. skali Skutty lub r= 1 wg. GIG. Gdy warstwa górotworu nie spełnia tych warunków (np. gdy R_cs⁽ⁿ⁾= 0 lub H<H_kr) w kolumnach 43-50 należy umieścić kreski.

Głębokość graniczną H_gr należy obliczać wg wzoru:

Gdzie:

H_kr – kol. 29

ϕ'^(r) – kol. 19

• Kategorię zagrożenia wodnego (kolumna 44) oraz odporność na działanie wody wg. skali Skutty (kolumna 45) należy wpisać na podstawie arkusza danych .

• W kolumnie 46 należy wpisać wartość:

W przypadku, gdy:

obliczamy wartość wyrażenia:

wpisujemy ją w kolumnie 47,
a w 48 kreskę.

W przypadku, gdy:

obliczamy wartość wyrażenia:

wpisujemy ją w kolumnę 48,
a w 47 kreskę.

Następnie badamy spełnienie nierówności:

i

W przypadku spełnienia obliczamy wartość p₃^s (kolumna 49) wg. wzoru:

Gdzie:

n – kol. 37

γ_śr⁽ⁿ⁾ – kol. 16

ϕ’^(r) – kol. 19

W przypadku niespełnienia ww. nierówności w kolumnie 49 umieszczamy kreskę.

W przypadku, gdy głębokość warstwy H ≥ 800m, powiększamy wartość p₃^s (kolumna 49) o 10% i wpisujemy w kolumnie 50, gdy H < 800m, w kol.50 wpisujemy wartość
z kolumny 49.

• W kolumnie 51 wpisujemy najmniejszą wartość z kolumn 40, 42 i 50, odpowiednio
  w stropie i spągu warstwy. W przypadku, gdy ww. kolumnach występują tylko kreski w kolumnie 51 wpisujemy wartość “0,0000”.

• W kolumnie 52 wpisujemy sumę wartości p^w (kolumna 33) i p^s (kolumna 51), odpowiednio w stropie i spągu warstwy.

• Kolumny 53 i 54 należy wykorzystać w przypadku, gdy skała występuje w stanie kurzawkowym. Wówczas obciążenie obudowy (kolumna 54) można obliczyć ze wzoru:

Gdzie:

γ_nk⁽ⁿ⁾ – charakterystyczna wartość ciężaru objętościowego kurzawki 0,0127-0,0147 [MN/m3]

H – głębokość

• W kolumnie 55 należy umieszczać uwagi uzasadniające przyjęcie określonych wartości współczynników, np. strefa podszybia (uzasadnienie przyjęcia k_p2= n₁= 1,5), zastosowanie drenażu górotworu poza obudową (uzasadnienie przyjęcia n_w=0,2).

Obliczenie obciążenia obudowy szybowej wg PN-G-05016

Lp.	Skała	Głębokość [ m ]			Grubość warstwy hi [m]		Ciężar właściwy szkieletu min .skały γsi^(n) [MN/m^3]		Porowatość ni [%]		Naturalny ciężar objętościowy skały γni^(n) [MN/m^3]		Ciężar objętościowy z uwzgl. siły wyporu wody γi^*(n) =(kb- γw)(1-k7) [MN/m^3]		Ciśnienie piezometryczne w stropie poziomu wodonośnego
		Hw=5+0,2n [m]		γw Hw γw=0,0098 [MPa]
od	do
1	2	3	4	5		6		7		8		9		10		11
1a	Piaski różnoziarniste niezawodnione	0,0	10,6	10,6		0,0265		40,6		0,0200		—		—		—
1b	Piaski różnoziarniste zawodnione	10,6	20,6	10,00		0,0265		40,6		0,0200		0,0092		0,00		0,0000
2	Ił pylasty niezawodniony	20,6	31,2	10,6		0,0270		50,6		0,0170		—		—		—
3	Piaski różnoziarniste zawodnione	31,2	51,8	20,6		0,0265		40,6		0,0200		0,0092		6,2		0,0608
4	Ił pylasty zawodniony (z laminami pyłu zawodnionego)	51,8	152,4	100,6		0,0270		50,6		0,0170		0,0085		—		—
5	Piaskowiec średnioziarnisty zawodniony	152,4	253,0	100,6		0,0265		10,6		0,0250		0,0149		—		—
6	Mułkowiec	253,0	303,6	50,6		—		—		0,0250		—		—		—
7	Węgiel	303,6	304,6	1,0		—		—		0,0130		—		—		—
8a	Piaskowiec drobnoziarnisty niezawodniony	304,6	405,2	100,6		—		­­­­­­­­­­­—		0,0250		—		—		—

