Материал: ТОННЕЛИ Аня

Третий тип обделки находится в кривой, поэтому проектируем его в соответствии с требованиями изложенными выше.

Три типа обделок представлены на чертеже лист 1.

1.7. Дополнительные устройства в тоннеле.

В целях безопасности обслуживающего персонала в железнодорожном тоннеле предусматриваются ниши 200x200x100 см, располагающихся в шахматном порядке через 60 м. Для хранения ремонтного оборудования через каждые 300 м по обоим сторонам железнодорожного тоннеля вместо ниш сооружаются камеры длиной 6 м.

1.8. Определение несущей способности обделки

на участке с крепостью грунта f=5.

Исходные данные:

На участке с крепостью f=3 запроектирована обделка без обратного свода и с вертикальными стенками, опирающимися на массивные пяты. Основные геометрические размеры: высота H=9,5м, толщина свода принимается равной 0,55 – в замковом сечении, 0,66, толщина стенок – 0,77, ширина B=10,74 м.

Марка бетона 200( класс В20), расчетное сопротивление: на растяжение – 8,5 кгс/см², на сжатие – 105 кгс/см².

Основные физико-механические характеристики горной породы: коэффициент прочности f=5, кажущийся угол внутреннего трения φ=72,5º, коэффициент упругого отпора к₀=250 кгс/см ³, объемная масса грунта γ=2,3 т/м³.

Определение нормативных и расчетных нагрузок.

Величину горного давления в зависимости от степени трещиноватости массива и коэффициента крепости принимаем в соответствии с теорией сводообразования М.М. Протодьяконова.

Расчетная схема показана на рисунке 1.

где В – пролет выработки;

h - высота выработки;

L - пролет свода естественного равновесия ;

h₁ - высота свода;

H - глубина залегания выработки;

q_н - нормативное вертикальное горное давление;

P_н - нормативное горизонтальное горное давление.

Собственный вес обделки определим по формуле:

где G -вес сводчатой части обделки;

V_св=S_св*1 =11,28м² – объем бетонной обделки.

Определим расчётные нагрузки посредством умножения нормативных на коэффициенты перегрузки:

Коэффициент упругого отпора в сводчатой части выработки:

;

Коэффициент упругого отпора под пятой:

;

к_о =250 кгс/см ³ – коэффициент упругого 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:

• Плавное очертание оси обделки заменяются вписанным стержневым многоугольником переменной жесткости.

• Распределенные внешние нагрузки заменяются сосредоточенными в узлах многоугольника усилиями.

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

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

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.

Для замкового сечения. Проверяем эксцентриситет:

е₀ =0 ,4036 м = 40,36 см ≥ 0,45*h=0,45*0,55=0,25 м =25 см;

где h – толщина обделки.

Условие не выполняется в этом случае расчет производится с учетом сопротивления бетона растянутой зоны и для прямоугольного сечения обделки предельная сжимающая сила определяется по формуле:

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

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

R_р - расчетное сопротивление бетона растяжению ( R_р=8,5кгс/см² ).

b - ширина сечения ( b=100 см );

h - высота сечения (55 см ).

Производим проверку:N_n = -73,6 тс < N = -43,4тс. Проверка не выполняется, прочность обделки обеспечена. Рекомендуется, увеличить толщину обделки или применить бетон другой марки, увеличить подъём свода.

Для сечения 13. Проверяем эксцентриситет:

е₀=0,1256 м = 12,56 см ≤ 0,45*0,990 = 0,45 м = 45 см;

Расчет производится без учета сопротивления бетона растянутой зоны. В этом случае для прямоугольного сечения обделки предельная нормальная сила определяется по формуле: N_П = γ_f * α* R_b*b*h*(1-2 e₀ η / h),

.

Производим проверку: N = -58,9 тс ≤ N_п=287 тс. Проверка выполняется, прочность обделки обеспечена.

Часть II. Производство работ по сооружению тоннеля.

