Материал: ТОННЕЛИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» Кафедра “Тоннели и метрополитены” пояснительная записка к курсовому проекту

Тема проекта “Тоннельные пересечения на транспортных магистралях ”

Выполнил студент _______________________________ А.А. Кузнецов подпись, дата

факультет Транспортное строительство группа IV – ТС – 101

Руководитель ________________________________ к.т.н. Я.В.Мельник подпись, дата

Санкт – Петербург

2015

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3

1 Трасса тоннеля 3

1.1 Обоснование продольного профиля и плана 3

1.2 Определение длины тоннеля 4

2. Проектирование тоннельных конструкций для горного/щитового способа сооружения тоннеля 5

2.1 Выбор и обоснование конструктивных решений обделки 5

2.2 Обоснование конструктивного решения порталов 8

3. Вентиляция тоннеля. Определение объема воздуха для проветривания 9

4.Выобр и обоснование расчетной схемы 11

5 Оценка несущей способности тоннельной обделки 15

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 18

Введение

Тоннель – горизонтальное или наклонное подземное искусственное сооружение, предназначенное для транспорта, пропуска воды, размещения коммуникаций и других целей. Длина тоннеля обычно значительно превышает его поперечные размеры.

В настоящее время тоннели имеют широкое распространение во всех отраслях народного хозяйства. По назначению тоннели делят на пять основных групп: 1 – на путях сообщения, 2 – гидротехнические, 3 – коммунальные, 4 – горнопромышленные, 5 – специальные.

Наибольшее распространение имеют тоннели на путях сообщения, к которым относят тоннели метрополитенов, железнодорожные, автодорожные, судоходные и пешеходные, а также тоннели для нескольких видов транспорта.

В рамках курсового проектирования нами будет запроектирован железнодорожный тоннель.

1 Трасса тоннеля

1.1 Обоснование продольного профиля и плана

Железнодорожные горные тоннели в профиле проектируются односкатными при длине до 400 м. и одно- или двускатными с подъемом к середине тоннеля при большей его длине. По условиям водоотвода продольный уклон пути в тоннеле принимается не менее 3‰. Наибольшая величина максимального уклона на линиях I и II категории не должна превышать 15‰. В тоннеле длиной более 300 м и на подходах к нему производится смягчение максимального уклона линии. Коэффициент смягчения зависит от длины тоннеля. Алгебраическая разность смежных уклонов на железнодорожных линиях I и II категории не должна превышать 6…10 ^о/_оо.

При оформлении продольного разреза по оси тоннеля необходимо обратить внимание на следующее:

• черные отметки указываются на пикетах порталов и в местах характерных изменений в очертании горного массива;

• красные отметки указываются на начальных точках трассы и вычисляются на пикетах порталов, под указанными черными отметками и в местах перелома профиля;

• разность черных и красных отметок в местах расположения порталов должна соответствовать величинам, определяющим рациональную глубину предпортальных выемок в заданных инженерно-геологических условиях;

• расстояния по пикетажу указываются в местах расположения порталов, перелома профиля и изменения типа обделки;

• расположение камер указывается по установленной схеме в соответствии с принятым горизонтальным масштабом.

1.2 Определение длины тоннеля

Длинна тоннеля определяется расстоянием между порталами. Рациональная глубина предпортальной выемки определяется из экономических показателей инженерно-геологических и гидро-геологических условий. Высота портала определена в пункте 2.2

Длина тоннеля составляет .

2. Проектирование тоннельных конструкций для горного/щитового способа сооружения тоннеля

2.1 Выбор и обоснование конструктивных решений обделки

Тоннельная обделка - конструкция, предназначенная для ограждения горной выработки от деформаций, обрушений, проникновения подземных вод на протяжении всего срока службы сооружения. Обделку проектируют исходя из инженерно-геологических, гидрогеологических, сейсмических, климатических условий, а также способов производства работ. Существует три основных конструктивных формы тоннельных обделок:

1. Подковообразные - сооружаемые горным способом;

2. Кругового очертания - сооружаемые щитовым способом;

3. Обделки сложной конструкции.

