Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство Путей Сообщения Российской Федерации
Петербургский Государственный Университет Путей Сообщения
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Кафедра «Тоннели и метрополитены»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
Сооружение тоннеля горным способом
Выполнил студент: Навойков А.Л.
Группа МТ-901
Руководитель: Мельник Я.В.
Санкт-Петербург,
2002
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Введение
Тоннели в течение всего срока службы (по ГОСТ 27.002) должны удовлетворять требованиям бесперебойности и безопасности движения транспортных средств, экономичности и наименьшей трудоемкости содержания строительных конструкций и постоянных устройств, обеспечения здоровья и безопасных условий труда обслуживающего персонала, а также требованиям охраны окружающей среды.
Железнодорожные тоннели следует отнести к I повышенному уровню ответственности сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям.
Сооружение тоннелей осуществляется по утвержденным проектам организации строительства и производства работ, разработанным в соответствии с требованиями СНиП 3.01.01. Проекты предусматривают механизацию основных наиболее трудоемких строительно-монтажных работ и содержат планы ликвидации возможных аварий.
ЧАСТЬ I. ЭЛЕМЕНТЫ ТОННЕЛЯ
1.1. Исходные данные к проекту
В данной курсовой работе разрабатывается проект однопутного железнодорожного тоннеля, сооружаемого горным способом. В состав проекта входит разработка тоннельных конструкций и способов производства работ. Поведенные в работе расчеты выполнены в соответствии с указаниями СНиП 32-04-97 «Тоннели железнодорожные и автодорожные».
Основные физико-механические свойства грунтов, составляющих горный массив, приведены в таблице.
|
Группа по СНиП |
Наименование пород и грунтов |
Коэффициент крепости f |
Объемная масса, т/м3 |
Кажущийся угол внутреннего трения |
Коэффициент удельного отпора kо, кг/см3 |
|
VII |
Порфирит слаботрещиноватый |
9 |
2,6 |
80 |
2000 |
|
II |
Суглинок тяжёлый |
0,8 |
1,75 |
25 |
–– |
|
V |
Пемза |
2 |
1,1 |
60 |
150 |
Тоннель железнодорожный однопутный;
Радиус кривой R = 900 м;
Руководящий уклон imax = 14 ‰ .
1.2. Трассирование линии. Обоснование продольного профиля
Применение тоннелей на высокогорных участках железнодорожных и автодорожных линий расширяет возможности их трассирования и улучшает условия эксплуатации. План и профиль пути в тоннеле проектируют по нормам, установленным для открытых участков трассы с учетом особенностей, связанных с расположением линий в подземной выработке.
Рекомендуется располагать тоннели на прямых участках пути, так как тоннели, расположенные на кривых, имеют существенные недостатки. К ним относятся: необходимые уширения габаритов приближения строений на кривых, вызывающих увеличение размеров выработки и объема работ по сооружению тоннельной обделки; усложнение подземной разбивки оси тоннеля, увеличение износа рельсов (особенно на кривых малых радиусов), находящихся во влажном воздухе тоннеля в неблагоприятных условиях; ухудшение условий вентиляции. Однако в ряде случаев расположение тоннелей на кривых является неизбежным.
Для сокращения длины тоннеля, уклоны на подходах к нему принимаются максимально допустимые. Внутри горного массива уклоны применяются минимальными с целью улучшения условий эксплуатации. По условию отвода воды из тоннеля imin = 3 ‰.
Максимальный уклон в железнодорожном тоннеле назначается смягченным по сравнению с максимальным уклоном открытой трассы. Это связано с уменьшением сцепления подвижного состава с рельсом из-за повышенной влажности в тоннеле и большого сопротивления воздуха подвижному составу.
Коэффициент смягчения уклона m зависит от длины тоннеля. При длине тоннеля от 1 до 3 километров коэффициент смягчения m = 0,85.
Тогда максимально возможный уклон в тоннеле определяется как:
iт = m · iр – iэкв = 0,85 · 14 – 1 ≈ 11 ‰.
где iр = 14 ‰ – руководящий уклон;
iэкв = 1 ‰ – уклон, эквивалентный сопротивлению движения на кривой.
На подходах к тоннелю идём с максимальным уклоном iт = 11 ‰. Профиль тоннеля проектируем двускатным с уклонами 3 и 5 ‰ (смягчение на кривой не требуется).
1.3. Определение длины тоннеля
Окончательная длина тоннеля определяется из места нахождения порталов. Она определяется исходя из равенства стоимости 1 п.м. выемки 1 п.м. тоннеля.
Опыт проектирования и эксплуатации тоннеля показывает, что максимальная глубина выемки, которая принимается в грунтах с коэффициентом крепости f = 0,5÷3 составляет Hmax = 10–15 м, а в грунтах с коэффициентом крепости f > 3 составляет Hmax = 15–25 м.
