Материал: Пояснительная-а.д

где G -вес сводчатой части обделки;

Определим расчётные нагрузки посредством умножения нормативных на коэффициенты перегрузки:

Коэффициент упругого отпора в сводчатой части выработки:

;

Коэффициент упругого отпора под пятой:

;

к_о =300 – коэффициент удельного отпора.

Статический расчет обделки.

Статический расчет обделки выполняется на ЭВМ по методу Метрогипротранса

( программа ПК-6). Этот метод предназначен для расчета конструкции произвольного очертания, расчетную схему которой можно представить в виде плоской стержневой системы.

В основу расчетной схемы положены следующие допущения:

А). Плавное очертание оси обделки заменяются вписанным стержневым многоугольником переменной жесткости.

Б). Распределенные внешние нагрузки заменяются сосредоточенными в узлах многоугольника усилиями.

В). Сплошная грунтовая среда заменяется отдельными упругими опорами, расположенными в вершинах многоугольника, перпендикулярно наружной поверхности обделки.

Г). Силы трения, возникающие в пятах разомкнутой обделки, в расчетной схеме заменяются запретом перемещения узлов пяты по горизонтали.

Рис. 3. Схема к статическому расчету обделки на ЭВМ.

1.9. Проверка прочности обделки.

После определения внутренних усилий (изгибающих моментов и нормальных сил) проверяют прочность бетонных сечений. Для этого вычисляют величину предельной нормальной силы N_П, которую может воспринять данное сечение, и сравнивают её с величиной нормативной силы N, полученной при статическом расчете для этого же сечения. При этом должно соблюдаться условие N_П > N.

Проверку прочности тоннельной обделки проводим для наиболее загруженных сечений 1 и 13 .

Для сечения 1. Проверяем эксцентриситет:

е₀=0,2528 м = 25,28 см ≤ 0,9*у=0,9*0,5*0,4=0,225 м =18 см;

где y – расстояние от центра тяжести сечения до наиболее сжатого слоя бетона обделки.

Условие не выполняется, в этом случае работа сечения обделки приближается к работе изгибаемых элементов.

В этом случае проверка прочности сечения производится по формуле:

;

где m - коэффициент условия работы (m=0,9);

k - коэффициент, учитывающий вид бетона ( k=1 );

R_р - расчетное сопротивление бетона растяжению ( R_р=10кгс/см² ).

b - ширина сечения ( b=100 см );

h - высота сечения ( см ).

Производим проверку: M=3,932 тс*м ≤ М_п=4,11 тс*м. Проверка выполняется, прочность обделки обеспечена.

Для сечения 8. Проверяем эксцентриситет:

е₀=0,2758 м = 27,58 см ≤ 0,9*у =0,9* 0,5*0,54=0,43 м = 24,3 см;

Условие не выполняется, в этом случае, как и для сечения 1, работа сечения обделки приближается к работе изгибаемых элементов.

И в этом случае проверка прочности сечения производится по формуле:

;

Производим проверку: M=6,7 тс*м ≤ М_п=7,49 тс*м. Проверка выполняется, прочность обделки обеспечена.

Часть II. Производство работ по сооружению тоннеля.

2.1. Выбор способа производства работ.

Участок тоннеля №3: грунт – гранит, f = 6.

Для проходки выработок в скальных грунтах с коэффициентом крепости от 2 до 6 при сооружении автодорожного тоннеля применяется уступный способ( см.рис. 4).

Рис.4. Схема сооружения тоннеля уступным способом.

Участок тоннеля №1: грунт – сланец, f=0,8.

При проходке данного участка тоннеля будем разрабатывать грунт ручным механизированным инструментом (пневмолопата, отбойный молоток).

Так как грунт относится к слабым ( I–II группа), то выработку раскрывают по частям

(см. рис.4) с немедленным закреплением обнажённого массива временной крепью.

Рис.4. Схема очерёдности раскрытия элементов подземной выработки в слабых грунтах.

Работы по проходке тоннеля в данном грунте будем проводить, используя способ опёртого свода. Данный способ предусматривает сооружение в первую очередь верхней части обделки – свода. Вначале проходят нижнюю штольню 1. Из неё при помощи вертикальных или наклонных ходков 2 открывают забой верхней штольни 3, на базе которой раскрывают верхнюю часть выработки – калотту 4. Затем разрабатывают грунт а средней штроссе 5 и в последнюю очередь – в боковых штроссах 6.

