Тема 4. Крепь вертикальных выработок. Особенности

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
_____________________________
Руководитель ООП по
по специальности 271101
профессор Протосеня А.Г.
___________________________
Зав. кафедрой
СГП и ПС
профессор Протосеня А.Г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ И КОНСТРУКЦИИ»
Специальность: 271101Строительство уникальных зданий и сооружений
Специализация: Строительство подземных сооружений
Квалификация (степень) выпускника Специалист
Составители: доц. Карасев М.А
Санкт-Петербург
2012
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью
изучения
дисциплины
«Подземные
сооружения
и
конструкции» является получение студентами комплекса представлений и
знаний о объемно-планировочных решениях подземных сооружениях и
конструкциях их крепей и обделок.
Задачами дисциплины является:
 изучение задач решаемых подземным строительством;
 изучение объемно-планировочных решений подземных сооружений
различного назначения;
 изучение конструкций основных типов подземных сооружений;
 оценка
научно-технических
проблем
и
перспектив
развития
подземного строительства;
 изучение нормативной базы проектирования, используемой в России
и за рубежом.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Учебная дисциплина «Подземные сооружения и конструкции»
(C3.Б.20) относится к специализированной части Профессионального
цикла С3.
Для изучения дисциплины требуется освоение дисциплин «Физика
горных пород» (С2.Б.8) базовой части математического и естественнонаучного
цикла,
«Материаловедение»
(С3.Б.7)
базовой
части
Профессионального цикла С3.
Дисциплина является предшествующей для освоения разделов
учебных дисциплин «Механика подземных сооружений» (С.3.Б.18.5),
«Строительство выработок большого поперечного сечения» (С3.Б.17.6),
специализированной части Профессионального цикла С3, а также
дисциплин
«Технология
строительства
подземных
сооружений
2
специальными
способами»
(С3.ДВ.3)
вариативной
части
Профессионального цикла С3.
3. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Процесс
изучения
дисциплины
направлен
на
формирование
следующих компетенций:
а) общекультурных:
способностью к обобщению и анализу информации, постановке целей и
выбору путей их достижения (ОК-1);
умением логически последовательно, аргументировано и ясно излагать
мысли, правильно строить устную и письменную речь (ОК-3);
готовностью к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-4);
умением
вести
переговоры,
устанавливать
контакты,
устранять
(урегулировать) конфликты интересов (ОК-5);
способностью к поиску правильных технических и организационноуправленческих решений и нести за них ответственность (ОК-6);
использованием нормативных правовых и инструктивных документов в
своей деятельности (ОК-7);
б) профессиональных, в том числе
б1) общепрофессиональных
- демонстрировать пользование компьютером как средством управления и
обработки информационных массивов (ПК-4);
- способностью выбирать и (или) разрабатывать технологические схемы
специальных способов строительства горных выработок с высоким
уровнем автоматизации управления (ПК-5);
б2) в области производственно-технологической деятельности
- владением основными принципами технологий возведения крепей
подземных выработок (ПК-9);
3
- готовностью осуществлять техническое руководство при проектировании
крепей подземных объектов (ПК-10);
-
использованием
нормативных
документов
по
безопасности
и
промышленной санитарии при проектировании и возведении крепей
горных выработок (ПК-12);
б3) в области организационно-управленческой деятельности
- обеспечивать правильность выполнения их исполнителями; составлять
перспективные планы, инструкции, сметы, заявки на материалы и
оборудование,
заполнять
необходимые
отчётные
документы
в
соответствии с установленными формами (ПК-17);
б4) в области научно-исследовательской деятельности
- готовностью участвовать в исследованиях объектов профессиональной
деятельности и их структурных элементов (ПК-20);
- способностью изучать научно-техническую информацию в области
строительства (ПК-21);
б5) в области проектной деятельности
- готовностью к разработке проектных инновационных решений по
креплению подземных объектов (ПК-25);
- способностью разрабатывать необходимую техническую и нормативную
документацию в составе творческих коллективов и самостоятельно,
контролировать
соответствие
проектов
требованиям
стандартов,
техническим условиям и других нормативных документов промышленной
безопасности;
разрабатывать,
согласовывать
и
утверждать
в
установленном порядке технические, методические и иные документы,
регламентирующие порядок, качество и безопасность выполнения горностроительных работ по возведению крепей (ПК-26);
-
готовностью
работать
с
программными
продуктами
общего
и
специального назначения для моделирования геомеханических процессов
в массиве и крепи (ПК-28).