С учётом всех этих требований западный портал тоннеля устраиваем на пикете ПК 192 + 50, а восточный портал – на пикете ПК 206 + 75. Полная длина тоннеля составляет Lт = 1425 м.
1.4. Расчет искусственной вентиляция тоннеля
Целью проектирования вентиляции тоннелей является разработка мероприятий, обеспечивающих подачу в тоннель чистого воздуха в таком количестве, при котором вредные газовые примеси разбавляются до безопасных предельно допустимых концентраций (ПДК).
Система вентиляции тоннеля зависит от длины тоннеля, площади поперечного сечения, величины уклонов и радиусов кривых, вида транспорта и других условий. В процессе эксплуатации тоннеля, в воздух транспортной зоны попадают различные вредные вещества. Это выхлопные газы, газы, выделяемые окружающими породами. Кроме того, качество воздуха ухудшается также за счет повышения температуры, влажности и других факторов.
Расчет воздухообмена по содержанию вредных веществ в воздухе транспортной зоны тоннеля производится по окиси углерода (СО). К моменту выхода локомотива из тоннеля, концентрация вредных газов составит:
(г/м3),
где Ск – предельно допустимая концентрация;
V – объем транспортной зоны тоннеля; М – количество вредного газа, выделяемого в тоннеле.
Объем транспортной зоны тоннеля определяется по формуле:
Количество вредного газа, выделяемого в тоннеле, определяется по формуле:
(г),
где - время нахождения транспортного средства в тоннеле (с);
li – длина участка тоннеля, м;
Vi – скорость локомотива на данном участке, м;
ki – количество сжигаемого топлива; k = 0,2 кг/c при движении на подъём,
k = 0,01 кг/c при движении на спуск.
qco – количество окиси углерода, выделяемое при сгорании 1 кг топлива;
в курсовом проекте qco = 0,26–0,77. Принимаю qco = 0,5.
При запроектированном продольном профиле имеем 2 участка движения:
1) движение на подъём: l1 = 250 м, k1 = 0,2 кг/c;
2) движение на спуск: l2 = 1280 м, k2 = 0,01 кг/c.
Время нахождения поезда в тоннеле ≈ 1,5 мин.
Т. к. tт < 15 мин, то Ск = 0,05 г/м3.
Тогда получаем:
.
Таким образом, получаем
г/м3.
Для того, чтобы к концу расчётного времени (15 мин = 900 с) концентрация СО в тоннеле достигла ПДК, необходимо подавать в тоннель свежий воздух в следующем объёме:
м3/c.
Проверка скорости движения воздуха в тоннеле:
м/c < 6 м/c.
Следовательно, допустима продольная система вентиляции, при которой воздуховодом слу жит тоннель, вдоль которого перемеща ется воздух.
Эффективность продольной вентиля ции в значительной степени зависит от направления и силы естественной тяги, а также от поршневого эффекта подвиж ного состава. Для приспособления к этим факторам обычно применяют вен тиляционные установки реверсивного типа, позволяющие изменять направле ние подачи воздуха в соответствии с кон кретной обстановкой в тоннеле.
Для усиления эффективности искус ственной вентиляции наиболее целесообразна подача воздуха в тоннель в на правлении движения подвижного соста ва с использованием его поршневого эффекта. Однако в однопутных желез нодорожных тоннелях с тепловозной тя гой рекомендуется подавать воздух на встречу поезду, в особенности при его движении на крутой подъём.
Рис.1. Схема продольной вентиляции тоннеля с шахтами
В курсовом проекте принимаем продольную вентиляцию тоннеля с шахтами, схема которой представлена на рис.1. Для вентиляции используем стволы строительных шахт, заложенных с целью открытия дополнительных забоев и ускорения темпов строительства. Стволы оборудуем реверсивными вентиляционными установками, подающими воздух в направлении, совпадающем с направлением естественной тяги, что способствует уменьшению эксплутационных расходов на вентиляцию.
1.5. Обоснование конструктивного решения порталов
Переход от тоннеля к выемке осуществляется при помощи портала, который служит для обеспечения устойчивости лобового и боковых откосов выемки, отвода воды с лобового откоса и архитектурного оформления входа в тоннель.
В состав портала входит торцевая стена с входным отверстием, водоотводная канавка и первое кольцо обделки. Торцевая стена сваривается с первым кольцом обделки с помощью арматуры или обрезков прокатных профилей и опирается непосредственно на боковые откосы выемки, в которые заделывается на необходимую глубину.
Подошвы торцевой и боковых стен заглубляются относительно низа кюветов в соответствии с глубиной промерзания грунтов в их основании.
