Комплексная механизация работ по возведению земляного полотна железной дороги

Размещено на http://www.allbest.ru/

РОАТ МИИТ

Факультет «Транспортные сооружения и здания»

(ТС и З)

Кафедра «Строительная механика, машин и оборудование»

КУРСОВАЯ РАБОТА

тема:

«Комплексная механизация работ по возведению земляного полотна железной дороги»

по дисциплине:

«Комплексная механизация и автоматизация путевых работ»

специальность:

170900. Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование (см)

Выполнил

Студент VI курса группы 6(СМ)₃ (шифр 0740 - СМ - /

Рецензент

Доцент, канд. техн. наук /А. Д. Хамоев/

Ярославль 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Техническое задание

Введение

1. Анализ и подготовка продольного профиля участка железной дороги

1.1 Краткая характеристика участка работ

1.2 Подготовка продольного профиля участка железной дороги

2. Определение объёмов выемок и насыпей на участке и распределение земляных масс

2.1 Определение основных объёмов земляных работ

2.2 Определение дополнительных объёмов земляных работ

2.2.1 Дополнительные объёмы из-за косогорности участка

2.2.2 Дополнительный объём, вызванный уширением земляного полотна

2.2.3 Дополнительный объём, вызванный уширением земляного полотна на подходах к мосту

2.2.4 Дополнительный объём, вызванный компенсацией срезки растительного слоя

2.3 Определение границ участков и распределение земляных масс

2.3.1 Определение границ участков

2.3.2 Распределение земляных масс

2.4 Определение рабочей кубатуры и средней дальности возки

2.4.1 Определение рабочей кубатуры

2.4.2 Определение средней дальности возки

3. Разработка и выбор наиболее эффективных вариантов механизации на рабочих участках

3.1 Выбор вариантов комплектов машин

3.2 Определение состава комплектов машин

3.2.1 Разработка грунта экскаваторным комплектом

3.2.2 Разработка грунта скреперным комплектом

3.2.3 Расчёт годовой производительности

3.3 Сравнение технико-экономических показателей

3.3.1 Капитальные вложения

3.3.2 Себестоимость единицы конечной продукции

3.3.3 Удельные капиталовложения

3.3.4 Приведённые удельные затраты

4. Автоматизация процесса управления рабочим органом машины

5. Производство подготовительных работ

6. Техника безопасности при сооружении земляного полотна

7. Экологические требования при выполнении земляных работ

7.1 Снижение степени загрязнённости воздуха

7.2 Снижение степени загрязнённости воды

7.3 Снижение степени шумового загрязнения

Выводы

Список использованной литературы

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

Цель и задачи проекта

Разработать проект комплексной механизации работ по возведению земляного полотна железной дороги.

Задачей проекта является - вариантная проработка решений по выбору оптимальной технологической схемы организации выполнения объёмов работ в установленный срок с целью достижения наиболее эффективных удельных показателей на единицу продукции с соблюдением при этом требований нормативной и законодательной базы, в том числе и в вопросах техники безопасности и охраны окружающей среды [1, 2].

Исходные данные

Проект выполнить при следующих исходных данных [1]:

- номер профиля пути № 8

- количество путей 2

- группа грунта 2

- директивный срок производства основных работ 33 рабочих суток

- число рабочих смен в сутках 2

- автоматизация процесса управления рабочим органом отвал автогрейдера

Требования к выполнению проекта

Работа должна состоять из расчётно-пояснительной записки объёмом от 20 до 30 страниц и одного листа чертежей и схем формата А1.

Графическая часть должна отражать[3, 4, 5]:

- продольный профиль железной дороги;

- графики объёмов земляных работ;

- технологические графики;

- схемы организации работ.

Оформление работы должно соответствовать требованиям ГОСТов и ЕСКД.

ВВЕДЕНИЕ

Результативность любой отрасли и экономики страны в целом предопределяется множеством факторов, особенно состоянием производственных сил, основу которых составляют трудовые и материально-технические ресурсы.

По мере роста масштабов вовлекаемых, в производство ресурсов - весьма актуальными становятся проблемы качественного развития производительных сил, в первую очередь, средств механизации и автоматизации труда и повышения эффективности их использования. Эти проблемы непосредственно касаются транспортного строительства и путевого хозяйства железных дорог.

На современном этапе повышения эффективности путевого хозяйства достигается за счет воплощения таких тенденций, как:

- совершенствование конструкции пути и придание ему большей надёжности и стабильности;

- реновация и повторное использование части материалов верхнего строения пути;

- реформирование организационно-производственной структуры хозяйства с увеличением зоны обслуживания предприятий и перераспределением работ;

- рост уровня механизации и автоматизации путевых работ с пополнением предприятий техникой нового поколения;

- реструктуризации ремонтно-эксплуатационной базы машинных парков.

