ВСН 193-81
----------------------
Минтрансстрой

ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

Инструкция по учету сейсмических воздействий
при проектировании горных транспортных тоннелей

ВНЕСЕНА Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИС)

СОГЛАСОВАНА Госстроем СССР 28 июня 1979 г. N 1-1635

УТВЕРЖДЕНА Главным техническим управлением Министерства транспортного строительства СССР 1 октября 1981 г. Приказ N 54

Срок введения в действие 15 января 1982 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Увеличение объемов транспортного строительства и в том числе сооружение горных тоннелей для освоения новых промышленных районов в зонах высокой сейсмичности требует проектирования надежных конструкций, работающих без потери несущей способности в условиях возможных землетрясений.

В соответствии с приказами Минтрансстроя и программой работ Госкомнауки на 1976-1980 гг. по решению научно-технической проблемы 0.54.10, связанной с разработкой новых прогрессивных конструкций, обеспечивающих высокое качество строительства БАМ в сложных инженерно-геологических условиях, ЦНИИСом совместно с рядом организаций впервые разработана настоящая Инструкция по учету сейсмических воздействий при проектировании горных транспортных тоннелей.

В Инструкции регламентируются вопросы обоснования балльности строительных площадок тоннелей, учета ответственности тоннельных сооружений, рассматриваются особенности инженерных изысканий для сейсмостойкого строительства тоннелей, даются рекомендации по конструктивным решениям и методикам расчета тоннелей на сейсмические воздействия и другие вопросы.

Инструкцию составили канд. техн. наук И.Я.Дорман (ЦНИИС) - руководитель работы, разделы 1, 2, 3, 9, 10, приложения 1, 4, 5; доктор техн. наук Н.Н.Фотиева (ТулПИ) - раздел 4, приложения 3, 5, 6, 7; доктор техн. наук, проф. Н.С.Булычев (ТулПИ) - раздел 5, приложение 8; инженеры А.В.Чернышев (Главтранспроект) и В.И.Медейко (Ленметрогипротранс) - опытное проектирование, внедрение положений Инструкции в практику проектирования тоннелей БАМ; член-корр. АН УзССР Т.Р.Рашидов, кандидаты техн. наук А.А.Ишанходжаев, Я.Н.Мубараков, Т.К.Абдуллаев, Г.И.Оганесов, инженер Ш.Юлдашев (ИМиСС АН УзССР) - раздел 7, пп.10.1; 2.7, приложение 9; член-корр. АН ГССР Ш.Г.Напетваридзе, инж. Г.В.Хомерики (ИСМиС АН ГССР) - приложение 2; кандидаты техн. наук В.Е.Меркин, Д.И.Колин (ЦНИИС) - раздел 6; инж. В.Г.Соболев (Ленметрогипротранс) - раздел 8; канд. техн. наук А.К.Казимов, инж. В.В.Свитин (ЛИИЖТ), проф.Г.Н.Карцивадзе, канд. техн. наук Ж.Б.Метревели (ГПИ им. В.И.Ленина) - проведение модельных исследований для обоснования ряда положений разделов 8, 9.

Научное редактирование Инструкции осуществлено Н.С.Булычевым, И.Я.Дорманом и Н.Н.Фотиевой.

Зам. директора института Г.Д.Хасхачих

Зав. отделением тоннелей и метрополитенов Л.С.Афендиков

     

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящая Инструкция разработана в развитие глав СНиП по строительству в сейсмических районах и проектированию железнодорожных и автодорожных тоннелей.

1.2. Инструкция предназначена для проектирования тоннельных конструкций и устанавливает специальные требования к проектированию, обеспечивающие сейсмостойкость элементов обделок, порталов, подпорных стенок и других конструкций при землетрясениях расчетной балльности.

1.3. Проекты тоннельных сооружений следует разрабатывать исходя из расчетной сейсмичности тоннельных конструкций, устанавливаемой по табл.1.

Таблица 1

Примечания.

1. Понятие "площадка строительства" означает: для припортальных участков - местоположение порталов, для тоннеля - породный массив по трассе тоннельного перехода.

2. Расчетную сейсмичность конструкций тоннелей допускается уточнять по согласованию с утверждающей проект инстанцией на основании специальных исследований и сравнения стоимости вариантов с учетом возможных последствий землетрясений.

