Tunnel pressure consists of (fig. 1):
Chith. 1. Mphamvu za kukanikiza zomwe zimagwira pa tunnel
a) kupanikizika koyima P pa nsonga, kotchedwa kanikizidwe pa nsonga ya chipilala,
b) kukanikizika kochokera m’mbali S, kotchedwa kukanikizika kwa m’mbali,
c) ma reaction ku pansi A, omwe amatchedwa kupanikizika kwa pansi.
Kukula kwa kuthamanga kwa nthaka pa tunnel kumakhala m’magulu osiyanasiyana kwambiri. Poyamba, pa nthawi yobowola tunnel, kuthamanga kwa mapiri kumakhala kochepa ndipo kumakhala kuyambira 0 mpaka 0,50 kp/cm2, koma ikangobowoleredwa kumawonjezeka ndipo kumakhala kuyambira 0,8 mpaka 12,0 kp/cm2, kutengera mtundu wa nthaka ndi zinthu zake zakuthupi, kutalika kwa zigawo pamwamba pa tunnel komanso kukula kwa kusuntha kwa nthaka komwe kumachitika chifukwa cha kuthamanga kwa zigawo zakumtunda. Chifukwa cha kudalira zinthu zosiyanasiyana, kuzindikira kuthamanga kwa mapiri pa tunnel kumakhala kovuta kwambiri, kotero kuti mwa njira ya sayansi sungadziwike mtengo weniweni wa kuthamanga kwa nthaka, koma pafupifupi kokha. Mphamvu ya mkati ya nthaka imakana ntchito ya kuthamanga kwa nthaka pa mawonekedwe a tunnel. Ngati nthaka yomwe tunnel ikumangidwamo ili ndi thanthwe lolimba ndi lolimba kwambiri, kuthamanga pa mawonekedwe a tunnel kumakhala kochepa, chifukwa kulemera kwa zigawo pamwamba pa tunnel kumanyamulidwa ndi mphamvu ya kukanikiza ya thanthwe lolimba. Pankhani imeneyi sikufunika kupanga lining ya tunnel kapena chithandizo pa nthawi yobowola tunnel, motero kuwerengera kuthamanga kwa nthaka pa mawonekedwe a tunnel nako kumachotsedwa.
Pa miyala yosakhazikika komanso yosweka-sweka, kupanikizika komwe kumabwera chifukwa cha kulemera kwa zigawo zakumtunda pa mbiri ya ngalande kungapitirire mphamvu ya miyala imeneyi, zomwe zimachititsa kusweka kwa nthaka ndi kusintha kwakukulu kwa mawonekedwe a ngalande. M’mikhalidwe imeneyi, ayenera kumanga chithandizo panthawi yoboola ngalande, kenaka chovala cha ngalande chomwe chidzalimbane ndi kupanikizika kwa phiri ndi kukupititsa kudzera pa maziko kupita ku zigawo zotsika.
Mu nthaka yomangika, kukana kwamkati kumapangidwa ndi kulumikizana ndi kukangana, pamene mu nthaka yosamangika kumapangidwa ndi kukangana kokha popanda kulumikizana. Komabe, popeza kulumikizana kumasinthasintha chifukwa cha chinyezi, komanso chifukwa cha magawo a nthaka okhala ndi kapangidwe kosiyanasiyana, kulumikizana sikumaganiziridwa ngati kukana kwamkati, motero ngakhale mu nthaka yomangika kumawerengedwa kokha kukangana kwamkati. Choncho, pa milandu iwiriyi yomalizayi chovala cha ngalande chimafunika, zomwe zikutanthauza kuti kupanikizika kwa nthaka pa ngalande kuyenera kudziwika.
Pofuna kudziwa kukula kwa kuthamanga kwa nthaka pa tunnel pali malingaliro awa:
-
Lingaliro lakuti kuthamanga kwa nthaka kumawonjezeka molingana ndi kuya
-
Lingaliro lochokera pa malamulo a kufanana kwa matupi osasunthika
-
Lingaliro la kupanga chipinda chochepetsera katundu m’nthaka
-
Lingaliro lotengera malamulo a elasticity.