Внутренние размеры обделок железнодорожных тоннелей должны соответствовать габариту приближения строений "С", приведенному в ГОСТ 9238, с учетом размещения за пределами этого габарита устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), светильников и кабелей, а также строительных допусков на сооружение обделки тоннеля.

При назначении внутреннего очертания кроме габаритных требований учитываются эксплуатационные, строительные и экономические требования.

В боковых участках устраивается эксплуатационный зазор для размещения систем СЦб кабелей, места для прохода людей, примерно 30 см. По верхнему очертанию учитываются строительные требования на неточность изготовления и возможности деформации в крепких грунтах 5 - 10 см., в слабых 10 – 15 см.

На криволинейных участках пути габарит "С" должен быть увеличен в двухпутном тоннеле необходимо увеличить междупутье. В курсовом проекте при кривой радиуса R = 1000м междупутье увеличится с 4100мм (значение на прямом участке) до 4700мм, то есть на 600мм.

Внутреннее очертание обделки зависит от геологических условий.

Нижняя часть обделки проектируется в соответствии с заданными геологическими, гидрогеологическими и климатическими условиями, в зависимости, от которых решается вопрос о необходимости устройства плиты или обратного свода.

Основными материалами для сооружения обделок горных тоннелей являются монолитный бетон, железобетон и набрызг – бетон. Выбор того или иного из них производится в зависимости от географических, геологических, сейсмических и других условий, характеризующих особенности расположения тоннеля, с учетом способов производства тоннельных работ.

Для обделки тоннеля, сооружаемого горным способом, в качестве материала обычно применяется монолитный бетон класса В20.

Для горного способа f = 3, устраиваем свод по круговой кривой радиусом R₁ = 6 м и толщиной в замке h_з = 65 см, с прямыми вертикальными стенами так как отсутствует боковое давление грунта, толщиной в пяте h_п = 84,5 см, и в стене h_ст = 97,5 см. Опирается на грунтовый массив с толщиной по обрезу фундамента h_о = 117 см. Размеры откладываются от внутреннего очертания и определяются по Таблице 1 Ориентировочные значения толщины тоннельных обделок в характерных сечениях из методических указаний.

Для горного способа на кривой с коэффициентом f = 0,6 внутреннее очертание описывается по 3-х центровой коробовой кривой радиусами R₁ = и R₂ = с устройством обратного свода. Размеры обделки определяются из Таблицы 1 методических указаний и будут равны, в замке h_з = 89 см, условная пята h_п = см, толщина стены h_ст = 142,4 см, толщина по обрезу фундамента h_о = 178 см и толщиной обратного свода h_л = 71,2 см.

Для щитового способа с f = 0,6 внутреннее очертание описывается окружностью, способ основан на применении в забое специального агрегата, проходческого щита – который представляет собой передвижную металлическую крепь (конструкцию) под защитой которой производится разработка и уборка грунта, под его же защитой крепление забоя и как правило возведение обделки.

Достоинства щитовой проходки:

• скорость;

• пропадает необходимость вести разработку забоя по частям;

• сокращается разрыв по времени между раскрытием выемки и возведением обделки;

• повышается производительность;

• снижается трудоемкость;

• высокие темпы сооружения;

• обеспечение надежности креплений и безопасности работ;

• позволяет получить точное очертание выработки;

• снижается стоимость.

В курсовом проекте используем чугунную тюбинговую обделку с болтовыми отверстиями, жестко закрепленными соединениями между элементами и кольцами с перевязкой стыков. Состоит из 8 нормальных, 2-х смежных и кольцевого тюбингов.

Чугунная обделка представляет собой цилиндрическую трубу, состоящую из последовательно собираемых по мере продвижения забоя колец. Кольца одинакового типа и размера состоят из элементов коробчатого сечения – тюбингов.

Алгоритм конструирования обделки:

1. Определение внутреннего диаметра - с учетом строительных и эксплуатационных зазоров.

;

2. Материал – определяет форму поперечного очертания (толщину блока или высоту кольцевого борта тюбинга).