Бесперебойность, безопасность и высокие скорости движения поездов во многом зависят от работоспособности железнодорожного пути, которая обеспечивается системой периодических ремонтов и повседневного текущего содержания. Важнейшей частью этой системы является комплексная механизация и автоматизация путевых работ [3 - 5].

Цель работы - овладеть систематизированными знаниями по комплексно механизированным и автоматизированным производственным процессам в путевом хозяйстве и транспортном строительстве, взаимосвязи технологических, организационных и технических воздействий на эти процессы, методологии обоснованного комплектования средств труда, обеспечивающего его интенсификацию и максимально возможное повышение эффективности работ [3 - 5].

1. АНАЛИЗ И ПОДГОТОВКА ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ УЧАСТКА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

1.1 Краткая характеристика участка работ

Прокладываемая трасса имеет протяжённость - 3 км (с 21 км по 24 км или с ПК 810 по ПК 840).

Большая часть трассы (протяжённостью 2,6 км) проходит через крупные лесные массивы.

Первые 1,05 км (с 21 км по 22 км + 50 м) трасса проходит с небольшим перепадом высот (от - 2,059 м до + 2,82 м) через дубовый лес средней густоты.

Диаметры стволов - более 30 см, плотность лесонасаждений - 200 деревьев на 1 га.

Далее, на протяжении 0,41 м (с 22 км + 50 м по 22 км ПК 4 + 60 м), на косогоре и в пойме водотока, расположен луг.

Оставшиеся 1,54 км (с 22 км ПК 4 + 60 м по 24 км) трасса проходит через хвойный лес средней густоты, расположенный частично в пойме водотока (0,24 км), частично - на возвышении (0,65 км) и частично - в овраге (0,65 км). Перепад высот относительно проектных отметок составляет от - 10,2 м в овраге до + 8,67 м на возвышенности.

Диаметры стволов - более 30 см, плотность лесонасаждений - 200 деревьев на 1 га.

На участке имеются два искусственных сооружения: однопролётный железобетонный мост с отверстием 50 м (ПК 824 + 50 м) и одна железобетонная труба с диаметром отверстия 1,5 м (ПК 835 + 00 м), расположенная на дне оврага.

Участок представлен тремя выемками и четырьмя насыпями.

Общая протяжённость насыпей - 1,6 км (более половины участка - 63 %) с наибольшими высотами соответственно - 2,48 м, 2,49 м, 10,85 м и 10,2 м.

Основные объёмы насыпи сосредоточены на подходах к мосту, максимальная высота насыпи - в зоне водотока и составляет 10,85 м (314,4 - 303,55 = 10,85 м).

Общая протяжённость выемок - 1,4 км (менее половины участка - 47 %) с наибольшими глубинами соответственно - 2,59 м, 2,74 м и 8,74 м.

Более 84 % участка - прямые.

На 21-м километре с ПК 3 + 60 м по ПК 8 + 15 м расположена одна кривая радиусом 1000 м длиной 465 м.

Проектный уклон трассы составляет:

- на первых 1,6 километрах -

или 0,02 ‰;

- на следующих 0,75 км -

или 1,33 ‰;

- на последних 0,65 км - .

Крутизна местности (косогорность участка) вдоль всей трассы в ТЗ не задана, поэтому принимаем:

- на участке водотока (на 22-м километре с ПК 1 по ПК 7) местность практически горизонтальной, т. е. косогорность в пределах насыпной призмы равной нулю;

- в зоне оврага (на 23-м километре с ПК 4 до ПК 10) местность также участке практически горизонтальной, т. е. косогорность в пределах призмы равной нулю;

- на всех остальных участков трассы крутизну местности принимаем равной 1 : n = 1 : 0,05.

Грунт на протяжении всего участка - 2-ой группы т. е. суглинки с щебнем до 10 %.

Срок выполнения работ установлен - 33 рабочие сутки с учётом времени на подготовительный и отделочный периоды.

1.2 Подготовка продольного профиля участка железной дороги

Подготовка продольного профиля участка железнодорожной линии заключается в делении его на части, имеющие однотипные поперечные профили земляного полотна или на элементарные участки и фиксации пикетного положения всех характерных точек [3, 6].