Malingaliro akuti kupsinjika kumawonjezeka mogwirizana ndi kuya
Malinga ndi lingaliro limeneli, pa chingwe cha tunnel (chith. 2) pamakhala kupanikizika pa mchenga P chifukwa cha kulemera kwa nthaka pa kutalika konse pamwamba pa tunnel kufika pa pamwamba pa nthaka, ndipo pa m’lifupi mwa tunnel yotsegulidwa b. Choncho, kupanikizika pa chingwe ndi
P = γ bt [Mp/m]
kumene γ ndi kulemera kwa voliyumu kwa magawo a nthaka pamwamba pa tunela [Mp/m3], t ndi kutalika kwa magawo a nthaka pamwamba pa tunela [m].
Lingaliro limeneli limavomerezedwa pokha pa milandu yapadera, monga mwachitsanzo pamene nthaka yomwe ili pamwamba pa ngalande imakhala ndi matope, amene alibe pafupifupi kukana kwa mkati konse, kapena ngati pali nthaka yolumikizana ndi yosalumikizana m’madzi apansi, pamene kukana kwa nthaka kuli kocheperapo kuposa mphamvu ya kulemera kwa nthaka.
Milandu yotereyi ndi yosowa m’kuchita ndipo imatengedwa ngati milandu yapadera. M’milandu ina yonse, pamene tingaganize za kukana kwa mkati kwa nthaka, kutsimikizira kupsinjika kwa nthaka pa ngalande motengera lingaliro ili sikoyenera, chifukwa limapereka kupsinjika kwakukulu kwambiri kuposa chenicheni.
Sl. 2. Kuzindikira kukanikizika kwa nthaka pa tunela poyerekeza kuti kukanikizika kumawonjezeka molingana ndi kuya
Lingaliro lochokera pa malamulo a kufanana kwa matupi aung’onong’ono
Sl. 3. Kudziwa kuthamanga kwa nthaka pa tunnel potengera lingaliro lokhazikitsidwa pa malamulo a kusamala kwa zinthu zosweka
Pansi pa lingaliro limeneli, pamaganiziridwa dothi louma, losasunthika bwino, ndipo amavomereza kuti kupanikizika pa chipinda cha mumsewu wa ngalande kuli kocheperapo kuposa kulemera kwa prism ABA’B’ chifukwa cha mphamvu ya kukangana pa malo oyima AA’ ndi BB’ (chith. 3).
Pa lingaliroli pamakhazikitsidwa maonekedwe angapo owerengera kuthamanga pa chipinda cha ngalande, monga Forcheimer, Bierbaumer ndi Engesser.
Kulemera konse kwa nthaka pamwamba pa khola la tunnel ndi W= γ bt, koma prism ABA’B’ sidzatha kutsetsereka pansi momasuka, chifukwa kutsetsereka kumeneku kudzatsutsidwa ndi kukangana kwa zinthu pamaso pa AA’ ndi BB’. Ngati o ndi ngodya ya kukangana kwa mkati kwa nthaka pamwamba pa khola la tunnel, coefficient ya kukangana ndi tgo, ndipo kupsinjika kwachibadwa pa pamwamba pa kukangana ndi mphamvu yakumbali E, ndiko kuti active earth pressure pa malo a AA’ ndi BB’. Choncho pa chilichonse mwa malo amenewa pamakhala mphamvu ya kukangana
Q = Ea tg_ϕ._
Kuthamanga P pa denga la tunnel, kuthamanga pa msonkhano, ndi
Kuthamanga kwa nthaka kwaukali kumawerengedwa malinga ndi Rankine
Ea = ½ γt2 tg2(45o – ϕ/2)
Kudziwa kuthamanga kwa nthaka pa taphulo pogwiritsa ntchito lingaliroli kumachitika kawirikawiri kwambiri ndipo kokha m’zochitika zina, monga pamene kutalika kwa zigawo za nthaka pamwamba pa taphulo kuli kochepa, kotero kuti chipinda chochepetsera katundu sichingapangidwe.
Lingaliro la kupanga chipinda chochepetsera katundu
Malinga ndi njira imeneyi, mu nthaka iliyonse yolumikizana ndi yosalumikizana, kupatula matope, pamwamba pa tunnelo amapangika chipilala chochepetsa katundu, motero pa chithunzi cha tunnelo chimagwira ntchito zinthu zokha zomwe zili pansi pa chipilalacho, pamene chipilalacho chimasungidwa mu kufanana chifukwa cha ntchito ya arc, zimene zatsimikiziridwa ndi mayeso mu nthaka ya mchenga yosakakamizika. Pofuna kudziwa kuthamanga kwa nthaka pa tunnelo malinga ndi lingaliro limeneli pali njira zingapo, pakati pawo zodziwika kwambiri ndi za Kommerell ndi Protođakonov. Malinga ndi njira ya Kommerell, chipilala chochepetsera katundu chimatengedwa kuti chili ndi mawonekedwe a theka la ellipse, ndipo malinga ndi Protođakonov chimakhala cha parabola.