Участок тоннеля №2: грунт – песчаник, f = 3.

Для проходки выработок в грунтах с коэффициентом крепости от 2 до 6 при сооружении автодорожного тоннеля применяется уступный способ( см.рис. 4).

В курсовом проекте одновременно с проходкой колотты(1) на определённом расстоянии от её забоя производим разработку уступа на ширину пролёта выработки(2) и затем по всему периметру выработки за один приём бетонируем обделку(3). Длину уступа принимаем равной 130 м. При этом бетонирование обделки можно вести как за один приём, так и в два: сперва забетонировать свод, а потом стены.

2.2.Буровзрывные работы.

Разработка полускальных и скальных грунтов с коэффициентом крепости более 2 осуществляется буровзрывным способом. В курсовом проекте необходима детальная проработка проекта организации работ на участке с крепостью грунта f = 6. Как видно, грунт разрабатываем буровзрывным способом.

2.2.1. Определение параметров буровзрывных работ.

В соответствии с геологическими условиями в качестве ВВ выбираем аммонит №6 прессованный со следующими характеристиками:

 плотность, ∆=1,25 г/см³=1250 кг/м³;

 коэффициент работоспособности, е=0,9;

 диаметр патрона, d_п = 34 мм.

Определим удельный расход ВВ с учётом его работоспособности по формуле:

;

где е - коэффициент работоспособности ВВ;

ψ - коэффициент влияния плотности заряжения;

ω - коэффициент структуры и трещиноватости грунтового массива;

S - площадь сечения забоя.

Определим линию наименьшего сопротивления (ЛНС) отбойных шпуров по формуле:

;

где к - коэффициент зажима;

d - диаметр шпура, м;

γ - объёмная масса грунта, кг/м³.

Так как при обуривании забоя будем применять мощные бурильные установки и тяжёлые бурильные машины, вруб принимаем прямым призматическим с расстоянием между врубовыми зарядами 25 см с устройством незаряженной скважины в центре.

Расстояние между отбойными шпурами принимаем равным 1,3 м ((0,8-0,95)*W₀), между подошвенными - а_п=1,3 м ((0,7-0,9)*W₀), между контурными – а_к=1,3 м (0,6W₀).

Вычисляем количество шпуров на забой по формуле:

,

где - количество контурных шпуров;

- количество подошвенных шпуров;

- количество отбойных шпуров; по конструктивным соображениям принимаем N₀ =8;

- площадь сечения забоя, взрываемая отбойными шпурами, т. е. 0;

- площадь сечения забоя, взрываемая контурными шпурами;

m - коэффициент сближения контурных зарядов;

- площадь сечения забоя, взрываемая подошвен-ными шпурами;

S_вр - площадь сечения забоя, взрываемая врубовыми зарядами;

к_з - коэффициент заполнения шпура;

к_∆ - коэффициент уплотнения, для патронированных ВВ равен 1,0.

.

С учётом устойчивости кровли выработки длину комплекта шпуров назначаем равной l=1,8 м. Тогда глубина заходки определяется по формуле:

;

где η - коэффициент использования шпура.

Объём взрываемой породы равен:

.

Ориентировочно расход ВВ на взрыв равен:

.

Масса всех контурных зарядов

;

где к_к - концентрация заряда контурного шпура.

Средняя масса зарядов остальных шпуров

.

Масса зарядов врубовых, отбойных и подошвенных шпуров равна

;

;

.

2.2.2. Буровое оборудование.

Для бурения шпуров в забое выработки будем применять бурильные машины БУ-1 на базе самоходной бурильной установки СБУ-2к. Количество одновременно работающих бурильных машин принимаем равным четырём из расчёта 8 м² площади обуриваемого забоя на одну бурильную машину, находящуюся на установке( две СБУ-2к).

Бурение вертикальных шпуров уступа осуществляем самоходными бурильными установками СБУ-2к, так как высота уступа (3,9 метра) не превышает максимального хода подачи бура установки (4,0 метра).

2.3. Временное крепление выработки.

Выбор типа временного крепления производим по следующей формуле:

;

где S - площадь сечения тоннеля, м²;

B - пролёт выработки, м;

f - коэффициент крепости грунта;

T - параметр устойчивости.

.

При Т=5,34 временную крепь принимаем в виде анкерной крепи с металлической сеткой.