С этой целью на продольный профиль, имеющий все числовые характеристики для дальнейших расчётов, нанесены поясняющие надписи:

- отметки земли, проектные отметки, пикеты и т. д.;

- отмечены искусственные сооружения и их тип;

- отмечены места изменения продольных уклонов существующей поверхности земли;

- отмечены места перелома проектной профильной линии;

- отмечены начало и конец кривой;

- границы уширения насыпи на подходах к мосту с обеих сторон;

- определены положения задних граней устоев мостов и нулевых точек.

Отметки земли, проектные отметки, пикеты и т. д., а также искусственные сооружения и их тип отмечены на заданном продольном профиле пути.

Нулевые точки (место перехода насыпей в выемки и выемок в насыпи) определяем по рисунку 1 с использованием формулы [3]:

Х₁ = , (1)

где Х - расстояние от начала пикета до нулевой точки, м;

L - расстояние между пикетами, м;

Н₁ и Н₂ - рабочая отметка выемки и насыпи между которыми находится нулевая точка, м.

Рисунок 1. - Схема для определения положения нулевых точек

На продольном профиле расположено семь нулевых точек:

Х₁ = = = 49,30 м (21 км ПК 1 + 49,3 м);

Х₂ = = = 32,35 м (21 км ПК 5 + 32,35 м);

Х₃ = = = 50,45 м (21 км ПК 7 + 50,45 м);

Х₄ = = = 25,03 м (22 км ПК 1 + 25,03 м);

Х₅ = = = 76,97 м (22 км ПК 6 + 76,97 м);

Х₆ = = = 64,02 м (23 км ПК 3 + 64,02 м);

Х₇ = = = 101,51 м (24 км + 1,51 м).

Седьмая нулевая точка расположена за отметкой 24 километр на расстоянии 1,51 м (24 км + 1,51 м), т. е. она расположена за пределами нашего расчётного участка. Поэтому, данная нулевая точка в дальнейших расчётах принята не будет.

Длина моста составляет L = 50 м, расстояние от близлежащего пикета (отметка 22 км ПК 4) до оси моста - а = 56 м, тогда пикетное положение устоев оного будет:

- левый устой моста (ЛУМ) -

ПК 4 + (56 - 0,5 · L) = ПК 4 + 31 м;

- правый устой моста (РУМ) -

ПК 4 + (56 + 0,5 · L) = ПК 4 + 81 м.

Поскольку отверстие моста составляет 50 м и высота насыпи достигает 10,85 м, то места расположения задних граней устоев моста можно определить ориентировочно по формуле, применяемой для случая мостов с отверстием более 10 ми при высоте насыпи более 6 м:

L = l + 1,5 · (Х_лев + Х_пр) (2)

где L - длина моста между задними гранями устоев, м;

l - отверстие моста, м;

Х_лев и Х_пр - рабочие отметки задних граней устоев моста, м.

Для определения отметок земли Х_лев и Х_пр устоев моста используем соотношение (рисунок 2):

Х_лев. = Н_о - , (3)

где Н_о - рабочая отметка оси моста, равная 10,42 м;

а - расстояние от близлежащего пикета до оси моста, 56 м и 44 м.

Таким образом, отметки земли Х_лев. и Х_прав. устоев моста:

Х_лев. = Н₀ - = 10,42 - = 10,61 м;

Х_прав. = Н₀ - = 10,42 - = 10,01 м.



Рисунок 2. - Схема для определения местоположения устоев моста

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЁМОВ ВЫЕМОК И НАСЫПЕЙ НА УЧАСТКЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗЕМЛЯНЫХ МАСС

2.1 Определение основных объёмов земляных работ

Объёмы земляного полотна зависит от типа поперечного профиля и величины рабочих отметок на прямых и кривых участках пути.

Объёмы земляных работ определялись по нижеприведённым формулам для каждой типовой ширины земляного полотна, при разных рабочих отметках насыпей и выемок по [7 - 9].

В основу т расчётов положена приближённая формула [6]:

V = , (4)

где F₁ и F₂ - площади крайних поперечных сечений, м²;

L - Расстояние между поперечными сечениями, м.

Для расчётов за крайними сечениями являются - сечения, располагающиеся на границах элементарных участков, т. е. - в нулевых точках, на границах задних граней устоев мостов, начала и конец кривой, в местах изменения уклонов. За отсутствие оного - попикетно.

Из опыта эксплуатации [6] и по рекомендациям [7] для II-ой группы грунтов принимаем следующие уклоны откосов поперечных сечений профиля земляного полотна:

для насыпи:

- при высоте насыпи до 6 метров - крутизна откосов постоянная и равна 1 : m₂ = 1 : 1,5;

- при высоте насыпи до 12 метров - крутизна откосов переменная и равна в верхней части 1 : m₂ = 1 : 1,5 и в нижней части 1 : m₁ = 1 : 1,75;

для выемки:

- при высоте откоса выемки до 12 метров - крутизна откосов постоянная и равна m = 1,5.

