Петербургский Государственный
Университет
Путей Сообщения
Кафедра « Тоннели и метрополитены »
Курсовая работа
Выполнил студент Проверил
группы МТ-001
Косолапова Е.А.
Санкт-Петербург
2003
Содержание:
Исходные данные к проекту ………………………………………………………2
Трасса тоннеля: ……………………………………………....……………….……3
Обоснование продольного профиля и плана …………...……………………3
Определение длины тоннеля……………………………....…………………..3
Вентиляция тоннеля: …………………………………………...………………….4
Первый расчет……………………………………...………...…………………4
3.2.Второй расчет…………………………………………………………………...5
3.3. Выбор системы вентиляции ………………………………...………………...6
Проектирование тоннельных конструкций: …………………..………………….6
Выбор и технико-экономическое обоснование
конструктивных решений обделок ………………………………………..…..6
Обоснование конструктивного решения порталов ………………………..…7
Дополнительные устройства в тоннеле ………………………………………8
Определение стоимости сооружения тоннелей …………………………….……8
Статический расчет обделки ………………………………………………………9
Составление расчетной схемы …………………………………………….…..9
Определение нагрузки и другие параметры системы «обделка-грунт» .…...9
Расчеты на ЭВМ ………………………………………………………………11
Проверка прочности сечений обделки по предельным состояниям ………14
7.Обоснование выбора принципиальных схем и методов производства работ:…..15
7.1. На первом участке…………………………………………………………….16
7.2. На втором участке…………………………………………………………….16
7.3. На третьем участке. …………………………………………………………..16
7.4. Подробная организация работ на третьем участке………………………….16
8. Буровзрывные работы………………………………………………………………17
8.1. Расчет параметров буровзрывных работ……………………………………17
8.2. Буровое оборудование………………………………………………………..24
8.3. Временное крепление выработки (конструкция, технология возведения) 25
8.4. Организация работ в забое. Расчет циклограммы на ведение работ………26
8.5.Возведение постоянной обделки……………………………………………..28
9.Техника безопасности при проведении взрывных работ………………………… 29
10.Список использованной литературы ………………………………………………30
План и продольный профиль тоннельных участков дорог должны удовлетворять требованиям для открытых участков и некоторым дополнительным положениям.
Предпочтение следует отдавать расположению тоннелей на прямых участках пути. В случаях, когда условия рельефа диктуют необходимость расположения тоннеля на кривых, радиус их должен приниматься для железнодорожных тоннелей не менее 600 м.
При проектировании продольного плана железнодорожного однопутного тоннеля учитываем следующие условия. К тоннелю необходимо подойти максимально допустимыми уклонами, для сокращения длины тоннеля. В тоннеле необходимо сделать уклон для отвода воды. До 300 м тоннели проектируются односкатными. С выше 300 м тоннели – двухскатные, причем уклон в тоннели должен быть не меньше трех тысячных. Уклон в тоннеле принимается не менее 3%.Руководящий уклон, принятый для открытых участков, сохраняется в тоннеле при длине его менее 300м Длина элемента профиля не менее 250 м.
Продольный профиль проектируется с учетом улучшения естественной вентиляции воздуха.
Длина тоннеля определяется как расстояние между порталами. Тоннель следует проектировать так, чтобы его длина была минимальной. Для этого от заданных отметок начальных точек трассы целесообразно подняться наибольшим допустимым уклоном Iт, чтобы уменьшить протяженность тоннеля, сократить расстояние между порталами и варьируя меньшим уклоном обеспечить кратчайшую связь порталов. Место портала определяется из расчета, что один метр выемки равен по стоимости одному метру тоннеля. Длина тоннеля, спроектированного в данном проекте, определена из расчета, что в грунтах с плотностью f > 3 высота портала Н лежит в пределах от 15 до 25 метров, а в грунтах с
плотностью f < 3 высота портала Н лежит в пределах от 10 до 15 метров. В данном
проекте высота южного портала Нв = 23.4 м и северного – Нз =15 м , => Lт = 1590 м.
При проектировании уклонов в тоннели и пред ним учитывается ряд условий. К тоннелю необходимо подойти максимально допустимым уклоном. При пересечении тоннелем высотного препятствия это будет являться одним из условий уменьшения длины тоннеля.
Максимально допустимый уклон рассчитывается по формуле смягчения уклонов:
Iт=Imax*m – Iэкв;
Imax – уклон на открытой трассе;
m – коэффициент смягчения зависит от длины тоннеля. В нашем случае при длине тоннеля 1590 м принимаем коэффициент равный 0.85;
Iт=0.013*0.85 =0.01025;
Смягчение уклона необходимо из-за высокого аэродинамического сопротивления движению состава по тоннелю, так как поезд занимает практически все сечение и работает как поршень. Также смягчение уклона устраивают из-за повышенной влажности в тоннеле. Вследствие того, что на рельсах конденсируется влага, уменьшается сцепление колеса с рельсом.
При отсутствии вентиляции качество воздуха в тоннеле ухудшается за счет выхлопных газов транспортных средств, газов, поступающих из окружающих грунтов, повышения температуры от двигателя внутреннего сгорания и т.д. В зависимости от длины транспортного тоннеля следует принимать естественную и искусственную вентиляции. В железнодорожных тоннелях при тепловозной тяги естественная вентиляция принимается при l < 300 м и искусственная – при длине l > 300 м в обязательном порядке. В данном курсовом проекте принимаем искусственную вентиляцию, так как lт > 300 м.