Вода, стекающая с лобового откоса, перехватывается поперечной водоотводной канавкой, расположенной за торцевой стеной, и отводится с уклоном 2‰ канавкой, устроенной по верху откосов выемки, или, в условиях теплого климата, в кюветы по чугунным трубам, заложенным за торцевой стеной.
Дно канавки располагается не ниже чем на 1,5 м от верха тоннельной обделки для обеспечения слоя породы, достаточной для амортизации возможных ударов камней, скатывающихся с лобового откоса. Расстояния от низа лобового откоса до портальной стены принимают не менее 1,5 м, а парапет стены не менее чем на 0,5 м выше канавки. Крутизну откоса предпортальной выемки назначают в зависимости от крепости грунта: при f = 2 – 1:0,5; при f = 9 – 1:0,3.
Конструкция портала показана на первом листе чертежей.
1.6. Проектирование тоннельных конструкций. Выбор и технико-экономическое обоснование конструктивных решений обделок
Конструкции тоннельных обделок должны удовлетворять следующим требованиям: эксплуатационным, технологическим, экономическим. Для выполнения этих условий обделки проектируются следующим образом.
В слабых породах, в которых может появиться всестороннее горное давление, очертание конструкций должно приближаться к круговому. В породах, где появляется вертикальное и горизонтальное давление, свод и стены выполняются выпуклыми в сторону действия давления. В породах с вертикальным горным давлением, ось свода обделки выполняется криволинейной, а ось стены вертикальными. В слабых грунтах отступление от углов габарита может достигать 100–200 мм в связи с возможными осадками конструкции и особенностями технологии сооружения.
В устойчивых крепких грунтах отступление 5–10 мм, в слабых – 15–20 мм. Для всех случаев обделок материал – монолитный бетон.
На железных дорогах принят габарит "С": высота Н = 6400 мм, ширина поверху b = 2040 мм. На кривых габарит необходимо увеличивать, т.к. при движении по ним происходит вынос концов и середины вагона и наклон его из-за возвышения наружного рельса.
Для прочности породы f = 0,8 принимается подковообразное очертание обделки с обратным сводом.
Для прочности породы f = 2 принимается подковообразное очертание обделки без обратного свода, но с более тонкими стенками.
Для прочности породы f = 9 принимается обделка с вертикальными стенами и круговым очертанием свода. Обделка стен выполняется из набрызгбетона толщиной 50 мм с анкерами.
Все типы обделок представлены на первом листе чертежей.
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 = 2
Исходные данные:
На участке с крепостью f = 2 обделка подковообразного очертания без обратного свода.
Основные геометрические размеры: высота H = 8,112 м; толщина свода в замке hз = 0,50 м, в средней части стены hст = 0,70 м, по обрезу фундамента; hо = 1,05 м; максимальная ширина по внутреннему контуру Bmax = 5,60 м.
Марка бетона 200 (класс В25): расчетное сопротивление на сжатие – 90 кгс/см2, на растяжение – 7,5 кгс/см2.
Основные физико-механические характеристики горной породы: коэффициент прочности f = 2, кажущийся угол внутреннего трения φ = 60º, коэффициент упругого отпора k0 = 150 кгс/см2, объемная масса грунта γ = 1,1 т/м3.
Определение нормативных и расчетных нагрузок
Величину горного давления в зависимости от степени трещиноватости массива и коэффициента крепости рекомендуется принимать от массы грунта в объеме свода обрушения в соответствии с гипотезой М.М. Протодьяконова (см. рис. 2):
Рис. 2. Схема нормативных и расчетных нагрузок
где В = 7,00 м – пролет выработки;
h = 8,11 м – высота выработки;
L = B + 2h ∙ tg (45˚ – φк / 2) = 7 + 2 ∙ 8,11 ∙ tg (45˚ – 63,43 / 2) = 10,83 м – пролет свода естественного равновесия ;
h1 = = 2,7 м – высота свода;
H – глубина залегания выработки;
qн = γ ∙ h1 = 1,1 ∙ 2,7 = 3,0 т/м3 – нормативное вертикальное горное давление;
pн = γ (h1 + 0,5h) ∙ tg2 (45 – φк / 2) = 1,1 ∙ (2,7 + 0,5 ∙ 8,2) ∙ tg2 (45˚ – 63,43˚ / 2) = 0,4 т/м2 – нормативное горизонтальное горное давление.
Собственный вес обделки определяется по формуле:
,
где G = S ∙ l ∙ γб = 7,7 ∙ 1 ∙ 2,4 = 18,5 т – вес сводчатой части обделки на 1 пог. м тоннеля.