1.4. Сейсмичность района или пункта строительства следует определять по указаниям главы СНиП по строительству в сейсмических районах.

1.5. Уточнение сейсмичности площадки строительства в зависимости от местных инженерно-геологических условий проводится на основании карт сейсмического микрорайонирования или микрорайонирования, проводимого с помощью инструментальных наблюдений. Результаты сейсмического микрорайонирования должны являться составной частью задания на проектирование.

1.6. Для микрорайонирования заглубленных участков тоннельного перехода в инженерно-геологической характеристике грунтов по трассе тоннеля, определяемой в процессе изысканий, дополнительно к требованиям действующих инструкций по инженерно-геологическим изысканиям должны быть отражены следующие данные:

а) мощность напластований грунтов, окружающих тоннель, и коренных грунтов, а также их сейсмическая жесткость (произведение скорости распространения сейсмических волн на плотность);

б) статистические характеристики колебаний массива (скорость распространения сейсмических волн, преобладающий период, ожидаемая амплитуда);

в) наличие и характеристика тектонических нарушений в районе строительства;

г) активность и направленность тектонических движений;

д) крутизна и устойчивость склонов, косогоров и возможность возникновения в них оползневых явлений.

1.7. Порядок проведения сейсмического микрорайонирования определяется в соответствии со специальной инструкцией по сейсмомикрорайонированию.

1.8. При проектировании тоннелей протяженностью 500 и более метров, расположенных в районах, сейсмичность которых превышает 9 баллов, следует разрабатывать дополнительные антисейсмические мероприятия, для чего целесообразно привлекать специализированные проектные и научно-исследовательские организации.

1.9. В проектах тоннелей для районов сейсмичностью 8 баллов и более следует предусматривать установку сейсмометрической аппаратуры, а также устройство помещений инженерно-сейсмометрических станций и смотровых приспособлений для регистрации колебаний элементов обделки и окружающего массива.

2. РАЗМЕЩЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ
И КОНСТРУКТИВНЫЕ АНТИСЕЙСМИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ

2.1. При выборе трассы тоннельного перехода следует отдавать предпочтение вариантам, предусматривающим заложение тоннелей в однородных по сейсмической жесткости грунтах, избегать участков повышенной трещиноватости, с резким изменением топографии над тоннелем, зон тектонических разломов, часто приуроченных к перевальным седловинам, а также склонов, особенно сложенных слабыми и несцементированными грунтами.

2.2. При прочих равных условиях следует отдавать предпочтение вариантам с более глубоким заложением тоннелей.

2.3. При проектировании тоннельных конструкций следует предусматривать конструктивные антисейсмические мероприятия в соответствии с общими принципами обеспечения сейсмостойкости, изложенными в строительных нормах и правилах по проектированию сооружений для сейсмических районов.

2.4. Пересечение тоннелем действующих тектонических дислокаций следует осуществлять вкрест их простиранию с применением соответствующих конструктивных решений.

2.5. В сейсмически активных районах при расчетной сейсмичности 7 и более баллов обязательно применение обделки. При расчетной сейсмичности тоннелей 8 и более баллов обязательно применение замкнутой обделки. Конструкция обделки должна выбираться в соответствии с инженерно-геологическими условиями местности и обосновывается расчетом.

2.6. При расчетной сейсмичности тоннеля 7 баллов в качестве постоянной обделки в прочных грунтах допускается применение набрызгбетона в сочетании с анкерами. Конструкция анкеров должна обеспечивать их сцепление с грунтом по всей длине и иметь равную долговечность с бетоном обделки.

2.7. Для компенсации продольных деформаций обделки по длине тоннеля следует устраивать антисейсмические швы, расстояние между которыми , м, определяется по формуле

,                                                           (1)

где - скорость продольных сейсмических волн в грунте, м/с (приложение 1);

- преобладающий период сейсмических колебаний массива, определяемый в процессе изыскания, с;

- возможная максимальная амплитуда колебаний массива, см, определяемая в процессе изысканий или для предварительных расчетов по графику рис.1;

- допускаемое конструкцией шва продольное смещение смежных участков тоннеля относительно друг друга, см.