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 концетраций. Расчет искусственной вентиляции ведется по содержанию окиси углерода в воздухе транспортных зон тоннеля.
|
Время нахождения транспорта в тоннеле t (мин) |
ПДК окиси углерода в ж.д. тоннеле |
|
< 5 |
50 |
|
5-10 |
28-16 |
|
15-20 |
12-9 |
Определяем скорость движения состава на подъеме:
На площадке и спуске расчетная скорость принимается 25 м/с (90км/ч)
На подъеме расчетная скорость принимается 5.6 м/с (20 км/ч)
Определяем время нахождения состава в тоннеле:
T=nLi/Vi=1260/5.6+330/25=238.2 с
Li – это длина данного участка (подъем или спуск);
Vi – скорость на данном участке.
2) Определяем количество сжигаемого топлива:
G=n(Li/Vi)*Ki=25*0,2+5.6*0,01=5.056 кг
Коэффициент Кi на спуске равен 0.01; на подъеме 0.2
3) Определяем количество выделившегося угарного газа:
qco – количество угарного газа, выделившегося при сжигании одного килограмма топлива. В нашем случае принимается 0.05
М=G* qco =5/056*0,05= 0.2528 кг=253 г
4) Определяем начальную концентрацию угарного газа перед проветриванием:
Co=Ck+M/(Fт*nLi);
Fт – площадь транспортной зоны тоннеля 32 м2;
Ск – предельно допустимая концентрация угарного газа в тоннеле. Определяется по СниПу путем экстраполяции. В нашем случае 0.05 мг/м3.
Co=0,05+253/(32*1590)=0.05 г/ м3
5) Определяем необходимый расход воздуха для проветривания:
Расчетное время воздуха принимаем t=15 мин=900 с.
Q=(Fт*nLi)/900*ln(Cо/Cк)=(32*1590)/900*0,69=39 м3/c
6) Определяем скорость воздуха в транспортной зоне:
Скорость движения воздуха в тоннеле не должна превышать 6 м/с.
Vт=Q/Fт=39/32= 1.22м/с < 6 м/с
Итак, в результате расчета мы получили данные удовлетворяющие использование продольной вентиляции в разрабатываемом тоннеле.
Материалы тоннельных конструкций должны удовлетворять требованиям прочности, жесткости, долговечности, огнестойкости, химической стойкости, технологичности, ремонтнопригодности , экономичности. Обычно любую конструкцию проектируют, начиная с выбора материала, затем назначается сечение элементов конструкции и их очертания, а потом проверяется расчетом.
Форма и размеры транспортных тоннелей определяются типом транспорта, заданными габаритами приближения строений и конструкций, инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями, системой и объемом вентиляции, способом сооружения тоннеля. В зависимости от числа путей или полос движения и типа подвижного состава поперечное сечение транспортного тоннеля должно удовлетворять соответствующему габариту, представляющему собой условный контур, внутрь которого не должны заходить никакие части сооружений и устройств, за исключением, предназначенных для непосредственного взаимодействия с подвижным составом.
Внутренние размеры обделок железнодорожных тоннелей должны соответствовать габариту приближения конструкции “С”.
Внутреннее очертание обделки зависит также от геологических условий. Практика проектирования определила ориентировочные границы геологических условий, в которых могут применяться обделки того или иного очертания, и выработала некоторые правила построения этих контуров. Основными из этих правил являются требования плавного изменения оси обделки и ее подъемистая подковообразная форма при преодолении вертикальных нагрузок. При отсутствии бокового горного давления стены подковообразной обделки могут проектироваться вертикальными, а свод очерчивается по двухцентровой кривой (для однопутного ж. д. тоннеля). В породах, оказывающих на обделку значительное боковое давление, а также склонных к пучению, необходимо замкнутое очертание обделки с обратным сводом или усиленным плоским лотком.
Между внутренним контуром обделки и угловыми (“критическими”) точками габарита должен быть обеспечен некоторый запас, обеспечивающий проход негабаритного подвижного состава из-за неточности строительных работ и деформаций конструкций . В слабых породах, этот запас можно принять равным 15 см, в крепких скальных- 5-10 см.
Экономические характеристики выражаются преимущественно денежными показателями , которые в курсовом проекте определяются подсчетом стоимости одного погонного метра обделки каждого типа по укрепленным расценкам на основные работы.
Основным материалом для сооружения тоннелей является монолитный бетон, железобетон и набрызг-бетон. Выбор того или иного материала производится и с учетом способа производства тоннельных работ. В данном случае используется монолитный бетон класса B25.
Конструкцию обделок выбирают в зависимости от характеристик грунтов. В данном случае конструкции обделок проектировались для грунтов крепостью f=1.2, f=5, f=12. Первая обделка запроектирована в мергеле f=1.2, следовательно по нормам проектирования в слабых грунтах сводовую часть принимаем толщиной 550мм и устраивается обратный свод, толщиной 300мм. Вторая грунта обделка запроектирована в сланцевом кварците крепостью f=12. В грунтах с такой прочностью делаем только сводовую часть 300мм, а по бокам наносим набрызг-бетон 50мм.
Третья обделка запроектирована в ангидриде трещиноватом f=5. В данном случае сводовую часть принимаем толщиной 400мм, низ обделки из обычного бетона
Переход от тоннеля в предпортальной выемке осуществляется при помощи портала для обеспечения устойчивости лобового и боковых откосов выемки, отвода воды с лобового откоса и архитектурного оформления входа в тоннель. Порталы тоннелей устраивают в зависимости от состояния грунтов на склонах горного массива и подходов к тоннелю врезной стеной или напорными с торцевой подпорной стеной либо выносными с искусственной засыпкой для уположения лобового откоса в случае неустойчивых склонов. Из опыта проектирования следует, что в крепких скальных грунтах глубина выемки назначается 15-20 м, а в слабых грунтах – 10-15 м, при этом минимальная высота засыпки под тоннелем должна быть не менее 2-3 м.