Материал: КР пособие_2016_тоннели

- время нахождения локомотива в тоннеле в секундах с учетом движения на участках с различными уклонами.

Расчетные скорости движения поезда: на подъем с i_max= 15%_o V_п = 20км/ч (5,6 м/с), на площадке и спуске – V_с = 90 км/ч (25м/с). Расчетная скорость при движении поезда на на подъем с уклоном i_i может быть определена путем интерполяции из выражения:

.

В зависимости от времени нахождения локомотива в тоннеле определяется ПДК окиси углерода по таблице 3.1.

Расчетом определяется количество воздуха, подаваемого для проветривания.

К моменту выхода локомотива из тоннеля концентрация вредных газов составит:

, г/м³,

где С_к - предельно допустимая концентрация СО, г/м³;

- количество вредного газа, выделенного в тоннеле, г;

K_i - количество сжигаемого топлива в тоннеле (кг/с), при движении на подъем К= 0,2 кг/с, на спуск - К= 0,01 кг/с;

U= F_Т . L_Т - объем транспортной зоны тоннеля, м³;

F_Т - площадь транспортной зоны тоннеля, м²;

L_Т - длина тоннеля, м.

Для того, чтобы к концу расчетного времени проветривания t = 15 мин. (900с.) в тоннеле установилась предельно допустимая концентрация СО, необходимо подать свежий воздух в объеме:

, м³/с.

Количество воздуха, определенное расчетом для проветривания железнодорожных тоннелей, может быть уменьшено на 20–30%, так как некоторое количество вредных газов уносится из тоннеля поездом.

Скорость воздуха в тоннеле:

4. Проектирование тоннельных конструкций. Проектирование тоннельных конструкций для горного/щитового способа сооружения тоннеля. Выбор и обоснование конструктивных решений обделки (внутреннее очертание, форма, размеры сечений, материал тоннельных обделок). Обоснование конструктивного решения порталов. Дополнительные сооружения в тоннеле.

Внутренние размеры обделок железнодорожных тоннелей должны соответствовать габариту приближения строений "С" (рис.4.1), 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 [1, с. 64].

Размеры, показанные в виде дроби, означают: в числителе – для контактной подвески с несущим тросом, в знаменателе – без несущего троса.

На криволинейных участках пути габарит "С" должен быть увеличен вследствие наклона вагона и выноса его концов и середины в стороны от оси (рис. 4.2). Наклон вагона обуславливается возвышением h наружного рельса, которое назначают в зависимости от наибольшей скорости движения, допускаемой на кривой данного радиуса.

Рис.4.2. Габарит приближения строений "С" на криволинейном в плане участке пути.

В двухпутных тоннелях необходимо также увеличить междупутье [1, рис. 55]. Вертикальная линия, проведенная через середину отрезка, соединяющего крайние точки уширенного габарита, является осью тоннеля.

Между внутренним контуром обделки и угловыми (критическими) точками габарита должен быть обеспечен некоторый зазор, гарантирующий от появления негабаритности из-за неточности строительных работ и деформаций конструкции. В слабых породах этот запас достигает 15 см, в крепких скальных – 5…10 см.

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 их контуров.

Основными из этих правил являются требования плавного изменения оси обделки и ее подъемистая подковообразная форма при преобладании вертикальных нагрузок [1, с. 65–68]. При отсутствии бокового горного давления стены подковообразной обделки могут проектироваться вертикальными, а свод очерчивается по круговой кривой (однопутные железнодорожные тоннели) или трехцентровой кривой (двухпутные железнодорожные и автодорожные тоннели) [1, рис. 58,а, б].

При воздействии вертикального бокового горного давления обделки однопутных железнодорожных тоннелей имеют внутреннее очертание в виде подъемистого свода, контур которого очерчивается по пяти- или трехцентровой коробовой кривой [1, рис. 58,в, г]. Обделкам двухпутного железнодорожного или автодорожного тоннелей в этих условиях обычно придают форму трехцентровой коробовой кривой [1, рис. 58,5, е].

При курсовом проектировании рекомендуется первоначально построить несколько вариантов внутреннего очертания обделки, руководствуясь приведенными выше положениями, а также требованиями, изложенными в [1, с. 65–68]. При этом, в качестве образцов могут быть использованы внутренние очертания обделок, приведенные в [1, с. 72—77]. Установив наиболее рациональный и экономичный вариант, следует подобрать радиусы круговых кривых и привязать их центры (к вертикальной оси обделки и уровню головки рельсов или проезжей части) таким образом, чтобы вычерченный контур с максимальным приближением описывал предварительно намеченный. Окончательно значения радиусов кривых и размеры, привязывающие их центры, устанавливаются графически по чертежу.