Определим расчётные нагрузки посредством умножения нормативных на коэффициенты перегрузки:
= 1,5 ∙ 3 + 1,2 ∙ 2,7 = 7,7 т/м – вертикальная нагрузка;
– горизонтальная нагрузка.
Коэффициент упругого отпора в сводчатой части выработки:
;
Коэффициент упругого отпора под пятой:
(Kо = 150 кг/см3 – 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:
1) Плавное очертание оси обделки заменяются вписанным стержневым многоугольником переменной жесткости.
2) Распределенные внешние нагрузки заменяются сосредоточенными в узлах многоугольника усилиями.
3) Сплошная грунтовая среда заменяется отдельными упругими опорами, расположенными в вершинах многоугольника, перпендикулярно наружной поверхности обделки.
4) 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
РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ТИПА Лист 1
КОНСТРУКЦИЯ СИММЕТРИЧНА 19 узлов, 18 стержней
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Вариант 1
ОПИСАНИЕ УЗЛОВ В ПРЯМОУГОЛЬНЫХ КООРДИНАТАХ Таблица 1
--------------------------------------------------------------------------
: : : Координаты, м : Сосредоточенные нагрузки :Запр.перем.:
: N :Расч:--------------------------------------------------------------:
:Узла: N : Х : У : Р верт : Р гориз : Момент :по-: Х : У :
: : : : : т : т : тм :вор: : :
--------------------------------------------------------------------------
: 1: 0: .000: 7.570: .000 : .000 : .000 : : : :
: 2: 0: .570: 7.510: .000 : .000 : .000 : : : :
: 3: 0: 1.120: 7.340: .000 : .000 : .000 : : : :
: 4: 0: 1.620: 7.060: .000 : .000 : .000 : : : :
: 5: 0: 2.060: 6.680: .000 : .000 : .000 : : : :
: 6: 0: 2.400: 6.220: .000 : .000 : .000 : : : :
: 7: 0: 2.650: 5.700: .000 : .000 : .000 : : : :
: 8: 0: 2.830: 5.160: .000 : .000 : .000 : : : :
: 9: 0: 2.970: 4.600: .000 : .000 : .000 : : : :
: 10: 0: 3.070: 4.030: .000 : .000 : .000 : : : :
: 11: 0: 3.130: 3.460: .000 : .000 : .000 : : : :
: 12: 0: 3.150: 2.880: .000 : .000 : .000 : : : :
: 13: 0: 3.130: 2.300: .000 : .000 : .000 : : : :
: 14: 0: 3.100: 1.730: .000 : .000 : .000 : : : :
: 15: 0: 3.080: 1.150: .000 : .000 : .000 : : : :
: 16: 0: 3.050: .580: .000 : .000 : .000 : : : :
: 17: 0: 3.030: .000: .000 : .000 : .000 : : : :
: 18: 0: 3.500: .000: .000 : .000 : .000 : : : :
: 19: 0: 2.450: .000: .000 : .000 : .000 : : * : :
--------------------------------------------------------------------------
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Вариант 1
ОПИСАНИЕ СТЕРЖНЕЙ Таблица 2
---------------------------------------------------------------------------
:Номера :Распределен. нагрузки: Коэффиц.:Шар:Площадь: Момент : Модуль :
:узлов :---------------------: упругого:нир:сечения: инерции :упругости :
:-------: Q верт : Q гориз : отпора :---: : сечения :конструкц.:
:Нач:Кон: т/м2 : т/м2 : К ,т/м3 :Н:К: F ,м2 : J ,м4 : Е ,т/м2 :
---------------------------------------------------------------------------
: 1 : 2 : 7.700 : .320 : 42860: : : .500 : .0100000: 3060000 :
: 2 : 3 : 7.700 : .320 : 42860: : : .510 : .0110000: 3060000 :
: 3 : 4 : 7.700 : .320 : 42860: : : .530 : .0120000: 3060000 :
: 4 : 5 : 7.700 : .320 : 42860: : : .550 : .0140000: 3060000 :
: 5 : 6 : 7.700 : .320 : 42860: : : .580 : .0160000: 3060000 :
: 6 : 7 : 7.700 : .320 : 42860: : : .620 : .0200000: 3060000 :
: 7 : 8 : 7.700 : .320 : 42860: : : .650 : .0230000: 3060000 :
: 8 : 9 : 7.700 : .320 : 42860: : : .670 : .0250000: 3060000 :
: 9 :10 : 7.700 : .320 : 42860: : : .680 : .0260000: 3060000 :
:10 :11 : 7.700 : .320 : 42860: : : .690 : .0270000: 3060000 :
:11 :12 : 7.700 : .320 : 42860: : : .700 : .0290000: 3060000 :
:12 :13 : .000 : .320 : 42860: : : .710 : .0300000: 3060000 :
:13 :14 : .000 : .320 : 42860: : : .750 : .0350000: 3060000 :