Njira ya Kommerell ya theka-ellipsi ya kuthamanga
Malinga ndi njira imeneyi, zimavomerezedwa kuti kutalika kwa nkhungudza ya kuchepetsa katundu h kumadalira m’lifupi mwa tunnel komanso ngodya ya kukangana kwamkati kwa nthaka yomwe tunnel imakumbidwa mmenemo (chith. 4). Kutalika kwa nkhungudza ya kuchepetsa katundu h kungadziwike potengera fomula:
h = 100_a_/p
kumene a ndi kutsika kwa chigawo chothandizira kuyambira pa kuyamba kukumba m’tunela mpaka kumalizidwa kumanga khoma la tunela, p ndi kusalimba kokhazikika kwa nthaka.
Sl. 4. Kudziwa kuthamanga kwa nthaka pa tunnel pogwiritsa ntchito njira ya theka-ellipsi ya kuthamanga
Pa mikhalidwe yabwino amatengedwa a = 10 – 15cm, pa yosayenera a = 15 – 40cm, pa yosayenera kwambiri a = 40 – 70cm.
Kumasuka kosatha kwa nthaka p kumatsimikiziridwa pa nthaka yokumbidwa ya ngalande mu % pambuyo pokumba ndi kupanikizanso. Miyezo ya p imakhala m’malire operekedwa mu tebulo 1.
Komabe, ngakhale kuti chitsanzo chapamwamba chimagwiritsidwa ntchito nthawi zambiri pochita, chimawonedwa kuti sichikugwirizana ndi zenizeni. Kugwa kwa a kulibe mtengo wokhazikika, koma mu chinthu chimodzi chomwecho kumasiyanasiyana malinga ndi mtundu wa chithandizo chapansi. Ngati chithandizo chapansi ndi chachitsulo, kugwa kumakhala kochepa, ngati ndi cha matabwa kugwa kumakhala kwakukulu. Pa ma profile wamba a ma tunnel pa njanji ndi misewu, pa kutalika kwa gawo la nthaka pamwamba pa tunnel t > 20 m amavomereza kuti kutalika kwa svoda yochotsera katundu h=20 m.
Kupanikizika kwa m’mbali. Malinga ndi Kommerell, kupanikizika kwa m’mbali kumachitika chifukwa cha kulemera kwa prism ya nthaka ABC (chith. 4), yomwe imaletsedwa kuchokera m’mbali ndi pamwamba poyenda AC komanso ndege ya ofukula ya tunela AB, pamene kuchokera pamwamba imanyamulidwa ndi kulemera kwa prism ya nthaka CBG. Pamenepa timavomereza kuti prism ya nthaka yogwira ntchito imaletsedwa kuchokera pamwamba ndi malo a horizontal CB m’lifupi la pamwamba pa svodo ya tunela
Tebulo 1. Miyeso yoyandikira ya nthaka p mu %
Popeza ndege AB ndi yoyima, ndipo ndege CB ndi yopingasa, timavomereza kuti pali nkhani ya Rankine ya kukanikizika kwa nthaka, ndipo kuti njira ya kukanikizika kwa nthaka ya ntchito E ndi yopingasa. Malinga ndi Rankine, kutsetsereka kwa malo otsetsereka AC poyerekezera ndi yopingasa ndi ngodya α=45o+ϕ/2, kukanikizika kwa nthaka kwa ntchito Ea ndi
Ea = ½ _γh_2tg2(45o-ϕ/2),
pomwe γ ndi kulemera kwa voliyumu ya nthaka mu Mp/m3, h ndi kutalika kwa khoma lotsekereza mu m, ϕ ndi ngodya ya kukangana kwamkati kwa nthaka.