При соблюдении нормативных размеров, установленных для наиболее распространённых условий, расчёт объёмов земляных работ производим по формулам проф. С. П. Першина [3, 6], применяемых для упрощённого подсчёта объёмов земляных работ.

Объём земляных работ для насыпи рассчитываем по формуле (5):

где b - ширина основной площадки земляного полотна по верху, м;

Н₁ и Н₂ - рабочие отметки крайних сечений, м;

m₁ и m₂- показатели крутизны откосов - до 6-ти метров насыпи и

до 12-ти метров равные соответственно

при

Н ? 6 м.

т₁ = т₂ = 1,5,

при

6 м <Н ? 12 м

т₁ = 1,75 т₂ = 1,5;

F_сп - площадь поперечного сечения сливной призмы, м².

Ширина основной площадки земляного полотна (ширина насыпи по верху) - b при расположении на ней двух главных путей для грунта II-ой группы и I-ой категории линий по СНиП II-Д.1-62 [10] равна 11,1 м (смотри рисунок 3), но для некоторого упрощения расчётов принимаем

b = = + 4,1 + = 11,2 м,

где 4,1 - стандартное расстояние между осями путей, м.

Рисунок 3. - Типовой профиль балластного слоя из щебня на подушке из песчаного балласта при железобетонных шпалах и тяжёлом типе верхнего строения пути на прямой [9]

Площадь поперечного сечения сливной призмы F_сп для однопутных линий

F_сп = = [0,075 · (b₁ + 2,3)] = [0,075 · (7,1 + 2,3)] = 0,705 м². (6)

Для двух путных линий площадь поперечного сечения сливной призмы

2 · F_сп = 2 · = 2 · 0,705 = 1,41 м².

С учётом вышеприведённых выкладок, формула (5) имеет вид:

(7)

Объём земляных работ для выемки рассчитываем по формуле (8) [3, 6]:

, (8)

где B - ширина выемки на уровне бровки полотна, м;

F_к - площадь поперечного сечения кювета, м².

F_сп - площадь поперечного сечения сливной призмы, м².

Площадь поперечного сечения кювета [3, 6].:

F_к = = = 0,78 м² , (9)

где c - ширина кювета по дну, принимаем равной 0,4 м;

h - глубина кювета, принимаем равной 0,6 м;

а - ширина кювета по верху, при крутизне откосов -

т_к = т = 1,5,

равная

а = c + 2 · h · т_к = 0,4 + 2 · 0,6 · 1,5 = 2,2 м.

Ширина выемки на уровне бровки полотна (ширина выемки понизу с учётом устройства кюветов) - B, равна

B = b + 2 · а = 11,2 + 2 · 2,2 = 15,6 м.

С учётом вышеприведённых выкладок, формула (7) имеет вид:

,

. (10)

Вычисленные основные объёмы земляных работ на элементарных участках по формулам (7) и (10) занесены в ведомость подсчётов основных объёмов насыпей и выемок (таблица 1).

Из продольного профиля и результатов расчётов в таблице 2 видно, что на всём протяжении возводимого земляного полотна имеют место семь участков - четыре насыпи и три выемки.

Помассивные основные объёмы земляных работ по участкам составляют:

Таблица 1. - Ведомость подсчётов основных объёмов насыпей и выемок земляных работ на элементарных участках

