Материал: Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений

перемещения болтов в вырезах накладок, и в это время напряжения в рельсах остаются неизменными. Они вновь начинают возрастать после того, как зазоры в стыках или увеличатся до величины, которую позволяют накладки (при растяжении), или же полностью закроются (при сжатии). В этом состоянии рельсовый путь сохраняет способность противостоять осевым усилиям, вызван­ ным колебаниями температуры, нагрузками от колес подвижного состава и силами трения о грунт до тех пор, пока в области деформаций растяжения не произойдет срез стыковых болтов, для чего требуется усилие, равное 1000 кН, или пока в области деформаций сжатия не произойдет выпучивание рельсов вбок, для чего требуется усилие 1500 кН. Если принять для упрощения, что при достаточно большом горизонтальном сдвижении земной поверхности пол­ ностью исчерпывается сопротивление рельсов силам трения, возникающим между шпалами и балластным слоем, равное 8 кН/м, то получится, что разру­ шение рельсового пути в области деформаций растяжения произойдет при длине участка возрастания усилий, равной 250 м, а области деформаций сжатия — при длине участка возрастания усилий, равной 380 м. При треугольной эпюре распределения сил трения, воспринимаемых рельсами, размер области дефор­ маций растяжения должен составить 500 м, а в области деформаций сжатия — 760 м, что при угле сдвижения 54° соответствует глубине разработки более 700 м.

Учитывая синусоидальную форму кривой горизонтальных деформаций земной поверхности в зоне влияния подземных горных работ, в соответствии с изложенными в подразделе 4.2 правилами э п ю р а д е ф о р м а ц и й р е л ь с о в должна иметь наклон на 1 м длины

этот наклон равен 0,3 мм на 100 м длины. Для пути, состоящего из 30-метровых рельсов с 8-миллиметровыми зазорами в стыках, полученные по этой формуле значения должны быть уменьшены ориентировочно на 8 : 30 = 0,26 мм/м на обеих ветвях треугольной эпюры деформаций рельсов. Приведенный пример ясно показывает, что бесстыковой (сварной) рельс, уложенный над очистной выработкой, пройденной на глубине 700 м до площади, равной половине пло­ щади полной подработки, при максимальной деформации растяжения земной поверхности, равной 1 мм/м, и максимальной деформации сжатия, равной 2 мм/м, претерпевает растяжение только до 0,55 мм/м и сжатие — до 0,82 мм/м. Для рельсового пути, уложенного со стыками, соответствующие максимальные деформации рельсов составят 0,45 мм/м при растяжении и 0,55 мм/м при сжатии, При увеличении деформаций растяжения земной поверхности до 5 мм/м и сжа­ тия — до 10 мм/м эти максимальные деформации рельсов возрастут незначи­ тельно — для сварных рельсов до 0,7 мм/м при растяжении и до 1 м при сжа­ тии, а для рельсов со стыками — до 0,55 мм/м при растяжении и до 0,75 мм/м

Для сварных рельсов (принимая за исходную «нейтральную» температуру 4-20° С) соответствующие величины составят 1550—750 = 800 кН для силы трения и 0,61 мм/м для деформации сжатия рельсов.

Отсюда следует, что при условиях примера (см. рис. 214) выпучивание рельсов в жаркую погоду сможет произойти только в случае, если пУТь уложен из сплошных (бесстыковых) рельсов. Срез болтов в стыках п0Д действием сдвижения земной поверхности произойдет зимой при силе трениК ЮОО—50 = = 950 кН или при деформации растяжения рельсов, равной 0,72 мм/м, что может иметь место только при деформациях растяжения земной поверхности,

Т А Б Л II Ц А 23

УСИЛИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ РЕЛЬСАХ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СДВИЖЕНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И КОЛЕБАНИЙ

ТЕМПЕРАТУРЫ, А ТАКЖЕ ЗНАЧЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК

Дополнительные условия: нагрузки от колес подвижного состава при движении и торможении, местные концентрации напряжений, напряжения, вызванные передвижкой рельсов.

Прочностные показатели снижаются в .местах дефектов материала, от неравномерной подбойки шпал, при малой прочности стыковых накладок на продольный изгиб, при некачественном крепле­ нии рельсов к шпалам и при разуплотнении балласта под действием сдвижений.

превышающих 5 мм/м. С другой стороны, сварные рельсы с пределом текучести 2500 кН при условии 100%-ной надежности сварных швов начнут разрываться (хладноломкость) при деформации растяжения рельсов, равной 1,4 мм/м.

Мероприятиями, предотвращающими опасное выпучивание рельсов, явля­ ются уширение балластного слоя, жесткое натяжение и крепление рельсов и шпал, препятствующее повороту, забивка боковых упорных штырей, повыше­ ние нейтральной температуры, применение рельсов тяжелого профиля, раз­ грузка рельсов от напряжений разрыхлением балласта в зоне растяжения земной поверхности (снижение защемления и соответственно сил трения), а также разрезкой рельсов в сочетании с контролем напряжений в рельсах при помощи дистанционного измерения тензометрами.