Tabela 1

Tabela 2

Iloczyn częściowy		Suma iloczynów częściowych		Średni ciężar objętościowy skał nadległych γśr^(n) [MN/m^3]		Wartość charakterystyczna efektywnej spójności skały c^’(n) [Mpa]		Wartość charakterystyczna efektywnego kąta tarcia wewnętrznego skały Φ^’(n) [...^o]		Wartość obliczeniowa efektywnego kąt tarcia wewnętrznego skały Φ^’(r) [...^o]
γni^(n)hi [MPa]	γi^*(n)hi [MPa]	δzγ [MPa]	δ^’zγ [MPa]
12	13	14	15		16		17		18		19
0,2120	—	0,0000 0,2120	—		0,0200		0,080		35,6		—
0,2000	0,0920	0,2120 0,4120	0,2120 0,3040		0,0200		0,000		35,6		—
0,1802	—	0,4120 0,5922	—		0,0190		0,050		20,6		—
0,4120	0,1895	0,5922 1,0042	0,5314 0,7209		0,0201		0,000		35,6		—
1,7102	0,8551	1,0042 2,7144	0,7209 1,5760		0,0178		0,030		20.6		—
2,5150	1,4989	2,7144 5,2294	1,5760 3,0749		0,0207		—		—		—
1,2650	—	5,2294 6,4944	—		0,0214		—		—		—
0,0130	—	6,4944 6,5074	—		0,0214		—		24,2		19,36
2,5150	—	6,5074 9,0224	—		0,0223		10,000		—		—

Tabela 3

Współczynnik Poissona skały V	nv	Wytrzmałość charakt. skały na ściskanie Rcs^(n) [MPa]	Wytrzymałość charakt. skały na rozciąganie Rrs^(n) [MPa]	Współcz. strukturalny osłabienia skały w górotworze kk	Współczynnik koncentracji naprężeń w górotworze					Głębokość krytyczna Hkr [m]		Obciążenie obliczeniowe pochodzące od ciśnienia wody p^w
kp1	kp2	kp3	kp=kp1kp2kp3	Współcz. obciąż. dla ciśn. wody nw		Wysokość słupa wody Hw [m]	Ciężar właściwy wody γw [MN/m^3]	Obciążenie oblicz. p^w=nwγwhw [MPa]
20	21	22	23	24	25	26	27	28	29		30		31	32	33
0,25	1,0000	—	—	1,0	2,0	1,00	1,00	2,00	0,00		—		—	—	—
0,25	1,0000	—	—	1,0	2,0	1,00	1,00	2,00	0,00		1,00		0,00 10,60	0,0098	0,0000 0,1039
0,37	0,8514	—	—	1,0	2,0	1,00	1,00	2,00	6,20		—		—	—	—
0,25	1,0000	—	—	1,0	2,0	1,00	1,00	2,00	0,00		1,00		6,20 26,80	0,0098	0,0608 0,2626
0,37	0,8514	—	—	1,0	2,0	1,00	1,00	2,00	4,00		1,00		26,80 127,40	0,0098	0,2626 1,2485
—	—	26	—	1,0	3,0	1,00	1,00	3,00	418,7		0,20		127,40 228,00	0,0098	0,2497 0,4469
—	—	30	—	1,0	3,0	1,00	1,00	3,00	467,3		—		—	—	—
—	—	16	—	0,7	3,0	1,00	0,55	1,65	317,3		—		—	—	—
0,20	—	40	3,0	1,0	3,0	1,00	1,00	3,00	597,9		—		—	—	—