Номер участка	Местоположение участка	Рабочая отметка, м	Длина участка, м	Пикетные объемы, м3	Ординаты графика суммарных объёмов, м3
				насыпь	выемка
Н1	21 км ПК 00	1,30
	01 (811)	2,48	100	-3157,34		-3157,34
	01+49,3	0	49,3	-1176,52		-4333,86
В1	02	-2,59	50,7		1201,897	-3131,96
	03	-3,55	100		6229,455	3097,492
	03+35	-2,32	35		2066,626	5164,117
	04	-2,68	65		3155,178	8319,295
	05	-1,10	100		3531,12	11850,42
	05+32,35	0	32,35		301,9873	12152,4
Н2	06	2,30	67,65	-1536,13		10616,27
	07	2,49	100	-3873,02		6743,253
	07+50,45	0	50,45	-1207,25		5536,003
В2	08	-2,74	49,55		1252,416	6788,419
	08+15	-2,60	15		787,467	7575,886
	09	-1,82	85		3572,397	11148,28
	22 км ПК 00	-2,82	100		4454,06	15602,34
	01 (821)	-2,08	100		4744,22	20346,56
	01+25,03	0	25,03		463,9861	20810,55
Н3	02	6,23	74,97	-4149,26		16661,29
	03	10,60	100	-18736,9		-2075,58
	04	10,85	100	-26997,4		-29073
	04+31	10,61	31	-8375,42		-37448,4
	04+81	10,01	50	0		-37448,4
	05	9,7	19	-4485,75		-41934,2
	06	3,81	100	-13813,2		-55747,4
	06+76,97	0	76,97	-2572,37		-58319,7
В3	07	-1,14	23,03		223,2022	-58096,5
	08	-4,40	100		5619,98	-52476,6
	09	-7,20	100		14207	-38269,6
	23 км ПК 00	-7,31	100		19228,21	-19041,4
	01 (831)	-8,74	100		22219,66	3178,294
	02	-8,67	100		24961,42	28139,71
	03	-6,60	100		20723,15	48862,85
	03+64,02	0	64,02		4699,708	53562,56
Н4	04	3,71	35,98	-1174,4		52388,16
	05	7,00	100	-9840,55		42547,61
	06	10,20	100	-19247,8		23299,81
	07	8,08	100	-21049,2		2250,572
	08	7,29	100	-16153,2		-13902,6
	09	4,72	100	11420,61		-25323,2
	24 км ПК 00	0,07	100	-4142,85		-29466,1
Помассивные объёмы:	Насыпь, м3	Выемка, м3
	Н1 = 4333,85	В1 = 16486,26
	Н2 = 6616,39	В2 = 15274,55
	Н3 = 79130,29	В3 = 111882,31
	Н4 = 83028,60
Полный объём:	Н = 173109,14	В = 143643,12

насыпь

- участок I -

V_н1 = Н₁ = 4333,85 м³

сооружение полотно железный дорога

- участок II -

V_н2 = Н₂ = 6616,39 м³

- участок III -

V_н3 = Н₃ = 79130,29 м³

- участок IV -

V_н4 = Н₄ = 83028,60 м³

- полный объём насыпи -

V_н = Н = 173109,14 м³

выемка

- участок I -

V_в1 = В₁ = 16486,26 м³

- участок II -

V_в2 = В₂ = 15274,55 м³

- участок III -

V_в3 = В₃ = 111882,31 м³

- полный объём выемки -

V_в = В = 143643,12 м³.

На рисунке 4 представлена график попикетных и помассивных основных объёмов земляных работ виде кривой.

На участке IV с основным объёмом насыпи

V_н4 = Н₄ = 83028,60 м³

расположена водопропускная труба.

Объём водопропускной трубы V определяем по формуле (рисунок 5):

V = F · L , (11)

где F - площадь, образуемая наружным обводом трубы, м²;

L - длина трубы, которая определяется в зависимости от принятого типа поперечного профиля насыпи в месте устройства трубы, м.

Рисунок 5. - Схема для определения объёма водоотводной трубы

Рисунок 4. - График попикетных и помассивных основных объёмов земляных работ

Из объёма насыпи на четвёртом элементном участке вычитаем объём водопропускной трубы V (Ж.Б.Т.) с отверстием 1,5 м, расположенной в овраге на отметке 23 км ПК 6 (ПК 835).

На этой отметке дна оврага высота насыпи составляет - 10,2 м.

Длина Ж.Б.Т. по оси равна

L_ЖБТ = b + 2 · m₂ · 6 + 2 · (10,2 - 6 - ) · m₁ = 11,2 + 2 · 1,5 · 6 + 6,7 · 1,75 = 40,9 м

Площадь, образуемая наружным обводом трубы равна

F = = 1,77 м²

Объём водопропускной трубы равен

V = F · L = 1,77 · 40,93 = 72,32 м³.

Объём насыпи на участке IV составляет

V_н4 = Н₄ - V = 83028,60 - 72,32 = 82956,28 м³.

2.2 Определение дополнительных объёмов земляных работ

В состав дополнительных объёмов работ входят:

- объёмы, образующиеся за счёт косогорности участка;

- объёмы, вызванные уширением земляного полотна;

- объёмы, вызванные уширением земляного полотна на подходах к мосту;

- компенсация срезки растительного слоя.

2.2.1 Дополнительные объёмы из-за косогорности участка

Дополнительный объём из-за косогорности участка (помимо основных размеров конструкции земляного полотна), главным образом, зависит от сочетания величин крутизны их откосов и поперечного уклона пересекаемой местности.

