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
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