4
в)
по
специализации
№
2
«Строительство
подземных
сооружений»
- способностью разрабатывать технологические схемы возведения крепи,
выбирать способы, технику и технологию горно-строительных работ,
ориентируясь
на
инновационные
разработки;
обеспечивать
технологическую и экологическую безопасность жизнедеятельности;
составлять необходимую техническую и финансовую документацию
(ПСК-5-3);
- готовностью проводить технико-экономический анализ, комплексно
обосновывать
возможности
принимаемые
и
реализуемые
совершенствования
решения,
изыскивать
горно-строительных
работ,
содействовать обеспечению подразделений предприятия необходимыми
техническими данными, документами, материалами, оборудованием;
участвовать в работах по исследованию, разработке проектов и программ
строительной организации (ПСК-5-4).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
- конструктивные решения подземных сооружений различного назначения;
- конструкции обделок подземных сооружений;
- методы проектирования подземных сооружений различного назначения;
- методики расчета нагрузок на обделку подземных сооружений, расчета
напряженного состояния несущих элементов подземных сооружений,
оценку прочности несущих элементов подземных сооружений;
- нормы проектирования подземных сооружений различного назначения.
Уметь:
- конструировать подземные сооружения и конструкции в соответствии с
российскими и зарубежными нормами, с учетом градостроительных,
экологических и иных требований;
- применять физико-математические методы при моделировании задач в
горно-строительном
производстве
с
использованием
стандартных
5
программных средств.
Владеть:
- навыками проектирования подземных сооружений и несущих элементов
подземных сооружений;
- математическими методами расчета несущих конструкций подземных
сооружений.
4. ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Общая трудоёмкость учебной дисциплины составляет 3 зачётные единицы.
Вид учебной работы
Всего часов
Всего
Аудиторные занятия: в том числе
Лекции
Практические занятия (ПЗ), в том числе в
интерактивной форме:
семинары (С)
Самостоятельная работа: в том числе
Расчетно-графические работы
Реферат
Курсовой проект
Другие виды самостоятельной работы
Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен)
Общая трудоёмкость
час
зач.
ед.
Семестры
8
9
108
77
31
69
51
68
51
-
17
17
1
39
9
30
9
9
-
30
30
108
зачет
77
31
3
2
1
5. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1
1
Наименование
раздела
дисциплины
2
Общие
сведения о
подземных
сооружений
Содержание раздела
3
Тема 1. Объемно-планировочные решения городских
подземных сооружений. Классификация городских подземных
сооружений. Требования, предъявляемые к проектируемым
городским подземным сооружениям. Конструктивные и
объемно-планировочные решения городских подземных
сооружений.
6
№
п/п
2
3
4
Наименование
раздела
дисциплины
Содержание раздела
Тема 2. Объемно-планировочные решения подземных
транспортных сооружений. Классификация транспортных
подземных сооружений. Требования, предъявляемые к
проектируемым транспортным подземным сооружениям.
Конструктивные
и
объемно-планировочные
решения
транспортных подземных сооружений.
Тема 3. Объемно-планировочные решения подземных
хранилищ углеводорода.
Классификация подземных
хранилищ по виду хранимого продукта. Требования,
предъявляемые к проектируемым подземным хранилищам.
Конструктивные
и
объемно-планировочные
решения
подземных хранилищ.
Конструкции
Тема 4. Крепь вертикальных выработок. Особенности условий
обделок
работы крепи вертикальных стволов шахт на участках устья,
подземных
основной части и сопряжения с выработками околоствольного
сооружений
двора. Монолитная бетонная и набрызгбетонная крепь.
Железобетонная монолитная крепь. Крепи из железобетонных
и
чугунных
тюбингов.
Комбинированная
крепь.
Многослойные крепи для сложных гидрогеологических и
горнотехнических
условий.
Область
рационального
применения основных видов крепи вертикальных стволов.
Тема 5. Обделка тоннелей и других капитальных подземных
сооружений. Монолитная бетонная и железобетонная крепь
тоннелей транспортного, гидротехнического и коммунального
назначения.
Сборные
бетонные,
железобетонные
и
металлические крепи тоннелей, станций метрополитенов,
камер, сопряжений и подземных сооружений.
Расчет
Тема 6. Расчет монолитной бетонной крепи стволов и
конструктивных горизонтальных тоннелей кольцевой формы. Распределение
элементов
напряжений в крепи, ее проверка на прочность. Паспорт
подземных
несущей способности крепи. Определение нагрузок и расчет
сооружений по крепи стволов и сопряжений стволов с околоствольными
заданным
выработками по СНиП.
нагрузкам
Тема 7. Расчет многослойной крепи кольцевой формы,
состоящей из однородных слоев. Паспорт несущей
способности многослойной крепи. Расчет монолитных
конструкций замкнутой и незамкнутой формы методом
Метрогипротранса. Расчет сборных сплошных крепей
незамкнутого и замкнутого очертаний. Выбор расчетной
схемы, определение усилий, расчет сечений и стыков в
элементах тюбинговых и блочных крепей. Расчет нагрузок на
обделки тоннелей по СНиП.