На поперечном профиле насыпи, расположенной на косогоре, дополнительный объём в общем виде определяется по формуле

V_кос = . (12)

При ширине основной площадки b = 11,2 м, крутизне откосов до 6 м. - т₂ = 1,5, а после 6-ти м - т₁ = 1,75, средней высоте насыпи по оси земляного полотна Н_ср и крутизне местности n - формула (12) имеет вид:

V_кос = =

V_кос = . (13)

2.2.2 Дополнительный объём, вызванный уширением земляного полотна

Дополнительный объём, вызванный уширением земляного полотна (Д) из-за возвышения наружной рельсовой нити в кривой, определяется в соответствии с нормативными требованиями по формуле:

V_кр = Н_ср · Д · L , (14)

где Н_ср - средняя величина рабочих отметок насыпи (выемки) на элементарном участке протяжённостью L;

Д - уширение земляного полотна для кривых радиусом от 700 до 1500 м равно 0,40 м.

2.2.3 Дополнительный объём, вызванный уширением земляного полотна на подходах к мосту

На подходах к мосту основную площадку земляного полотна (b) уширяем на 0,5 м в каждую сторону на протяжении 10 м от задней грани устоев, на последующих 25-ти метрах равномерно сводим до заданной ширины.

Объём дополнительных работ при этом составит для одного прохода

V_м = 5 · (Н₁ + Н₂) + 6,25 · (Н₂ + Н₃) (15)

где Н₁, Н₂, Н₃ - рабочие отметки соответственно у задней грани устоя, в 10-ти и 35-ти метрах от него.

Подставляя известные значения, получаем дополнительный объём, вызванный уширением земляного полотна на подходах к мосту:

- для левого подхода к мосту (Н₁ = 10,61 м, Н₂ = 10,63 м, Н₃ = 10,85 м)

V_м = 5 · (10,61 + 10,63) + 6,25 · (10,63 + 10,85) = 240,45 м³;

- для правого подхода к мосту (Н₁ = 10,01 м, Н₂ = 9,85 м, Н₃ = 8,94 м)

V_м = 5 · (10,01 + 9,85) + 6,25 · (9,85 + 8,94) = 216,74 м³.

Таким образом, дополнительный объём на третьем насыпном участке, вызванный уширением земляного полотна в районе подходов к мосту, составил для обоих проходов

V_м + V_м = 240,45 + 216,74 = 457,19 м³.

Итого объём насыпи на третьем участке составит

Н₃ = 79130,29 + 457,19 = 79587,48 м³.

2.2.4 Дополнительный объём, вызванный компенсацией срезки растительного слоя

Растительный и плодородный слой толщиной не менее 0,2 м снимаем на площади, ограниченной размерами основания насыпи или шириной верха выемки, а также верха резерва для случая его закладки для отсыпки насыпи.

Протяжённость таких участков принимаем ориентировочно по ситуационной схеме на продольном профиле.

Дополнительный объём, вызванный компенсацией срезки растительного слоя рассчитываем по формуле, которая в общем случае имеет вид:

V_р.с. = В · L · 0,2, м³.

Ширину основания насыпи определяем по её поперечному профилю и рассчитываем по формуле для общего случая, когда насыпь расположена на косогоре и крутизна её откосов с обеих сторон переменная:

В_н = . (16)

Подставляя в (16) известные значения получим

В_н = = . (17)

Ширину верха выемки определяем по её поперечному профилю и рассчитываем по формуле для общего случая, когда выемка расположена на косогоре и крутизна её откосов с обеих сторон одинаковая:

B_в = . (18)

где а - ширина бермы, равная 2,2 м.

Подставляя в (18) известные значения получим

В_в = = . (19)

Окончательные расчёты объёмов земляных работ сведены в таблицу 2 «Ведомость подсчёта объёмов земляных работ».

Поскольку полные объёмы земляных работ превышают основные не более чем на 10 %, поэтому все дальнейшие расчёты ведем, оперируя лишь основными объёмами на основе данных таблицы 1.