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, устраиваются верхнее строение пути и водоотводные лотки [1, с. 82—84].

Основными материалами для сооружения обделок горных тоннелей являются монолитный бетон, железобетон и набрызгбетон. 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.

Значения класса бетона по прочности на сжатие следует применять не ниже:

В15 - для бетонных монолитных и набрызгбетонных обделок, порталов;

В25 - для железобетонных монолитных обделок.

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

Для предварительного назначения геометрических размеров обделок из монолитного бетона в курсовом проекте можно пользоваться данными табл. 4.1. В скальных породах с коэффициентом крепости более f 4, при курсовом и дипломном проектировании допускается проработать варианты облегченных обделок, используя данные таблицы 4.2.

В пояснительной записке необходимо указать протяженность участков с однотипной обделкой с привязкой их к пикетажу и дать краткое обоснование принятых конструктивных решений на основе их технической и экономической оценки.

Технические характеристики выражаются в основном показателями натуральными, к которым могут быть отнесены: соответствие очертания обделки и размеров сечений инженерно-геологическим условиям, вид и расход материалов, степень механизации и индустриализации работ по возведению обделки, производительность и затраты труда и т. п.

Таблица 4.2.

Конструкция обделок из набрызгбетона

Примечание. При всех типах обделки покрытие из набрызгбетона должно быть выполнено по металлической сетке.

Экономические характеристики выражаются преимущественно денежными показателями, которые в курсовом проекте определяются подсчетом стоимости 1 пог. м обделки каждого типа по укрупненным расценкам на основные работы.

Стоимость 1 пог. м обделки

Водоотводные устройства и гидроизоляция тоннелей осуществляется согласно рекомендациям, приведенным в [1, с. 78–84] .

В целях безопасности обслуживающего персонала в железнодорожных тоннелях предусматриваются ниши, располагающиеся через 60 м с каждой стороны в шахматном порядке. Для хранения ремонтного оборудования и укрытия дрезины через каждые 300 м по обеим сторонам железнодорожного тоннеля вместо ниш сооружаются камеры. По этой же схеме устраиваются камеры в автодорожных тоннелях.

Конструкции порталов проектируется с учетом местных геологических и гидрогеологических условий и устойчивости откосов. Основные сведения о проектировании порталов тоннеля изложены в [1, с. 84–85].

5. Определение несущей способности обделки

(по указанию руководителя проектирования).

Расчетная схема тоннельной обделки должна соответствовать условиям работы сооружения, технологии проходки, возведения обделки, учитывать характер ее взаимодействия с окружающим грунтом. В зависимости от степени влияния перечисленных факторов на напряженно-деформированное состояние конструкции, расчетными моделями могут служить модели с заданной нагрузкой, основанные на положениях строительной механики, или модели, основанные на положениях механики сплошной среды. Этим двум моделям соответствуют два режима работы обделки: работа в режиме заданных нагрузок и работа в режиме взаимовлияющих деформаций.

В курсовом проекте обделка рассчитывается в плоской постановке задачи в предположении ее работы в режиме заданных нагрузок с учетом упругого взаимодействия с грунтом.

5.1. Определение нагрузок

Расчет конструкций обделок следует производить на наиболее невыгодное, но реальное, сочетание нагрузок и воздействий, которые могут действовать одновременно при строительстве или эксплуатации сооружения. При этом следует рассматривать основные и особые сочетания нагрузок.

Основные сочетания состоят из постоянных нагрузок и воздействий (нагрузок от горного давления, наружного гидростатического давления, собственного веса конструкции и насыпного грунта, сохраняющихся усилий от предварительного обжатия обделки); длительно действующих временных нагрузок (нагрузок от морозного пучения грунта, от температурных деформаций, от усадки бетона и так далее) и кратковременных нагрузок (от веса транспортного и монтажного оборудования, давления щитовых домкратов, нагнетания раствора за обделку и т.п.).

Особые сочетания состоят из постоянных нагрузок и воздействий, наиболее вероятных временных и одной из особых нагрузок (сейсмического или взрывного воздействия; нагрузок, вызванных неравномерными деформациями основания и т.п.).

Все нагрузки, входящие в состав основных и особых сочетаний, являются нормативными. В соответствии с действующими нормами статический расчет тоннельных обделок по первой группе предельных состояний (на прочность и устойчивость) производят на расчетные нагрузки, которые определяются умножением их нормативных значений на коэффициенты надежности по нагрузке (таблица 5.1).