Расчет
Тема 8. Модели взаимодействия обделки и пород. Расчет
конструктивных однослойной и многослойной крепи по схеме контактного
элементов
взаимодействия с окружающими породами для различных
подземных
геомеханических моделей массива. Оценка прочности крепи,
сооружений по выбор параметров. Учет влияния технологии строительства
схеме
подземного сооружения на формирование нагрузок на его
7
№
п/п
5
Наименование
раздела
дисциплины
взаимодействия
Содержание раздела
обделку.
Тема 9. Проектирование подземных сооружений с
использованием
системы
автоматизированного
проектирования
(САПР).
Понятие
о
системах
автоматизированного проектирования крепи выработок.
Расчет крепи стволов и выборе оптимальных параметров с
использованием
системы
автоматизированного
проектирования.
Основы
Тема 10. Численные методы анализа. Классификация
численных
численных методов анализа: методы решения задач механики
методов расчета сплошной среды, методы решения задач механики дискретной
конструктивных среды. Степени идеализации конструктивных элементов
элементов
подземных сооружений.
подземных
Тема 11. Программные комплексы для расчета напряженного
сооружений
состояния
конструкций
подземных
сооружений.
Классификация и область применения существующих
коммерческих программных комплексов для решения задач
механики сплошной и дискретных сред. Представление
конструктивных элементов подземных сооружений в
программных комплексах.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с
обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ Наименование
п/п обеспечиваемой
(последующей) дисциплины
1.
2.
3.
Механика подземных
сооружений
Проектирование
строительства подземных
сооружений
Прикладная информатика
Номера разделов данной дисциплины,
необходимых для изучения обеспечиваемой
(последующей) дисциплины
1
2
3
4
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№
п/п
1.
2.
3.
Наименование раздела
дисциплины
Общие сведения о подземных
сооружений
Конструкции обделок
подземных сооружений
Расчет конструктивных
Лекц.
Практ.
Семин.
зан.
СРС*
Всего
час.
10
-
-
-
10
18
-
-
-
18
6
10
-
3
19
8
элементов подземных
сооружений по заданным
нагрузкам
Расчет конструктивных
элементов подземных
сооружений по схеме
взаимодействия
Основы численных методов
расчета конструктивных
элементов подземных
сооружений
4.
5.
11
5
-
3
19
6
3
-
3
12
Примечание: СРС – самостоятельная работа студентов
6. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Не предусмотрены учебным планом.
7. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ (СЕМИНАРЫ)
№
п/п
№ раздела
дисциплины
1
3
2
3
3
4
4
5
Тематика практических занятий (семинаров)
Трудоемкость
(час.)
Расчет крепи вертикальных стволов по методике
СНиП
Расчет монолитных конструкций замкнутой и
незамкнутой формы методом Метрогипротранса
Расчет обделки транспортных тоннелей по схеме
взаимодействия
Расчет обделки подземного сооружения
некругового поперечного сечения с применением
программных комплексов
5
5
5
3
8. ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ (РАБОТ)
Построение паспорта крепления транспортного тоннеля
9. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ:
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Протосеня А.Г., Тимофеев О.В. Геомеханика, СПб., 2008 г.
9
2. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. Учебник для ВУЗов. 2е изд. М.:Недра, 1994г., - 382с.
Дополнительная
1. Ставрогин А.Н. Механика деформирования и разрушения горных
пород. М.: Недра, 1992 г.
2. Ставрогин А.Н. Пластичность горных пород. М.: Недра, 1970 г.
3. Brown E.T., Brady B.H.G. Rock mechanics for underground mining. 3-rd
edition. 2005.
4. Hudson J.A., Harrison J.P. Engineering rock mechanics: introduction to the
principles. 2000.
в) программное обеспечение:
1. Расчетный универсальный комплекс для проведения комплексного
прочностного анализа ABAQUS.
2. Расчетный комплекс для проведения геомеханического анализа Plaxis.
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы:
1. www.dwg.ru
2. www.books.google.com
3. Norma CS – информационно-поисковая система по нормативным
документам
4. СтройКонсультант – информационно-справочная система
10. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ:
Аудитория с установленными компьютерами и предустановленными
программными расчетными комплексами.
11. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ
ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ:
10
Чтение
лекций
сопровождается
демонстрацией
с
помощью
мультимедийных средств рисунков, фотографий, схем, чертежей, часть из
которых
выполнена
в
динамической
постановке,
а
также
соответствующими фрагментами видео.
Для повышения уровня
усвоения лекционного
материала и
приобретения практических навыков предусматривается активная форма
проведения практических занятий в виде индивидуальных расчетнографических заданий по основным аспектам учебной дисциплины с их
последующей защитой.
В часы самостоятельной работы студенты имеют возможность
работать с конспектом лекций и учебными пособиями, выполнять
индивидуальные расчетно-графические задания в компьютерном классе.
Разработал:
кафедра СГПиПС, доцент
М.А. Карасев
Эксперт:
кафедра СГП и ПС, доцент
В.Н. Очнев
11