3. Ширина кольца – зависит от диаметра обделки и устойчивости грунтов .

4. Разбивка кольца на элементы – 3 типа нормальные, смеженные и ключевой. Разбивка производится с учетом производственно технических условий изготовления. восемь тюбингов длиной 3,4 м.

5. Способ соединения элементов – жесткое скрепление элементов между собой и колец между собой. Наличие связей в продольных и поперечных стыках и перевязка стыков.

Для удобства сборки обделки масса тюбинга не должна превышать 2,5 т.

2.2 Обоснование конструктивного решения порталов

Портал сооружается для сопряжения конструкции тоннеля с подходной выемкой. Обеспечивает устойчивость лобового и боковых откосов, а также отвод от тоннеля воды, стекающей с лобового откоса.

Портал целесообразно располагать в таком месте, где стоимость сооружения выемки (одного погонного метра) равна стоимости тоннеля. Следует учитывать, что в слабых грунтах глубина выемки назначается в приделах 12-13 м, а для обеспечения устойчивости над сводом оставляется слой грунта 2-3м.

Так как направление оси в начале тоннеля совпадает с направлением горизонтальной проекции линии наибольшего ската лобового откоса , плоскость портальной стены перпендикулярна оси тоннеля . Такой портал называется прямым.

Кроме торцевой стены, в состав портала входят водоотводная канава и первое кольцо обделки. Торцевая стена связывается с первым кольцом обделки в помощью арматуры и опирается на боковые откосы выемки, в которые заделывается на необходимую глубину. Откосы и дно канав защищают от размыва водой бетонным покрытием.

2.3 Дополнительные сооружения в тоннеле

Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и ремонтных рабочих во время прохождения поезда в железнодорожном тоннеле устраивают ниши шириной 2 м, глубиной 1 м и высотой 2 м. Ниши располагают через 60 м с каждой стороны тоннеля в шахматном порядке.

Для размещения ремонтного оборудования, а также укрытия путевой дрезины через 300 м по каждой стороне тоннеля устраивают камеры шириной 4 м, глубиной 2,5 м и высотой 2,8 м. Рекомендуется для обеспечения хорошей видимости контуры камер и ниш выделять выделяющимся покрытием.

Для обеспечения нормальной эксплуатации и долговечности тоннеля необходима защита его внутреннего пространства от подземных вод. Существует два принципиально разных способа решения этой задачи: герметизация обделка тоннеля с восстановлением режима подземных вод

(подземные воды не поступают, достигается применением двойной обделки с гидроизоляцией) или мероприятия по дренажу.

Применение дренажных устройств заключается в том, чтобы уловить подземные воды, вывести из-за обделки в водоотводное устройство тоннеля.

Существуют следующие типы дренажных устройств:

1. Водоотводная трубка (для отвода сосредоточенных течей);

2. Дренажная прорезь (для осушения тоннеля на очень коротких участках);

3. Углубленная дренажная прорезь (идея - вывести прорези за глубины промерзания тоннеля в суровом климате);

4. Дренажные штольни (применяют для осушения протяженных участков тоннеля порядка сотен метров).

Выбор дренажного устройства производится в зависимости от характера обводненности.

3. Вентиляция тоннеля. Определение объема воздуха для проветривания

Для обеспечения нормальных условий труда обслуживающего персонала, поездных и ремонтных бригад необходима постоянная подача свежего наружного воздуха, уменьшающая влажность в тоннеле, снижающая концентрацию вредных примесей до допустимых пределов и поддерживающая температуру воздуха на уровне, определяемого санитарно-техническими требованиями.

Количество воздуха, которое необходимо подавать в тоннель, определяют расчетом из условия разбавления до предельно допустимой концентрации (ПДК) окиси углерода, выделяющейся с выхлопными газами дизельных и карбюраторных двигателей, или из условия удаления тепловыделений.

При времени нахождения состава в железнодорожных тоннелях не более 30 мин ПДК окиси углерода равна 0,05 г/м³.

Расчет объема воздуха: