Портал устраивается на 2-3 м выше обделки, для того чтобы создать водоотводные устройства, засыпку для уплотнения дна откоса и т. д. При расположении торцевой стены под углом к оси тоннеля устраивают ступенчатый портал (при f=1.2). Кроме торцевой стены, в состав портала входят водоотводная канава и первое кольцо обделки, в наибольшей степени подвергающееся выветриванию. Для устройства портала выполняют срезку и укрепление лобового откоса. Торцевая стена связывается с первым кольцом обделки с помощью арматуры или отрезков прокатных профилей и опирается на боковые откосы выемки, в которые заделываются на необходимую глубину. Подошвы торцевой и боковых портальных стен заглубляются относительно низа кюветов в соответствии с глубиной промерзания в их основании. Предпортальные подпорные стены следует разделять по длине сквозными вертикальными швами на секции протяженностью не более 15 м, располагая подошвы каждой секции на однородном по сжимаемости грунта. Откосы и дно канав защищают от размыва и просачивания воды мощением или бетонным покрытием. Дно канавы располагают не ниже чем на расстоянии 1.5 м от верха тоннельной обделки для обеспечения слоя породы, достаточного для амортизации возможных ударов камней, скатывающихся с лобового откоса . Парапет стены должен быть не менее , чем на 1.1м выше верха канавы.

2. Дополнительные устройства в тоннеле.

По длине тоннеля устраивают ниши для безопасности обслуживающего персонала , и камеры. Их располагают в шахматном порядке.

Ниши устраивают через каждые 60 м. и они имеют размеры:

ширина 2 м, глубина 1 м, высота 2м.

Камеры располагают через 300 м. в шахматном порядке по обеим сторонам тоннеля

Их размеры: высота 2,8 м, глубина 2.5 м, ширина 4 м.

Для сбора и удаления воды, просачивающейся через дефектные места обделки, попадающей в тоннель при его мытье или конденсирующейся на обделке из газов, образующихся при сгорании топлива, устраивают водоотводные лотки и трубы .

Вода стекает к перфорированной трубе через чугунные трапы по выравнивающему цементобетонному слою с поперечным уклоном 2%.

4. Определение стоимости сооружения тоннеля.

Экономические характеристики выражаются преимущественно денежными показателями, которые определяются подсчётом стоимости 1 погонного метра обделки каждого типа по укрупнённым расценкам на основные работы. Данные приведены в таблице на листе №1

6. Статический расчет обделки.

1. Составление расчетной схемы:

Выбор расчетной схемы статической работы конструкции наиболее важный этап расчета. Расчетную схему обделки тоннеля следует выбирать таким образом, чтобы она с возможно большим приближением отражала действительные условия работы конструкции в зависимости от инженерно-

геологических условий, конструктивных особенностей и материала обделки, а также принятых методов производства работ. Одной из особенностей статической работы тоннельных обделок, определяющей выбор той или иной схемы, является взаимодействие подземной конструкции с окружающим грунтовым массивом. Это взаимодействие тем активнее, чем крепче грунты, в которых сооружается обделка.

Расчет обделок производится методом Метрогипротранса. Для этого предназначена программа РК-6. Она позволяет вести расчет на любые сочетания сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок.

Расчетная схема устанавливается путем замены криволинейного очертания обделки вписанным многоугольнике, сплошной активной нагрузке – сосредоточенными в узлах многоугольника силами. Упругая среда заменяется упругими опорами, расположенными в вершинах многоугольника, толщиной стержней одинаковой по длине.

6.2. Определение нагрузки и других параметров системы «обделка-грунт».

Для расчета системы на ЭВМ:

1. Определяются координаты узлов, (из расчетной схемы). Если нет обратного свода, один из стержней пяты закрепляют от перемещений по Х, что соответствует силам трения, действующим по пяте обделки.

2) Определяются вертикальные и горизонтальные нагрузки.

а) Вертикальное горное давление принимается равномерно распределенным по пролету выработки и определяется, как вес грунта в объеме вывала.

Рис. 2 Давление грунта

Расчет производится для обделки f=5

φ= 72.5 – кажущийся угол внутреннего трения.

=2.5 т/м³

В=6.65м =0.27 h=8.75

L=B+2*h*tg(45-/2);

L=6.65+2*8.75*tg(45-79/2)=8.33 м

h₁=L/2f;

h₁=8.33/(2*5)=0.833 м

Вертикальное горное давление принимаем равномерно распределенными по пролету выработки:

qн=*h₁=2.5*0.833=2.08 т/м²

q_с.в.= V_с.в.*_б /В = 25.25/6.65=3.8 т/м²

1. Выбор вв в соответствии с геологическими и гид­рогеологическими условиями заложения тоннеля .