:14 :15 : .000 : .320 : 42860: : : .800 : .0430000: 3060000 :
:15 :16 : .000 : .320 : 42860: : : .860 : .0530000: 3060000 :
:16 :17 : .000 : .320 : 42860: : : .920 : .0650000: 3060000 :
:17 :18 : .000 : .320 : 146040: : : .210 : .0010000: 3060000 :
:18 :19 : .000 : .000 : 146040: : : .210 : .0010000: 3060000 :
---------------------------------------------------------------------------
^L
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
==========================================
: : Перемещения в системе Х У :
: Номера:--------------------------------:
: узлов : Угол : Горизонт.: Вертик. :
: : поворота : смещение : смещение :
: : (рад) : (м) : (м) :
==========================================
: 1 .00000 .00000 .00075 :
: 2 -.00008 .00000 .00073 :
: 3 -.00014 -.00001 .00066 :
: 4 -.00015 -.00005 .00059 :
: 5 -.00012 -.00010 .00052 :
: 6 -.00007 -.00014 .00049 :
: 7 -.00003 -.00016 .00047 :
: 8 .00001 -.00016 .00046 :
: 9 .00004 -.00015 .00046 :
: 10 .00006 -.00012 .00046 :
: 11 .00006 -.00008 .00045 :
: 12 .00006 -.00004 .00045 :
: 13 .00005 -.00001 .00044 :
: 14 .00003 .00001 .00043 :
: 15 .00001 .00002 .00043 :
: 16 -.00002 .00002 .00042 :
: 17 -.00004 .00000 .00042 :
: 18 -.00028 .00000 .00027 :
: 19 .00045 .00000 .00005 :
------------------------------------------
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
=============================================================================
: : Зона : : : : :
: : взаимо- : Момент :Нормальная:Поперечная: Эксцентриситет :
: НН- :действия : (тм) : : : (м) :
: :с грунтом: : сила : сила : :
: -НК :---------:-------------------: : :----------------:
: :Нач.: Кон:В начале : В конце :в элементе:от момента:В начале:В конце:
: :стер:стер: стержня : стержня : (т) : (т) :стержня :стержня:
=============================================================================
: 1- 2 4.754 -4.070 -9.629 -1.193 -.4937 -.4226:
: 2- 3 4.070 -2.091 -10.916 -3.437 -.3728 -.1916:
: 3- 4 2.091 .567 -13.306 -4.639 -.1572 .0426:
: 4- 5 -.567 3.291 -16.251 -4.686 .0349 .2025:
: 5- 6 -3.291 4.943 -19.219 -2.887 .1713 .2572:
: 6- 7 -4.943 5.152 -21.399 -.362 .2310 .2407:
: 7- 8 ** ** -5.152 4.257 -22.791 1.571 .2260 .1868:
: 8- 9 ** ** -4.257 3.024 -23.765 2.136 .1791 .1272:
: 9-10 ** ** -3.024 1.705 -24.459 2.279 .1236 .0697:
:10-11 ** ** -1.705 .330 -24.870 2.399 .0686 .0133:
:11-12 ** ** -.330 -1.242 -24.971 2.710 .0132 -.0498:
:12-13 ** ** 1.242 -3.062 -24.833 3.135 -.0500 -.1233:
:13-14 ** ** 3.062 -4.559 -24.788 2.623 -.1235 -.1839:
:14-15 ** 4.559 -5.574 -24.835 1.749 -.1836 -.2244:
:15-16 ** ** 5.574 -6.698 -24.809 1.968 -.2247 -.2700:
:16-17 ** 6.698 -7.424 -24.845 1.251 -.2696 -.2988:
:17-18 7.424 4.264 -.119 -24.867 -62.2043 35.7266:
:18-19 ** ** -4.264 .000 .119 4.061 -35.7267 .0000:
Проверка прочности обделки.
После определения внутренних усилий (изгибающих моментов и нормальных сил) проверяют прочность бетонных сечений. Для этого вычисляют величину предельной нормальной силы Nп, 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 Nп > N.
Проверку прочности тоннельной обделки проводим для наиболее загруженных сечений 1 и 6 (наибольшие эксцентриситеты).
Для сечения 1. Проверяем эксцентриситет:
е0 = 0,4937 м = 49,37 см > 0,9 ∙ у = 0,9 ∙ 0,25 = 0,225 м = 22,5 см;
(y – расстояние от центра тяжести сечения до наиболее сжатого слоя бетона обделки)
Следовательно, работа сечения обделки приближается к работе изгибаемых элементов. В этом случае проверка прочности сечения производится по формуле:
;
где m = 0,9 – коэффициент условий работы;
k = 1 – коэффициент, учитывающий вид бетона;
Rр = 7,5 кгс/см2 – расчетное сопротивление бетона растяжению;
b = 100 см – ширина сечения;
h = 50 см – высота рассматриваемого сечения.