Примечания:

1. При отсутствии количественных характеристик расстояние между антисейсмическими швами в слабых грунтах следует принимать равным 20 м, в скальных - 30 м.

2. Максимальные расстояния между антисейсмическими швами не должны превышать 40 м для бетонных и железобетонных монолитных обделок, при этом следует совмещать антисейсмический шов с деформационным.

Рис.1. Соотношение амплитуд смещений и периодов при колебаниях грунта,
вызванных землетрясениями интенсивностью 6-9 баллов

2.8. Конструкция антисейсмического шва должна допускать взаимные продольные смещения смежных участков обделки при деформациях без силового воздействия элементов обделки друг на друга. В случае необходимости следует предусматривать мероприятия по гидроизоляции или осушению обделки тоннеля.

2.9. В местах пересечения тоннелем тектонических трещин следует устраивать дополнительные антисейсмические швы.

2.10. В местах примыкания к тоннелю камер и других подземных выработок (дренажные и вентиляционные штольни и пр.) между этими сооружениями и тоннелем должны предусматриваться антисейсмические швы, которые могут быть совмещены с деформационно-осадочными швами.

2.11. Участки тоннеля в зоне тектонических трещин, прилегающие к антисейсмическим (деформационным) швам, следует усиливать конструктивным армированием. Общую длину участков усиления обделки ориентировочно определяют на основе анализа данных инженерно-геологических, гидрогеологических и сейсмотектонических изысканий и уточняют дополнительно в период строительства.

2.12. В железобетонных конструкциях в качестве рабочей (расчетной) арматуры следует применять стержневую арматуру из стали класса Ас-II марки 10ГТ диаметром 10-32 мм по ГОСТ 5781-75. Допускается применение арматурной стали класса A-III марки 25Г2С диаметром 6-40 мм по ГОСТ 5781-75. В качестве нерасчетной арматуры разрешается применять сталь A-I и A-II по ГОСТ 5781-75 и ГОСТ 380-71* марок ВСт3сп2, ВСт3пс2, ВСт3Гпс2, ВСт5сп2 и ВСт5пс2.

______________

На территории Российской Федерации действует ГОСТ 5781-82. - Примечание изготовителя базы данных.

Марки сталей для закладных элементов железобетонных конструкций следует принимать по нормам проектирования железобетонных конструкций.

2.13. Поперечное сечение обделок на прилегающих с обеих сторон к тектоническим трещинам участках следует увеличивать в среднем на 10%. Длина таких участков должна быть в пределах 5 наибольших поперечных размеров выработки.

В техническом проекте предварительное количество участков назначают по данным инженерно-геологических изысканий и уточняют по их фактическому местоположению в процессе проходки опережающих разведочных штолен, скважин и т.п.

2.14. При устройстве обделок незамкнутого поперечного сечения следует обеспечить конструктивную заделку нижней части стен.

2.15. В районах сейсмичностью 8 и 9 баллов на припортальных участках тоннелей, где налегающая толща грунта менее трех наибольших размеров поперечного сечения выработки, следует применять железобетонные обделки. В особо сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях при соответствующем обосновании допускается применение обделок из чугуна.

2.16. Элементы сборных обделок необходимо соединять между собой связями растяжения в плоскости поперечного сечения тоннеля (армирование стыков, сварка закладных частей в радиальных стыках железобетонной блочной обделки, установка болтовых соединений и т.п.).

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО РАСЧЕТУ. НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ

3.1. Расчет тоннельных обделок на сейсмические воздействия следует проводить по первой группе предельных состояний.

3.2. Расчеты проводятся на основные сочетания нагрузок, особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых (кроме сейсмических) нагрузок; особое сочетание, состоящее из постоянных, длительных нагрузок и сейсмического воздействия.

3.3. Рассчитывать конструкции тоннелей на сейсмические воздействия следует с учетом свойств окружающих обделку грунтов и конструкции обделки методами теории упругости или строительной механики.

3.4. Порядок расчетов с учетом сейсмических воздействий следующий:

уточняют сейсмичность площадки строительства тоннеля;

выбирают расчетную сейсмичность конструкций тоннеля согласно табл.1;

тоннель разбивают на отдельные участки в зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических условий и типов применяемой обделки для каждого из участков;