2.1. Выбор способа производства работ.

Участок тоннеля №1: f =0,7, грунт – супесь с примесью гравия, гальки, L₁ = 350м

Грунт относится к слабым ( I группа), поэтому выработку раскрываем по частям с немедленным закреплением обнажённого массива временной крепью (Рис.2).

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 горизонтальных или наклонных поперечных ходков 2 открывают забой штольни 3, из которой раскрывают штольню 5. Затем разрабатывают в верхней штроссе 5 и в последнюю очередь – в боковых штроссах 8. Одновременно с раскрытием выработки бетонируются стены, а затем свод. В последнюю очередь раскрывают и бетонируют обратный свод.

.

Рис.2. Схема очерёдности раскрытия элементов подземной выработки в слабых грунтах.

Участок тоннеля №2: f = 12; грунт – песчаные сланцы слабо трещиноватые, L=845 м.

При постройке тоннеля в крепком грунте не нужно не только немедленно после разработки грунта устанавливать временную крепь, но и в некоторых случаях можно обойтись без обделки. При проходке данного участка тоннеля мы будем использовать способ сплошного забоя, для которого характерно наличие одной плоскости забоя, что упрощает использование для бурения шпуров буровых рам с буровыми машинами, снабжёнными автоматическим управлением (рис.3).

Основные работы при этом способе из разработки грунта во всем забое 1 и бетонировании обделки 2 за один приём.

Рис. 3. Проходка тоннеля в крепком грунте способом сплошного забоя.

Участок тоннеля №3: f =5, грунт – песчаник глинистый, плотный, L=736 м.

Для проходки выработки в скальных грунтах с коэффициентом крепости от 4 до 6 при строительстве двухпутного железнодорожного тоннеля применяется уступный способ(рис.4).

Рис.4. Схема сооружения тоннеля уступным способом.

Вначале с опережением на 50-100м проходим калотту 1, затем раскрываем нижний уступ 2. После полного раскрытия выработки бетонируем обделку за один приём 3.

2.2. Буровзрывные работы.

Разработка полускальных и скальных грунтов с коэффициентом крепости более 2 осуществляется буровзрывным способом. В курсовом проекте мы произведём расчёт разработки участка тоннеля. Грунт разрабатываем буровзрывным способом f=5 (тип3).

2.2.1. Определение параметров буровзрывных работ.

В соответствии с заданными геологическими условиями в качестве ВВ выбираем аммонал скальный N3. Его характеристики:

 плотность, ∆=0,9 г/см³=900 кг/м³;

 коэффициент работоспособности, е=0,8;

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.

Учитывая то, что обуривание забоя производится мощными бурильными установками и машинами принимаем прямой вруб. Расстояния между врубовыми шпурами – а_ш=0,25м.

Площадь сечения забоя, взрываемого врубовыми зарядами будет равной

Расстояние между шпурами принимается:

• между отбойными а_о=(0,8~0,95)W₀= 0,9*1,19=1,071м

• между подошвенными а_п=(0,7~0,9)W₀= 0,8*1,19=0,952 м

• между контурными а_к=0,6W₀= 0,6*1,19=0,714

Далее вычислим количество шпуров на забой по формуле:

,

где - количество контурных шпуров;

- количество подошвенных шпуров;

-по конструктивным соображениям принимаем Nо=25- количество отбойных шпуров;

где - площадь сечения забоя, взрываемая отбойными шпурами;

где - площадь сечения забоя, взрываемая контурными шпурами;

m - коэффициент сближения контурных зарядов;

- площадь сечения забоя, взрываемая подошвенными шпурами;

S_вр - площадь сечения забоя, взрываемая врубовыми зарядами;

к_з - коэффициент заполнения шпура;

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

Итак, общее количество шпуров:

шт.

С учётом крепости разрабатываемого грунта величина заходки W = 2,0м. Тогда длина комплекта шпуров 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

.