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.

Тоннель железнодорожный однопутный;

Радиус кривой R = 900 м;

Руководящий уклон i_max = 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 i_min = 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:

i_т = m · i_р – i_экв = 0,85 · 14 – 1 ≈ 11 ‰.

где i_р = 14 ‰ – руководящий уклон;

i_экв = 1 ‰ – уклон, эквивалентный сопротивлению движения на кривой.

На подходах к тоннелю идём с максимальным уклоном i_т = 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 H_max = 10–15 м, а в грунтах с коэффициентом крепости f > 3 составляет H_max = 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 L_т = 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 С_к – 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);

l_i – длина участка тоннеля, м;

V_i – скорость локомотива на данном участке, м;

• при движении на спуск V_i = 25 м/с;

• при движении на подъём V_i = 5,6 м/с;

k_i – количество сжигаемого топлива; k = 0,2 кг/c при движении на подъём,

k = 0,01 кг/c при движении на спуск.

q_co – количество окиси углерода, выделяемое при сгорании 1 кг топлива;

в курсовом проекте q_co = 0,26–0,77. Принимаю q_co = 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. t_т < 15 мин, то С_к = 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 слу­жит тоннель, вдоль которого перемеща­ется воздух.

Эффективность продольной вентиля­ции в значительной степени зависит от направления и силы естественной тяги, а также от поршневого эффекта подвиж­ного состава. Для приспособления к этим факторам обычно применяют вен­тиляционные установки реверсивного типа, позволяющие изменять направле­ние подачи воздуха в соответствии с кон­кретной обстановкой в тоннеле.

Для усиления эффективности искус­ственной вентиляции наиболее целесообразна подача воздуха в тоннель в на­правлении движения подвижного соста­ва с использованием его поршневого эффекта. Однако в однопутных желез­нодорожных тоннелях с тепловозной тя­гой рекомендуется подавать воздух на­встречу 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.