Tabela 4

Obciążenie obliczeniowe pochodzące od nacisku górotworu p^’
Współczynnik obciążenia					Metoda I				Metoda II ( Φ^’(n) ≥ φ )			Metoda III
n1	n2	n3	n=n1n2n3	Pozorny kąt tarcia wewnętrznego φ=ar ctg( )		Współczynnik poziomu rozpierania A= ( -	p1^s=nδzγA p1^s=nδ^’zγA [MPa]	Współczynnik poziomu rozpierania ( -		p2^s=nγśr^(n)(HHkr)A^* p2^s=n(δ^’zγ-γśr^(n)Hkr)A^*	Głębokość graniczna Hgr [m]		Kategoria zagrożenia wodnego	Odporność na działanie wody wg skali Skutty
34	35	36	37	38		39	40	41		42	43		44	45
—	1,00	—	1,000	—		—	—	0,2641		0,0000 0,0559	—		—	—
—	1,00	—	1,000	—		—	—	0,2641		0,0559 0,0808	—		—	—
1,0	1,25	0,9785	1,223	—		—	—	0,4794		0,1604 0,2785	—		—	—
—	1,25	—	1,000	—		—	—	0,2641		0,1403 0,1904	—		—	—
1,0	1,25	0,9785	1,223	—		—	—	0,4794		0,3809 0,8823	—		—	—
1,0	1,25	0,9785	1,223	—		—	—	—		—	—		—	—
1,0	1,25	0,9785	1,223	—		—	—	—		—	—		—	—
1,0	1,25	0,9785	1,223	—		—	—	0,4185		—	—		—	—
1,5	1,25	0,9785	1,835	—		—	—	—		—	—		—	—

Tabela 5

Obciążenie obliczeniowe pochodzące od nacisku górotworu p^’						Obciążenie obliczeniowe całkowite p=p^s+p^w [MPa]	Obciążenie ze strony kurzawki			Uwagi
Metoda III
			p3^s=n55γśr^(n)tg^2(45^o- ) [MPa]	Obciążenie powiększone (dla H ≥ 800m) 1,1p3^s [MPa]	p^s [MPa]	γnk^(n) [MN/m^3]	p=γnk^(n)H [MPa]
46	47	48	49	50	51	52	53	54	55
—	—	—	—	—	0,0000 0,0559	0,0000 0,0559	—	—
—	—	—	—	—	0,0559 0,0808	0,0559 0,1847	—	—
—	—	—	—	—	0,1604 0,2785	0,1604 0,2785	—	—
—	—	—	—	—	0,1403 0,1904	0,2011 0,4530	—	—
—	—	—	—	—	0,3809 0,8823	0,6435 2,1308	—	—
—	—	—	—	—	0,0000 0,0000	0,2497 0,4469	—	—	drenaż górotworu
—	—	—	—	—	0,0000 0,0000	0,0000 0,0000	—	—
—	—	—	—	—	0,0000 0,0000	0,0000 0,0000	—	—
—	—	—	—	—	0,0000 0,0000	0,0000 0,0000	—	—

2. Wymiarowanie obudowy szybu.

W oparciu o analizę wyników obliczeń oraz wykresu obciążeń obudowy szybu trzeba wyodrębnić odcinki, dla których należy obliczyć grubość obudowy:

1. 0,00 – 51,8 [m] – o obciążeniach nie przekraczających wartości 0,4530 [MPa]

2. 51,8 – 152,4 [m] – o obciążeniach nie przekraczających wartości 2,1308 [MPa]

3. 152,4 – 253 [m] – o obciążeniach nie przekraczających wartości 0,4469 [MPa]

4. 253 – 405,2 [m] – bez obciążeń.

W wyróżnionych odcinkach należy przeprowadzić obliczenia grubości obudowy szybu wg. PN-G-05015.

Przy doborze konstrukcji obudowy należy uwzględniać następujące czynniki:

• przeznaczenie, żywotność i warunki pracy projektowanego wyrobiska

• wymagania dotyczące wodoszczelności obudowy

• warunki hydrogeologiczne górotworu (własności fizykochemiczne skał, wielkość dopływu i chemizm wód itp.)

• wielkość występujących ciśnień

• metodę głębienia

• technologię wykonywania robót.