Pamene mphamvu ya prizimu ya dothi yogwira ABC ikalemetsedwa kuchokera pamwamba ndi kulemera kwa prizimu CBG, pa nkhaniyi zikhala za kutalika kwa ngalande h’
Ea = ½ γ h’ 2tg2(45o-ϕ/2),
where γ1 = γ + 2p/h’
pomwe p = Q/CB = Q/h’tg(45o- ϕ/2)
Kulemera Q kumapezeka ngati kusiyana kwa kulemera W kwa gawo limodzi la ellipse ya kukanikiza CEF ndi kulemera W1:Q = W – W1.
Kulemera W kumapezeka kuchokera ku dera A la kotala la elipse ndi kulemera kwa nthaka pa voliyumu γ, W = Aγ. Dera A limapezeka potengera chilinganizo cha dera la elipse: A = h·e·π/4
Poika mtengo wa p mu equation ya Ea timapeza:
Ea = ½ γ h’2 tg2 (45o-ϕ/2) + Q tg(45o-ϕ/2).
Kanikizidwe pa nsonga ya chipilala. Popeza chipilara chothandiza ndi chofanana pa olamulira oyima, kanikizidwe pa nsonga ya chipilala lingawerengedwe pa theka la mbiri ya ngalande. Kulemera kwa W1 prizimu ya nthaka BEFG pa kutalika kwa ngalande 1,00 m ndi:
W1 = (z+h)/2 · b/2 · 1,00 · γ
Mwa equation imeneyi zonse zidziwika kupatula z, zomwe timaziona potengera equation ya elipsi (chith. 5): b2x2 + a2y2 = b2a2. Pankhani yathu b=e; a=h; x=z;
Sl. 5. Kutsimikiza kwa kupanikizika kwa pa m’mwamba pa tunnel pogwiritsa ntchito njira ya theka la ellipse la katundu
Chith. 6. Kupanikizika kwa pansi pansi pa chothandizira
Kupsinjika kwa pansi. Popeza tikuvomereza kuti kupsinjika kwa pansi A kuli kofanana ndi kupsinjika kwa pachimake P, ndiye kuti kukula kwake kwakhazikitsidwa.
Ngati mawonekedwe a ngalande ali ndi pansi pa vault, kuthamanga pansi pa ngalande p ndi: p = P/(b·1,00m) [Mp/m2].
Komabe ngati ndondomekoyi ndi yolimba ndipo ili ndi mphamvu yokwanira yonyamula, kupanikizika kwa m’phiri P kumasamutsidwa ndi ma oporci a m’lifupi d kupita ku nthaka (sl. 6), ndipo kupanikizika pa pansi pansi pa ma oporci ndi: p = P/(2d·1,00m) [Mp/m2].
Zikunenedwa kuti pa nkhaniyi m’pofunika kuchita kufufuza kwa nthaka ndi kudziwa mphamvu yonyamula komanso kugwa kwa nthaka, chifukwa zinali kuchitika kuti mphamvu yonyamula ya nthaka inali yochepa kuposa kuthamanga kwa pansi, chifukwa chake kunali kusintha kwa chovala cha ngalande ndi kugwa kwa ngalande yonse.
Lingaliro lozikidwa pa malamulo a elasticity
Posachedwapa pakhala lingaliro latsopano loti nthaka iwonetsedwe ngati thupi lofanana la elastic isotropic lomwe malamulo a elasticity angagwiritsidwe ntchito. Malinga ndi lingaliro limeneli, ma axis a elastic a nthaka amawonetsedwa ndi modulus yake ya elasticity E ndi koefishienti ya Poisson µ yomwe imadalira makhalidwe a thupi a nthaka. Komabe, m’chenicheni nthaka si isotropic, koma ndi unyinji wa anisotropic, ndipo mtengo wa modulus E ndi koefishienti µ umasinthasintha ndi kuya. Ngakhale ndi kusiyana kumeneku, kugwiritsa ntchito chiphunzitso cha elasticity poyezera kupanikizika kwa nthaka kuli ndi chidwi chachikulu cha sayansi ndi mwayi wa kafukufuku wam’tsogolo.