M = 4,743 тс∙м ≤ Мп = 4,82 тс∙м.
Проверка выполняется, прочность обделки обеспечена.
Для сечения 6 (в конце стержня 5-6). Проверяем эксцентриситет:
е0 = 0,2572 м = 25,72 см ≤ 0,9 ∙ у = 0,9 ∙ 0,27 = 0,261 м = 26,1 см;
Условие выполняется. В этом случае данное внецентренно-сжатое сечение можно рассчитывать без учёта сопротивления бетона растянутой зоны. Тогда условие прочности имеет вид: N ≤ Nп. Находим предельную продольную силу для сечения:
Производим проверку: N = 19,2 тс < Nп = 53,1 тс.
Проверка выполняется, прочность обделки обеспечена.
В дальнейшем увеличении толщины обделки нет необходимости, так как при принятых толщинах свода и стен прочность обделки обеспечена.
ЧАСТЬ II. ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ ПО СООРУЖЕНИЮ ТОННЕЛЯ
2.1. Выбор способа производства работ
Участок тоннеля №1: грунт – порфирит слаботрещиноватый, f = 9.
Так как грунт относится к крепким, то при постройке тоннеля отпадает необходимость в немедленной после разработки грунта установки временной крепи. А её назначение сводится к предотвращению образования отдельных мелких вывалов и обрушения одиночных кусков грунта с кровли. При проходке данного участка тоннеля будем использовать способ сплошного забоя, для которого характерно наличие одной плоскости забоя, что упрощает использование для бурения шпуров буровых рам с тяжёлыми высокопроизводительными перфораторами, снабжёнными автоматическим управлением.
Основные работы при этом способе включают только два процесса (см. рис.4):
1) разработка грунта с последующей его уборкой;
2) бетонирование свода и нанесение набрызг-бетона.
Рис. 4. Проходка тоннеля в крепком грунте способом сплошного забоя
Участок тоннеля №2: грунт – суглинок тяжёлый, f = 0,8.
Так как грунт относится к слабым (I группа), то выработку раскрывают по частям (см. рис.5) с немедленным закреплением обнажённого массива временной крепью.
Рис.5. 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 №3: грунт – пемза, f = 2.
Для проходки выработок в скальных грунтах с коэффициентом крепости от 2 до 4 при сооружении однопутного железнодорожного тоннеля применяется уступный способ (см.рис. 6).
Рис.6. Схема сооружения тоннеля уступным способом
Одновременно с проходкой калотты (1) на определённом расстоянии от её забоя производим разработку уступа на ширину пролёта выработки (3). Бетонирование обделки производится в два приёма: сначала свод (2) (вслед за проходкой калотты), затем стены (4) (вслед за проходкой уступа). Длину уступа принимаем равной 150 м.
2.2. Буровзрывные работы
Разработка полускальных и скальных грунтов с коэффициентом крепости ≥ 2 осуществляется буровзрывным способом. В курсовом проекте необходима детальная проработка проекта организации работ на участке с крепостью грунта f = 2. Как видно, грунт разрабатываем буровзрывным способом.
2.2.1. Определение параметров буровзрывных работ
В соответствии с геологическими условиями в качестве ВВ выбираем аммонит ПЖВ-20 со следующими характеристиками:
плотность ∆ = 1,1 г/см3 = 1100 кг/м3;
коэффициент работоспособности е = 1,2;
диаметр патрона dп = 36 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 k - 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 aо = 0,8 м (0,8÷0,95W0), между подошвенными – ап = 0,7 м (0,7÷0,9W0), между контурными – ак = 0,72 м (0,7W0).
Вычисляем количество шпуров на забой по формуле:
,
где – количество контурных шпуров (Pк – периметр контура);
– количество подошвенных шпуров (Pп – периметр подошвы);
Nвр = 4 – количество врубовых шпуров;
Количество отбойных шпуров:
, где
– площадь сечения забоя, взрываемая отбойными шпурами, где
– площадь сечения забоя, взрываемая контурными шпурами (m ≈ 1 – коэффициент сближения контурных зарядов);
– площадь сечения забоя, взрываемая подошвенными шпурами;
Sвр = 0,3 м2 – площадь сечения забоя, взрываемая врубовыми зарядами;
kз – коэффициент заполнения шпура;
k∆ = 1 – коэффициент уплотнения для патронированных ВВ.
Итого получаем:
N = 19 + 11 + 33 + 4 = 67 шпуров.