2. Определение удельного расхода вв с учетом его рабо­тоспособности по

формуле:

_qo=(0.3*(5) ^½_+2/(48) ^½_{)*1.2*1.1*1.5=1.9 кг/м}³

Ψ=1.1—коэффициент влияния плотности заражения (при за­ряжении обычными патронами Ψ=1,1, при пневмозарядке рассыпными ВВ, Ψ=1);

ω—коэффициент структуры и трещиноватости грунто­вого массива, равный в монолитных грунтах-- 1,8—2, в слаботрещиноватых—1,0—1,8, в трещиноватых 0,8--1,0, в сильнотрещиноватых—0,6—0,8;

S=48 м²—площадь сечения забоя.

3. Определение линии наименьшего сопротивления (лнс) отбойных шпуров по формуле, м:

Wo=52*0.8*0.046*_(1200/(2500*_1.2*_1.5)) ^½_=1м

где k=0.8—коэффициент зажима (0,7—0,9);

d =0.046— .диаметр шпура, м;

γ=2500— объемная масса грунта, кг/м³;

∆ =1.2 г/см³=1200кг/м³--плотность взрывчатого вещества,кг\м³ ,определяемый из таблицы.

4.Выбор конст­рукции вруба и опре­деление расстояния между шпурами.

Взрываемый грунт зажат окружающим горным массивом, поэтому целесообраз­но образовывать дополнительные по­верхности обнажения, освобождающие грунт от зажима и облегчающие условия, его взрывания.

Для этого в первую очередь взрывают более глубокие врубовые шпуры, схо­дящиеся под углом а и имеющие боль­шие заряды, создавая в забое врубовую воронку. Остальные шпуры (отбойные) работают при взрыве с уменьшенной ЛНС и разрушают грунт более эффективно. Отбойные шпуры де­лят на вспомогательные и контурные.

В результате взрывания комплекта шпу­ров забуренных на его глубину забой продвигается на глубину заходки W_з.

Выбор врубов.

Выбор конструк­ций врубов опреде­ляется структурно-гео­логическими условия­ми, формой и размера­ми сечений выработок и типом бурового оборудования .

При применении для обуривания забоя мощных бурильных установок и тяжелых бурильных машин следует применять прямые врубы. Для достижения хорошего дробления и раскладки взорванной грунтовой массы в забое вруб следует располагать в сере­дине выработки.

Тип вруба выбирается с учетом удобст­ва бурения врубовых шпуров. В гори­зонтальных выработках наиболее удоб­ны для бурения горизонтальные шпу­ры; в вертикальных стволах шахт — шпуры, буримые сверху вниз; в верти­кальных ходках — шпуры, буримые сни­зу вверх с помощью телескопных пер­фораторов. Поэтому в горизонтальных выработках рекомендуется применение вертикального и центрального клиновых врубов, дающих хорошие результаты при разном направлении слоистости; в вер­тикальных стволах — пирамидальный вруб; в вертикальных ходках, обуриваемых снизу, призматический вруб. Если применение клинового вруба ог­раничивает глубину заходки, целесооб­разен переход к прямым врубам.

1. Обоснование выбора метода производства работ на первом участке.

На этом участке залегает мергель мягкий с коэффициентом крепости f=1.2. Для данного участка выбираем способ опорного ядра, сущность которого сводится к разработке грунта по контуру выработки с опиранием временной крепи на ненарушенный грунт (ядро) в средней части сечения и возведением обделки по частям, начиная со стен.

К достоинствам способа опорного ядра следует отнести его надежность, обеспечивающую безопасность проходки в самых сложных геологических условиях, а также возможность сооружения обделки без подводки ее элементов, начиная со стен, и хорошее осушение массива. В случае необходимости можно в первую очередь сооружать обратный свод в поперечных сбойках между продольными штольнями.

К недостаткам способа опорного ядра относятся его неэкономичность, связанная с разработкой большой части сечения в штольнях, стесненность работ, затрудняющая достижение высокого качества обделки (особенно при большом числе рабочих швов), и низкая скорость сооружения тоннеля.

7.2 Обоснование выбора метода производства работ на втором участке.

На этом участке залегает сланцевый кварцит слаботрещиноватый с крепостью f=12. Длина участка L2 = 700 м. В связи с тем, что выработка устойчивая применяется на этом участке способ сплошного забоя без временного крепления, как наиболее эффективный. (Описание этого способа см. ниже).

7.3 Обоснование выбора метода производства работ на третьем участке.

На этом участке залегает ангидрид трещиноватый крепостью f=5. Длина участка L3= 560 м .Для этого способа проходки произведена детальная разработка проекта организации работ.

