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 h

i

[m]

Ciężar

właściwy

szkieletu

miner. γ

si

(n)

[MN/m

3

]

Ciężar

objętościowy

skały

γ

ni

(n)

[MN/m

3

]

Porowatość

skały n

i

Kąt

tarcia

wewn.

Φ’

(n)

[…˚]

Wytrzym.

na ścisk.

R

cs

(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:

a) O wodach swobodnych od głębokości 10,6 [m] do spągu pierwszej warstwy.
b) O wodach naporowych w warstwie trzeciej, czwartej i piątej o zwierciadle

ustalonym na głębokości 25 [m].

2. Projektowana technologia głębienia:

a) W warstwach nadkładowych – z zastosowaniem metody zamrażania górotworu

i obudowy wodoszczelnej.

b) W warstwach karbońskich – metodą zwykłą z zastosowaniem obudowy

betonowej.

3. Przewidywany dopływ wody w warstwach karbońskich:

q=0,13 [m

3

/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

I.

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 k

p

(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

k

p3

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/m

3

] (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 n

1

(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 n

1

= 1,5.

- w przypadku gdy przekrój szybu znajduje się poza ww. odcinkiem szybu n

1

= 1,0.



Wartość współczynnika n

2

(kolumna 35) należy przyjmować:

- dla kąta upadu warstw mniejszego niż 30º n

2

= 1,0.

- dla kąta upadu warstw nie mniejszego niż 30º n

2

= 1,25.



Wartość współczynnika n

3

(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=n

2

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 p

1

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 p

2

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 p

3

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 p

3

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

= n

1

= 1,5),

zastosowanie drenażu górotworu poza obudową (uzasadnienie przyjęcia n

w

=0,2).

Obliczenie obciążenia obudowy szybowej wg PN-G-05016

Tabela 1

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 2

Iloczyn częściowy

Suma iloczynów

częściowych

Średni ciężar

objętościowy

skał nadległych

γ

śr

(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

]

γ

ni

(n)

h

i

[MPa]

γ

i

*(n)

h

i

[MPa]

δ

zγ

[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

Współ

cz

y

n

n

ik

Pois

so

na ska

ły

V

n

v

Wyt

rzm

a

łoś

ć c

ha

rakt

.

skał

y na

śc

iska

n

ie

R

cs

(n)

[M

Pa]

Wyt

rzym

ał

ość

cha

rakt

.

skały

na

roz

ci

ąg

ani

e

R

rs

(n)

[M

Pa]

Współ

cz

. s

truk

tura

lny

o

sł

ab

ien

ia

ska

ły

w

górot

w

or

ze

k

k

Współczynnik koncentracji

naprężeń w górotworze

Głębokość

krytyczna

H

kr

[m]

Obciążenie obliczeniowe pochodzące

od ciśnienia wody

p

w

k

p1

k

p2

k

p3

k

p

=k

p1

k

p2

k

p3

Współcz.

obciąż.

dla ciśn.

wody

n

w

Wysokość

słupa wody

H

w

[m]

Ciężar

właściwy

wody

γ

w

[MN/m

3

]

Obciążenie

oblicz.

p

w

=n

w

γ

w

h

w

[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

n

1

n

2

n

3

n=n

1

n

2

n

3

Pozorny kąt

tarcia

wewnętrznego

φ=ar ctg(

)

Współczynnik

poziomu

rozpierania

A=

(

-

p

1

s

=nδ

zγ

A

p

1

s

=nδ

’

zγ

A

[MPa]

Współczynnik

poziomu

rozpierania

(

-

p

2

s

=n

γ

śr

(n)

(H

H

kr

)A

*

p

2

s

=

n(

δ

’ z

γ

-γ

śr

(n)

H

kr

)A

*

G

łębo

ko

ść

g

ra

niczna

H

gr

[m]

K

a

teg

o

ri

a

za

gro

że

nia

wo

dn

eg

o

O

dp

orno

ść

na

dzia

ła

nie

wo

dy

wg

s

ka

li

Sk

utt

y

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

*

+

[

]

p

3

s

=n55γ

śr

(n)

tg

2

(45

o

-

)

[MPa]

Obciążenie powiększone

(dla H ≥ 800m)

1,1p

3

s

[MPa]

p

s

[MPa]

γ

nk

(n)

[MN/m

3

]

p=γ

nk

(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

—

—

II.

Wymiarowanie obudowy szybu

.

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

A. 0,00 – 51,8 [m] – o obciążeniach nie przekraczających wartości 0,4530 [MPa]
B. 51,8 – 152,4 [m] – o obciążeniach nie przekraczających wartości 2,1308 [MPa]
C. 152,4 – 253 [m] – o obciążeniach nie przekraczających wartości 0,4469 [MPa]
D. 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:

d

0

– 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 -15

0

C



40 cm przy temperaturze ociosów zawartej w granicach od -10

0

C do -15

0

C



35 cm przy temperaturze ociosów zawartej w granicach od - 5

0

C do -9

0

C.

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

III.

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/m

3

]

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/m

3

]

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