Вычисленные предельные нагрузки и деформации, наглядно сопоставлен­ ные в табл. 23, распространяются на рельсовые пути, укладка которых произ­ водилась в нормальных условиях. Вследствие меняющегося направления

горизонтальных сдвижений земной поверхности укладка шпал в районах горных разработок может производиться на разрыхленный балластный слой без за­ сыпки балластом, так что сопротивление рельсов продольным и поперечным смещениям будет меньше нормального. Опасность выпучивания рельсов повы­ шается, если в них под действием сдвижения земной поверхности возникнут искривления в горизонтальной или вертикальной плоскости. Возрастание осе­ вых усилий в рельсах не всегда происходит в линейной зависимости от длины — могут возникать местные концентрации этих усилий в местах дефектов мате­ риала или износа, а также при неравномерной подбивке шпал и неравномер­ ном их укреплении. Возрастающая с увеличением трения горизонтальная де­ формация рельсов может увеличиться на 1 мм/м и более, если очистные работы ведутся на нескольких соседних участках одновременно, и зоны деформаций сжатия или растяжения, которые на рис. 214 были приняты равными около 500 м, распространяются на расстояние более 1 км. Не поддаются учету при расчетах также усилия, воспринимаемые рельсами от колес подвижного состава при движении поездов и при их торможении, изменения собственных напряже­ ний в рельсах, обусловленные их передвижкой, а также предписываемый нор­ мами для рельсовых путей магистральных линий коэффициент надежности (запас прочности), представляющий собой отношение предела прочности к допу­ стимому напряжению (v = 2,67).

Р е л ь с ы т р а м в а й н ы х л и н и й укладываются, как правило,

вдорожном покрытии улиц, на бетонном основании, и свариваются по всей длине или укладываются с применением компенсирующих стыков, в которых предусматривается возможность взаимного смещения клинообразно срезанных концов рельсов на расстоянии до 70 см. Заглубление рельсов в толщу дорож­ ного покрытия имеет то преимущество, что часть тепла из рельсов отводится

вматериал покрытия — при этом максимальная разность температур соста­ вляет уже не 90°, как для рельсовых путей, уложенных на балласте, а только 50° (температурные напряжения до 13 кН/см2), и, кроме того, предотвращается выпучивание рельсов в боковую сторону под действием сжимающих нагрузок. Наибольшие повреждения имеют место вследствие смещений рельсового пути относительно мостовой (выше фиксирующих ширину колеи стяжек, смещаю­ щихся вместе с рельсами), а также на стрелочных переводах. Вода, просачи­ вающаяся в трещины и щели, образовавшиеся в мостовой, может подмывать рельсовый путь и нарушать связь между рельсами и бетонным основанием. Что касается вызываемых подработкой изменений уклона путей, то благодаря небольшому весу трамвайных вагонов и малой длины поездов эти изменения лишь незначительно сказываются на эксплуатации внутригородского электри­ ческого транспорта.

Туннель для трамвайной линии в г. Эссене (ФРГ), который впоследствии будет использован для строящегося в этом городе метрополитена, имеет нор­ мальную площадь сечения в свету 100 м2 и разбит деформационными швами на отсеки длиной по 15 м. Для компенсации возможных вертикальных смеще­ ний несущие конструктивные элементы отсеков соединены шарнирно.

Повреждения покрытий автодорог и городских улиц выражаются прежде всего в том, что при деформациях сжатия земной поверхности начинают обра­

зовываться трещины в бордюрных камнях, а через швы между камнями выда­ вливается битум покрытия, и только после этого происходит выпуклое искри­ вление мостовой или образование на ней многочисленных волнообразных неровностей. Через возникшие в покрытии трещины может происходить под­ мыв мостовой дождевой водой вплоть до щебеночной постели. При деформа­ циях сжатия земной поверхности наименьшим повреждениям подвергаются мостовые из тесаного камня небольших размеров или мостовые с гравийно­ битумным и асфальтовым покрытием на щебеночном основании. Образующиеся в таких покрытиях трещины при деформациях растяжения земной поверхности легче ремонтировать, чем трещины в бетонных покрытиях. Образующиеся на дорожном покрытии уступы, а также волнообразные неровности весьма опасны для автомобильного транспорта.

12.4.2.

Подземные кабели и трубопроводы

Проходящие под дорожным покрытием городских улиц кабели, трубопро­ воды и канализационные трубы чувствительны к горизонтальным деформациям, а самотечные трубопроводы (за исключением ливневой канализации), кроме того, и к изменениям уклона. Для защиты коммуникационных линий от по­ вреждений их укладывают в рыхлом грунте, а в местах установки кабельных соединительных муфт по обе стороны от них кабель изгибается волнообразно, образуя так называемые компенсационные петли, и снабжается повышающей его жесткость оплеткой (рис. 215). При этом муфта чувствительна к растяже­ ниям грунта, а искривленные участки кабеля— к сжатиям. Внешние силы трения, действующие на высоковольтные кабели с тройной оболочкой, через джутовую оплетку или ПВХ-покрытие передаются на внутреннюю оболочку (рубашку), изоляционный слой и проводники. Часто случается, что проводники кабеля имеют большую механическую прочность, чем материал его оболочек,

ина криволинейных участках трассы в области деформаций растяжения про­ водники могут прорезать изоляционный слой, а в уплотненном грунте провод­ ник при деформациях сжатия может прорвать изоляцию, вследствие чего может произойти заземление проводника или короткое замыкание [313]. Особенно часто прорыв изоляции жилами и даже отдельными проводниками происходит в кабелях с хлопчатобумажной изоляцией в свинцовой оболочке. В этом отно­ шении значительные преимущества имеют кабели с гладкой внешней оболочкой из материала «протодур» с промежуточной оболочкой из резины или стеклянной ваты, обеспечивающей большой коэффициент трения и тем самым предотвра­ щающей нежелательные относительные смещения между изоляционным слоем

ивнутренней оболочкой. Кроме того, хорошие результаты дает обматывание концов кабеля у его ввода в соединительную муфту жесткой тканью, примене­ ние поддающихся обжиму витых проводников, а также жестких соединитель­ ных муфт с заливкой в них кабеля эпоксидной смолой, препятствующей как выдергиванию кабеля из муфты при растяжении, так и его заталкиванию внутрь муфты при сжатии, при котором может произойти нежелательный изгиб проводников. Чугунные кабельные муфты можно применять в районах