Kuyesa kukhazikika kwa chophimba cha ngalande pansi pa mphamvu ya kupsinjika kwa nthaka
Pofuna kuyesa kukhazikika kwa chivundikiro cha ngalande, amasankha gawo la mtanda la chivundikirocho, ndipo n’zothandiza kugwiritsa ntchito zitsanzo za ngalande zomwe zinamangidwa kale m’mikhalidwe yofanana ndi yomwe ilipo pano, zomwe zinasunga bwino, kapena amasankha gawo la chivundikiro cha ngalande pogwiritsa ntchito njira ina ya empiri (chith. 7a). Gawo losankhidwa la chivundikiro cha ngalande limagawidwa m’malemba ngati n’kotheka a m’lifupi lofanana Δs. Pa lemba lililonse amatsimikiza kuthamanga koyima ndi kwa m’mbali, komanso kulemera kwa lemba lenileni.
Kukanikiza koyima PG pa lamela pa kutalika kwa ngalande 1,00 m (sl. 7a) kumapezeka potengera fomula:
PG = (y1+y2)/2 · Δ_x_·1,00·γ
Chith. 7. Kuzindikira kuthamanga kwa nthaka pa tunnel molingana ndi njira ya Kommerll
Kupanikizika kwa mbali kumapangidwa ndi kupanikizika kwa nthaka Eh, pa profile ya tunnel ya kutalika h’ ndi kupanikizika Ea chifukwa cha mphamvu ya katundu Q
Eh’ = ½ γ h’2 tg2 (45o-ϕ/2); Ea = Q tg(45o-ϕ/2).
Pofuna kudziwa zovuta zam’mbali Eh pa ma lamela ena a chophimba, chithunzi cha kuthamanga kwa m’mbali (7a) chimayikidwa potengera ma equation:
Mphamvu PG ndi Eh zimagwira ntchito m’mizere ya ma lamela ofananawo.
Kuphatikiza apo, amadziwanso kulemera kwa lamela la chovala PZ, lomwe limagwira pa pakati pake pa kulemera, ndipo amapeza mphamvu yonse R ya mphamvu zonse pa lamela lomwelo (chith. 7b). Mwanjira imeneyi amapeza mphamvu zonse R1, R2, R3 za lamela lililonse (chith. 8a), zomwe zimakonzedwa mu plan ya mphamvu (chith. 8b), ndipo mphamvu yonse Rn imapezeka. Kenaka kuchokera ku pole iliyonse O timakokera mivi ndi kujambula mzere woyamba wothandizira ac. Kuchokera pa mfundo yakuti svod ili mu kufanana ngati kupanikizika kochita mwakutonthoza kwa svod H, mphamvu yonse ya kupanikizika kwa nthaka pa ngalande R_n ndi kupanikizika pa pansi A zikadutsa pa mfundo imodzi, timapeza mfundo ya kudutsana S. Tikaphatikiza mfundo imeneyi ndi mfundo yapakati ya cholumikizira cha svod pa chithandizo chake, timapeza njira ya kupanikizika kwatsopano kwa pansi A1. Tikaphatikiza mphamvu Rn, A1 ndi H mu plan yatsopano ya mphamvu (chith. 8c), timapeza kukula kwa H ndi pole yatsopano O1 kuchokera komwe timakoka mivi yatsopano ndi mzere wina wothandizira ac’.
Chith. 8 Dongosolo la mphamvu ndi mzere wothandizira wa kuthamanga kwa nthaka pa tunnel
Malinga ndi mzere watsopano wothandizira womwe wapezedwa, mawonekedwe a mtanda a lining ya tunnel amakonzedwa, ndipo mzere wothandizira umamangidwanso pakafunika mpaka kachitatu. Cholinga n’chakuti asankhe mawonekedwe a lining ya tunnel amene olamulira ake amagwirizana ndi mzere wothandizira. Pamenepa pamakhala mavuto a kukanikiza okha mu lining. Mavuto a kukanikiza amene amaoneka pa mtanda uliwonse n – n wa lining ya tunnel (chith. 8), amapezeka kuchokera pa fomula
kumene N ndi gawo la normal la zotsatira Rn pa gawo la chivundikiro n – n , lomwe limapezeka kuchokera ku pulani ya mphamvu za gawo limenelo; d ndi makulidwe a chivundikiro cha tunnel pa gawo n – n; e ndi eccentricity ya mphamvu yogwira N mu gawo lomwelo.
Kupsinjika kwa kukanikiza σ kuyenera kukhala kochepa kuposa kupsinjika kovomerezeka kwa chophimba. Kwa ma tuneli a konkire yolimbitsidwa, amaganiziridwa kuti njira imeneyi si yolondola mokwanira, choncho njira ya Spangerberg yalimbikitsidwa.