8. Буровзрывные работы

8.1 Определение параметров буровзрывных работ

Цикл буровзрывных ра­бот представляет собой ряд последо­вательных операций, производимых для разрушения забоя на некоторую глубину, называемую глубиной заходки. В состав цикла входят основные ра­боты (установка бурового инструмента, бурение, заряжание и взрывание шпу­ров, проветривание забоя после взрыва, оборка контура и забоя выработки, убор­ка взорванного грунта и в случае не­обходимости установка временной кре­ни) и вспомогательные (наращивание путей, кабелей и трубопроводов, водо­отлив и операции по разбивке оси и се­чений выработки). Вспомогательные ра­боты ведут одновременно с основными, их производство не влияет на продол­жительность цикла.

Разработка полускальных и скальных грунтов с коэффициентом крепости, равным или более 2, осуществляется, как правило, буровзрывным способом.

Эффективность проходки тоннелей во многом определя­ется правильным выбором параметров буровзрывных работ, к которым относятся: взрывчатые вещества (ВВ) и средства взрывания (СВ), количество, глубина и диаметр шпуров, схема их расположения

в забое и конструкции зарядов.

С целью получения контура выработки близкого к про­ектному, уменьшения переборов

и снижения сейсмического воздействия на окружающий выработку массив следует ис­пользовать технологию контурного взрывания .

В качестве расчетных параметров БВР принимаются:

q₀—удельный расход ВВ, кг/м3;

W—линия наименьшего сопротивления (ЛНС), м;

а—расстояние между шпурами, м;

N—количество шпуров, шт.;

q—расход ВВ, кг.

При проходке тоннелей и штолен способом сплошного забоя указан­ные параметры рекомендуется определять в следующем по­рядке.

6.4. Проверка расчета на прочность сечений обделки по предельным состояниям.

Для проверки прочности сечения конструкции необходимо провести расчет по предельным состояниям. Сущность метода заключается в том, что прочность сечения элементов конструкции устанавливается на основании сопоставления величин, полученных в статическом расчете и предельных усилий, которые способно выдержать, то или иное сечение конструкции. Предельное усилие в сечении зависит от материала элементов, конструкции, геометрических размеров сечения, коэффициент условия работы материала, от эксцентриситета положения нормальной силы.

Расчет проводится по первому предельному состоянию. В данном случае проверяем на прочность. Расчет по второму предельному состоянию производиться в особых условиях. Проверка конструкций проводится в двух сечениях в шелыге свода и в стене обделки, где эксцентриситет максимальный.

Проверка в шелыге свода:

Для проведения расчета необходимо вычислить эксцентриситет.

е=M/N

Первый расчет производится в случае больших эксцентриситетов

Для первого стержня:

е= 0.2647 м

Проводим проверку.

h=0,4 м – толщина обделки.

е=0.2647>0.45*h=0.18 м

Так как эксцентриситет больше чем 0,45*h, то расчет производиться по формуле: Nn=1.75*m(K*Rp*b*h)/((6*e/h)-0.8);

Rp – прочность сечения (выбирается из СНиП 2.05.0-84), в данном случае для класса бетона В25 Rp=10кгс/см^2;

m =0.9 – коэффициент условия работ;

;

B=100 см – ширина сечения;

h – высота сечения;

Nn=1.75*0.9*(1*1*0.4*75)/((6*0.2647/0.4)-0.8) = 14.9

14.9>-12.671

Проверка выполнена.

Второй расчет производиться в случае малых эксцентриситетов.

В данном случае это стержень 2–3

e=0.1471;

Проводим проверку.

h=0.4 м – толщина обделки.

e=0.1471 <0.45*h=0.2025 m;

Так как эксцентриситет меньше, чем 0.45*h, то расчет производиться по формуле:

N=0.9*1(0.4-2*0.1471)*900=85.7

85.7>-18.662

Проверка выполняется, значит прочность сечения обделки обеспечивается.

7. Производство работ по сооружению тоннеля. Обоснование выбора способа производства работ на участках

Выбор способа производства работ зависит от следующих условий:

1. Инженерно-геологических условий.

2. Размеров выработки.

3. Конструкции временной крепи.

4. Конструкции и технологии возведения постоянной обделки.

Сооружение тоннелей подковообразного очертания может производиться следующими способами:

в полускальных:

• способ полностью раскрытого сечения

• способ опёртого свода

• способ опорного ядра

• способ опёртого свода с опережающей калоттой

в скальных породах:

• способ сплошного забоя

• способ ступенчатого забоя

• способ нижнего уступа

• способ центральной штольни