С учётом устойчивости кровли выработки длину комплекта шпуров назначаем равной l = 1,5 м. Тогда глубина заходки определяется по формуле:
,
где η = 0,85 – коэффициент использования шпура.
Объём взрываемой породы равен:
.
Ориентировочно расход ВВ на взрыв равен:
.
Масса всех контурных зарядов
,
где kк – концентрация заряда контурного шпура.
Средняя масса зарядов остальных шпуров
.
Масса зарядов врубовых, отбойных и подошвенных шпуров:
;
;
.
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 также самоходными бурильными установками СБУ-2к, так как высота уступа (3,2 метра) не превышает максимального хода подачи бура установки (4,0 метра).
2.3. Временное крепление выработки
В качестве временного крепления используем арки двутаврового сечения (I 25), а также набивные железобетонные анкеры, омоноличиваемые по всей длине. Длину анкеров назначаем 2 м. Располагаем их в шахматном порядке с шагом 1 м. Установка анкеров осуществляется с подъёмных площадок самоходных буровых установок. Для ускорения набора прочности омоноличивающим раствором приеняется быстротвердеющий раствор.
2.4. Погрузка и транспорт породы
Для выработок средних сечений (20-50 м2) рекомендуется применять для погрузки породы погрузочные машины типа ПНБ непрерывного действия. В курсовом проекте применяем машину ПНБ-3Д.
Вывозку породы будем производить автомобильным транспортом. Тогда для разминовки встречных транспортных средств и для поворота автотранспорта необходимо будет устраивать специальные ниши.
Транспортировку породы из забоя колоты до разрабатываемого нижнего уступа будем производить с помощью самоходных тележек на пневмоходу (тип 1ВС20АРЕ с ёмкостью кузова 12 м3).
Для транспортировки породы из тоннеля будем использовать автомобильный транспорт – автосамосвалы МоАЗ-6401 с объёмом кузова 11 м3. Так как объём взорванной породы составляет 40 м3, то необходимое количество автосамосвалов равно 4.
2.5. Организация работ в забое, определение параметров проходческого цикла
Так как основными операциями проходческого цикла являются бурение шпуров в забое и погрузка взорванной породы, продолжительность цикла определяется по формуле:
,
где Тб, Тп, Твсп – продолжительность операций бурения, погрузки и вспомогательных операций.
Продолжительность бурения определяется по формуле:
,
где N – число шпуров в забое;
l – средняя длина шпура;
φ – коэффициент использования бурильных машин во времени;
β – коэффициент одновременности работы бурильных машин;
n – число бурильных машин;
vб – чистая скорость бурения шпура, пог. м шпура в час.
Чистая скорость бурения шпура определяется по формуле:
пог. м в час;
где k1 – коэффициент, зависящий от типа бурильной машины;
k2 – коэффициент, учитывающий влияние сжатого воздуха;
k3 – коэффициент, учитывающий влияние диаметра головки бура;
k4 – коэффициент, учитывающий глубину шпура.
Продолжительность погрузки взорванной массы грунта определится по формуле:
,
где Wз – глубина заходки за цикл, м;
S – проектная площадь сечения выработки, м2;
kп – коэффициент перебора;
kр – коэффициент разрыхления грунта;
Рэ – эксплутационная производительность погрузочной машины;
n – число погрузочных машин в забое;
β – коэффициент одновременности работы погрузочных машин.
Эксплутационная производительность определяется по формуле:
м3/ч ,
где φ – коэффициент использования машины;
Рт – техническая производительность погрузочной машины;
t1, t3 – продолжительность простоя машины и различные потери времени, отнесённые к 1 м3 породы;
v – объём самосвала;
η – коэффициент заполнения самосвала.
Время на вспомогательные операции:
Tвсп = T1 + T2 + T3 + T4 = 0,5 + 1,6 + 0,5 + 0,5 = 3,1 ч ,
где Т1 – время на подготовительные операции;
– время на заряжение шпуров, где
N – число шпуров; l – средняя длина шпура; n – число заряжающих;
Т3 – время на взрывание и проветривание;
Т4 – время на прочие работы.
Тогда общая продолжительность цикла:
Tц = 2 + 2 + 1,6 = 5,6 ч
На базе полученных данных построена циклограмма – графическое изображение последовательности работ. Полученная циклограмма представлена на втором листе чертежей.
2.6. Расчёт объёма работ, определение стоимости тоннеля
Для определения стоимости сооружения тоннеля необходимо определить стоимость различных участков тоннеля с учётом их конструкции, способа производства работ по проходке тоннеля в различных грунтах. Данные о расценках на строительные работы берём из «Единых норм и расценок на строительные, монтажные и ремонтно-строительные работы». Расчёт стоимости ведём в ценах 1984 года.