W zawodnionych skałach luźnych projektuje się najczęściej obudowę dwuwarstwową

(rozdzielną), złożoną z następujących elementów konstrukcyjnych:

1. Obudowa wstępna z betonu klasy B15, B20 lub B25.

2. Hydroizolacja z folii PE lub PCW o grubości 2 mm łączona przy użyciu zgrzewania.

3. Obudowa ostateczna z betonu klasy B15, B20, B25, B30 lub B35.

Grubość obudowy ostatecznej oblicza się wg wzoru:

Gdzie:

d₀ – grubość obudowy ostatecznej betonowej [m]

a – promień szybu w świetle obudowy ostatecznej [m]

R_bb – wytrzymałość obliczeniowa betonu niezbrojonego na ściskanie [MPa]

m – współczynnik korekcyjny wg PN-G-05015

p^w – obciążenie obliczeniowe pochodzące od ciśnienia wody [MPa]

Wartość wytrzymałości obliczeniowej betonu na ściskanie R_bb należy przyjąć wg.
PN-84/B-03264.

Szyb w warunkach warstw zawodnionych i wodonośnych głębi się zwykle z użyciem metody zamrażania górotworu, w związku z tym minimalna grubość obudowy nie powinna być mniejsza niż:

• 50 cm przy temperaturze ociosów poniżej -15⁰C

• 40 cm przy temperaturze ociosów zawartej w granicach od -10⁰C do -15⁰C

• 35 cm przy temperaturze ociosów zawartej w granicach od - 5⁰C do -9⁰C.

Grubość obudowy ostatecznej, wchodzącej w skład obudowy dwuwarstwowej, powinna być jednakowa dla całej kolumny tej obudowy z uwagi na możliwość stosowania jednego deskowania.

Grubość obudowy wstępnej oblicza się wg wzoru:

Gdzie:

d_w – grubość obudowy wstępnej z betonu [m]

a_w – promień szybu w świetle obudowy wstępnej [m]

p^s – obciążenie obliczeniowe pochodzące od nacisku skał [MPa]

m – współczynnik korekcyjny wg PN-G-05015,

R_bb – wytrzymałość obliczeniowa betonu niezbrojonego na ściskanie [MPa]

Wartość współczynnika korekcyjnego należy przyjmować:

• dla skał kurzawkowych m= 0,95

• dla skał zawodnionych m= 1,00

W przypadku obudowy wstępnej panelowej stosuje się wzór:

Gdzie:

R_p – wytrzymałość obliczeniowa muru z prefabrykatów (paneli) wg. normy,

W skałach zwięzłych projektuje się najczęściej obudowę betonową pojedynczą
z betonu klasy B15, B20 lub B25. W skałach zawodnionych projektuje się drenaż górotworu lub cementację wyprzedzającą.

Grubość obudowy pojedynczej należy obliczać wg wzoru:

Gdzie:

d_b – grubość obudowy betonowej pojedynczej [m]

a – promień szybu w świetle obudowy [m]

R_bb – wytrzymałość obliczeniowa betonu niezbrojonego na ściskanie [MPa]

p – obciążenie obliczeniowe obudowy szybu [MPa]

m – współczynnik korekcyjny. Wartość współczynnika korekcyjnego należy przyjmować:

• w skałach zawodnionych: m= 1,0

• w skałach niezawodnionych sypkich,
  mało spoistych i spoistych: m= 1,0 dla kąta upadu warstw α ≤ 30º

m= 1,1 dla kąta upadu warstw α > 30º

• w skałach niezawodnionych zwięzłych:

m= 1,1 dla kąta upadu warstw α ≤ 30º

m=1,15 dla kąta upadu warstw α > 30º.

Obliczoną grubość obudowy betonowej należy zaokrąglić w górę do 5cm.

Grubość obudowy betonowej w docinkach szybu głębionych metodą zwykłą nie powinna być mniejsza niż:

• 0,3 [m] w przypadku, gdy zbrojenie ma być mocowane do obudowy
  z zastosowaniem kotwienia

• 0,25 [m] w pozostałych przypadkach

Maksymalna grubość obudowy betonowej pojedynczej wynosi 100cm. Zmianę grubości obudowy należy wykonać stopniowo na długości równej co najmniej 5-krotnej różnicy grubości obudowy.

Dla odcinków A i B projektowana będzie obudowa podwójna z hydroizolacja, natomiast dla odcinków C i D obudowa pojedyncza.