Таблица 2. - Ведомость подсчёта объёмов земляных работ

Номер участка	Местоположение участка	Рабочая отметка, м	Длина участка, м	Основные объёмы, м3	Дополнительные объёмы, м3	Полные объёмы, м3
					Поправка на косогорность	Уширение в кривой	Уширение на подходах к мосту	Снятие растительного слоя
				Н	В	Н	В	Н	В	Н	В	Н(+)	В(-)	Н	В
Н1	21 км ПК 00	1,30
			100	-3157,34								426		3583,3
	01 (811)	2,48
			49,3	-1176,52								190,3		1366,8
	01+49,3	0
			50,7		1201,897								-197,7		1004,2
В1	02 (812)	-2,59
			100		6229,455								-501		5728,5
	03 (813)	-3,55
			35		2066,626								-174,0		1892,6
	03+35	-2,32
			65		3155,178				120,0				-323,1		2952,1
	04 (814)	-2,68
			100		3531,12				75,6				-425		3181,7
	05 (815)	-1,10
			32,35		301,9873				7,1				-111,6		197,5
	05+32,35	0
			67,65	-1536,13				-31,1				257,7		1824,9
Н2	06 (816)	2,30
			100	-3873,02				-95,6				460		4428,6
	07 (817)	2,49
			50,45	-1207,25				-25,1				194,7		1427,1
	07+50,45	0
			49,55		1252,416				27,2				-195,2		1084,4
В2	08 (818)	-2,74
			15		787,467				16,2				-70,8		732,9
	08+15	-2,60
			85		3572,397								-380		3192,4
	09 (819)	-1,82
			100		4454,06								-452		4002,1
	22 км ПК 00	-2,82
			100		4744,22								-459		4285,2
	01 (821)	-2,08
			25,03		463,9861								-93,6		370,4
	01+25,03	0
			74,97	-4149,26								341,9		4491,2
Н3	02 (822)	6,23
			100	-18736,9								727		19463,9
	03 (823)	10,60
			100	-26997,4								933		27930,4
	04 (824)	10,85
			31	-8375,42						-240,45		310		8925,9
	04+31	10,61
			50	0								0		0
	04+81	9,45
			19	-4287,63						-216,74		177,1		4681,5
	05 (825)	9,7
			100	-13813,2								736		14549,2
	06 (826)	3,81
			76,97	-2572,37								327,9		2900,3
	06+76,97	0
			23,03		223,2022								-79,7		143,5
В3	07 (827)	-1,14
			100		5619,98								-478		5142
	08 (827)	-4,40
			100		14207								-666		13541
	09 (829)	-7,20
			100		19228,21								-760		18468,2
	23 км ПК 00	-7,31
			100		22219,66								-814		21405,7
	01 (831)	-8,74
			100		24961,42								-861		24100,4
	02 (832)	-8,67
			100		20723,15								-786		19937,2
	03 (833)	-6,60
			64,02		4699,708								-328,4		4371,3
	03+64,02	0
			35,98	-1174,4								152,2		1326,6
Н4	04 (834)	3,71
			100	-9840,55								588		10428,6
	05 (835)	7,00
			100	-19247,8								854		20101,8
	06 (836)	10,20
			100	-21049,2								892		21941,2
	07 (837)	8,08
			100	-16153,2								790		16943,2
	08 (838)	7,29
			100	11420,61								679		12099,6
	09(839)	4,72
			100	-4142,85								456		4598,9
	24 км ПК 00	0,07
	Н1 / В1	Помассивные объёмы	4333,85	16486,26				202,7			616,3	-1732,4	4950,1	14956,6
	Н2 / В2		6616,39	15274,55			-151,8	43,4			912,4	-1650,6	7580,6	13667,4
	Н3 / В3		78929,17	111882,31					-457,19		3552,9	-4773,1	82942,4	107109,3
	Н4		83028,60								4411,2		87439,9
	Н / В	Полный объём	172911,02	143643,12			-151,8	246,1	-457,19	-	9492,8	-8156,1	183013	135733,3

2.3 Определение границ участков и распределение земляных масс

2.3.1 Определение границ участков

На основании ведомости попикетных основных объёмов в таблице 1, на листе формата А1 под продольным профилем строим - график попикетных основных объёмов (аналогичный рисунку 4, только виде гистограммы) для определения границ участков и графического изображения основных объёмов земляных работ.

Объём грунта на каждом пикете откладываем в масштабе в виде столбиков для выемки - выше нулевой линии, а для насыпи - ниже нулевой линии. При наличии на пикете насыпи и выемки столбики откладываем вниз и вверх на этом пикете. У каждого столбика подписываем пикетный объём, кроме того, на графике указываем помассивный объём каждой насыпи и выемки.

Помассивный объём насыпей на подходах к мосту указываем отдельно для левого и правого подходов.

Распределение земляных масс производится приближенно на основании продольного профиля и графика попикетных объёмов земляных работ.

При распределении земляных масс одновременно выбираем способы производства работ.

Дальность перемещения грунта является одним из основных факторов, влияющих на выбор землеройных машин и их производительность.

Для определения дальности продольной возки грунта и разбивки профиля на участки используем кривую суммарных основных объёмов земляных работ.

На рисунке 6 представлен график кривой суммарных основных объёмов земляных работ, построенной по ординатам из таблицы 1.

Ординаты кривой суммарных основных объёмов земляных работ определялись по границам участков путём последовательного суммирования попикетных объёмов на этих участках, т. е.