Результаты определения стоимости тоннеля удобно привести в табличной форме:
Таблица 1
Определение стоимости тоннеля
|
№ п.п |
Наименование основных работ по сооружению тоннеля |
Ед. изм. |
Стоим. на ед. изм.,руб |
Тип I |
Тип II |
Тип III |
|||
|
Кол-во |
Стоимо-сть, руб |
Кол-во |
Стоимо-сть, руб |
Кол-во |
Стоимо-сть, руб |
||||
|
1. |
Разработка грунта f=0,8 f=2 f=9 |
м3 |
10,0 8,0 12,0 |
59,75 |
598 |
39,41 |
473 |
47,26 |
378 |
|
2. |
Бетонирование монолитной обделки f=0,8 f=2 f=9 |
м3 |
35 35 30 |
19,11 |
669 |
2,5 |
75 |
11,74 |
411 |
|
3. |
Набрызг бетонной обделки f=0,8 f=2 f=9 |
м2 |
2,80 |
- |
- |
9,0 |
25 |
- |
- |
|
4. |
Нагнетание раствора за обделку. |
м2 |
2,11 |
29,3 |
62 |
15,0 |
32 |
26,0 |
55 |
|
Итого стоимость 1 п м. |
руб |
1329 |
605 |
844 |
|||||
|
Стоимость участка |
тыс.руб |
566,15 |
343,64 |
519,91 |
|||||
|
Стоимость тоннеля |
тыс.руб |
1429,7 |
2.7. Мероприятия по охране труда и технике безопасности
На время выполнения взрывных работ бригада и механизмы располагаются в надежном укрытии на расстоянии 150–200 метров от забоя при наличии вытяжной вентиляции, в противном случае, удаляются из тоннеля.
Взрывник выполняет взрыв из укрытия на расстоянии не мене 75 метров от забоя.
Пост охраны располагается в месте размещения бригады.
Продолжение работ в забое допускается после его проветривания в течение 30-40 минут и осмотра места взрыва взрывником.
Образовавшиеся продукты взрыва могут служить причиной отравления людей. Для взрывных работ в подземных условиях гостехнадзором допущены к применению взрывчатые вещества, при взрыве 1 кг которого выделяется не более 40 м3 ядовитого газа. Борьбу с газами ведут тщательным проветриванием выработки с целью разбавления ядовитых газов до ПДК. Ядовитые газы могут задерживаться в массе взорванной породы и не устраняться проветриванием. Поэтому перед началом работ по уборке породы из выработки, породу тщательно продувают сжатым воздухом, а также обрызгивают водой. Тогда окислы азота переходят в азотную и азотистые кислоты. Водой обрызгивают забой и выработку, прилегающую к нему на расстоянии до 20 м.
Воздух подземной выработки должен содержать по объему не менее 20% кислорода и не более 1,5% углекислого газа, и иметь температуру не менее +2˚С зимой и не более +25˚С летом.
Правилами безопасности требуется не реже одного раза в неделю делать лабораторный анализ воздуха выработки на содержание кислорода, углекислого газа, окиси углерода и метана.
При использовании в выработке оборудования с двигателями внутреннего сгорания обязательно применение нейтрализаторов отработанных газов.
При отсутствии взрывных работ и действующих двигателей внутреннего сгорания в выработку следует подавать в 1 минуту не менее 6 кубических метров сжатого воздуха на каждого рабочего, находящегося под землей.
Допуск рабочих в забой разрешается по достижении концентрации условной окиси углерода 0,008 % по объему, но не ранее чем через 15 минут после взрывания. Эта концентрация в 5 раз превышает ПДК при продолжительном пребывании (0,0016 %). Поэтому после допуска рабочих в забой необходимо непрерывное проветривание в объеме не менее 60 % от первоначального.
Производительность труда и безопасность работ зависит от освещенности рабочих мест и длины откаточных путей, которая должна составлять не менее 15 метров. Все подземные выработки обеспечивают стационарным электрическим освещением, не требующим усиления вентиляции и безопасности при выделении газов. В выработках высотой более 4 метров допускается применять прожекторы с матовыми стеклами так, чтобы была исключена возможность их ослепляющего действия. В виду опасности поражения электрическим током, напряжение в сети освещения принимают равным 42 В. Лишь в готовой части сухих тоннелей допускается напряжение 220 В с осветительной проводкой, выполняемой изолированным проводом на фарфоровых изоляторах или роликах с высотой подвески не менее 2,5 метров от УГР. Для перехода от напряжения наружной сети к напряжению принятому в выработках все пределов рабочей зоны устанавливают трансформаторы с низковольтными распределительными подстанциями.
Список используемой литературы