Dla odcinka A grubość obudowy ostatecznej wyniosła:

Dla odcinka B grubość obudowy ostatecznej wyniosła:

Ostatecznie przyjęto jednakową grubość obudowy ostatecznej wykonanej z betonu klasy B25 na odcinkach A i B i wynosi ona:

Gdzie:

a_o – 3,25 [m]

m – 1

p^w – dla odcinka A – 0,2626 [MPa]

p^w – dla odcinka B – 1,2485 [MPa]

R_bb= R_b/γ_b

R_b- 11,6MPa

γ_b- 1,15

Dla odcinka A grubość obudowy wstępnej wykonanej z betonu klasy B15 wyniosła:

Dla odcinka B grubość obudowy wstępnej wykonanej z betonu klasy B15 wyniosła:

Gdzie:

a_w= a_o + d_b= 3,65 [m]

m= 1

p^s – dla odcinka A = 0,2785 [MPa]

p^s – dla odcinka B = 0,8823 [MPa]

R_bb= R_b/γ_b

R_b= 7,1 [MPa]

γ_b= 1,15

Dla odcinka C i D grubość obudowy pojedynczej wykonanej z betonu klasy B25 wynosi:

Gdzie:

a= 3,25 [m]

m= 1

p^s – dla odcinka C = 0,4496 [MPa]

p^s – dla odcinka D = 0 [MPa]

R_bb= R_b/γ_b

R_b= 11,6 [MPa]

γ_b= 1,15

3. Obliczanie stopy szybowej.

Stopy szybowe, zgodnie z PN-G-05015 nie są wymagane w górotworze zwięzłym (f ≥ 3) związanym z obudową, z wyjątkiem przypadków uzasadnionych technologią robót.

W praktyce stopy szybowe stosuje się:

• w przypadku użycia obudowy wielowarstwowej (rozdzielnej) – stopa wówczas przenosi ciężar obudowy ostatecznej oddzielonej od obudowy wstępnej warstwą folii hydroizolacyjnej

• nad podszybiami (stopa odciąża obudowę wlotu podszybia)

• w rząpiu szybowym (gdy szyb ma być w przyszłości pogłębiany).

Obliczenia należy przeprowadzić wg PN-G-05015, przeliczając kolejno:

• obciążenie obliczeniowe stopy szybowej

• szerokość stopy szybowej

• wysokość stopy szybowej (betonowej)

• Wysokość stopy szybowej należy sprawdzić na ścinanie wg wzoru:

Gdzie:

Q_s – obciążenie obliczeniowe stopy szybowej [MN/m]

γ_f – współczynnik obciążenia wg. PN-82/B-02001,

γ_m – ciężar objętościowy muru obudowy wg. PN-82/B-02001 [MN/m³]

h_m – wysokość odcinka obudowy nie związanego z górotworem
i spoczywającego na stopie [m]

d_m – grubość obudowy [m]

β – kąt nachylenia dolnej podstawy stopy do poziomu [˚]

b – szerokość stopy szybowej [m]

h_o – wysokość stopy szybowej [m]

R_bbz – wytrzymałość obliczeniowa betonu niezbrojonego
na rozciąganie wg. PN-84/B-03264 [MPa]

q_f^(r) – obliczeniowe obciążenie jednostkowe podłoża stopy szybowej wg. PN-G-05015 [MPa]

Wartość kąta β należy przyjmować:

• w skałach zwięzłych β ≤ 30º,

• w skałach spoistych, mało spoistych i sypkich niezawodnionych β ≤ 20º,

• w skałach spoistych, mało spoistych i sypkich zawodnionych β ≤ 10º.

Wartość q_f^(r) wynosi:

• w piaskowcach: 2,0; 1,0; 0,8; 0,6MPa (odpowiednio dla piaskowców litych, mało spękanych, średnio spękanych i bardzo spękanych),

• w piaskach gliniastych, pyłach, glinach i iłach: 0,35; 0,35 – 0,25; 0,52 – 0,15; 0,15 – 0,08MPa, (odpowiednio dla skał o konsystencji zwartej, półzwartej, twardoplastycznej i plastycznej).

Z obliczeń obciążenie obliczeniowe stopy szybowej wyniosło:

Szerokość stopy szybowej wyniosła:

Przyjęto:

Wysokość stopy szybowej wyniosła:

Po sprawdzeniu na ścinanie:

Gdzie:

γ_f= 1,1,

γ_m= 23 [MN/m³]

h_m= 155,4 [m]

d_m= 0,3 [m]

β= 25º

q_f^(r)= 1

R_bbz= R_bz/γ_b

R_bz= 0,82 [MPa]

γ_b= 1,15