У0 = 0; У1 = В1; У2 = У1 + В2; У3 = У2 + В3 и т. д.

Здесь В1 соответственно по пикетным объёмы участков выемки.

Для насыпи - объёмы берём со знаком минус, т. е. - Н.

Кривую строим в координатных осях, где по оси абсцисс откладываем расстояния по пикетам и нулевым точкам, а по оси ординат - суммарные основные объёмы грунта по всем участкам от его начала.

Рисунок 6. - График суммарных основных объёмов земляных работ

На листе А1 кривую суммарных объёмов располагаем под графиком попикетных и помассивных объёмов в одинаковом с ним продольном масштабе.

Масштаб объёмов (вертикальный) назначаем из условия удобного расположения кривой на отведённом для неё месте.

Анализируя график суммарных основных объёмов земляных работ (характер изменения кривой) учитываем, что:

- восходящие ветви этой кривой соответствуют выемкам, нисходящие - насыпям;

- точки максимума и минимума соответствуют нулевым точкам;

- любая горизонтальная прямая, пересекающая восходящую и нисходящую ветви кривой объёмов, отсекает равные объёмы насыпи и выемки (эта прямая называется - распределительной линией);

- расстояние от распределительной линии до соответствующей вершины кривой равно рабочей кубатуре грунта на данном участке.

- точки пересечения распределительной линии с кривой суммарных объёмов соответствуют границам продольной возки рабочей кубатуры, а расстояние между этими точками равно максимальному перемещению грунта на данном участке.

Результаты анализа графика суммарных основных объёмов земляных работ на рисунке 6 и работы с кривой, приведены в таблице 3.

Из результатов таблицы следует, что по видам услуг возки (продольной или поперечной) весь участок железной дороги можно разбить на девять рабочих участков и участок с мостом

Таблица 3. - Определение границ участков, распределение земляных масс, вида и дальности возки

№ участка	Местоположение участка	Длина участка, м	Рабочая кубатура, м3	Способ возки	Дальность возки, м
					максимальная	средняя
						по графику	с учётом Дl
I	21 км с ПК 0 до ПК 2 + 50,3 м	250,3	4333,86	Продольный	250,3	150	250
II	с ПК 2 + 50,3 м по ПК3 + 42,7 м	92,4	Выемка -	Поперечный
III	с ПК3 + 42,7 м по ПК 7 + 50,5 м	407,8	6616,4	Продольный	407,8	200	300
IV	с ПК 7 + 50,5 м по 22 км ПК 2 + 59,4 м	508,9	15274,5	Продольный	508,9	270	370
V	с ПК 2 + 59,4 м по ПК4 + 31 м	171,6	Насыпь -	Поперечный
мост	с ПК 4 + 31 м по ПК 4 + 81 м	50	0	-	-	-	-
VI	с ПК 4 + 81 м по ПК 9 + 6,3	425,3	20673,2	Продольный	425,3	270	370
VII	с ПК 9 + 6,3 по 23 км ПК 0 + 84,8 м	178,5	Выемка -	Поперечный
VIII	с 23км ПК0 + 84,8м по ПК7 + 15,2 м	630,4	53760,7	Продольный	630,4	380	480
IX	с ПК7 + 15,2м по ПК10 (24 км ПК 0)	284,8	Насыпь -	Поперечный

- I участок - с 21 км с ПК 0 до ПК 2 + 50,3 м длиною 250,3 м;

- II участок - с ПК 2 + 50,3 м по ПК3 + 42,7 м длиною 92,4 м;

- III участок - с ПК3 + 42,7 м по ПК 7 + 50,5 м длиною 407,8 м;

- IV участок - с ПК 7 + 50,5 м по 22 км ПК 2 + 59,4 м длиною 508,9 м;

- V участок - с ПК 2 + 59,4 м по ПК4 + 31 м длиною 171,6 м;

- мост - с ПК 4 + 31 м по ПК 4 + 81 м длиною 50 м;

- VI участок - с ПК 4 + 81 м по ПК 9 + 6,3 м длиною 425,3 м;

- VII участок - с ПК 9 + 6,3 по 23 км ПК 0 + 84,8 м длиною 178,5 м;

- VIII участок - с 23 км ПК 0 + 84,8 м по ПК 7 + 15,2 м длиною 630,4 м;

- IX участок - с ПК 7 + 15,2 м по ПК 10 (24 км ПК 0) длиною 284,8 м.

Однако, устроив временный переезд через ручей для проезда по нему скреперов и самосвалов - можно объединить несколько участков и получить:

- I участок - с 21 км с ПК 0 до ПК 2 + 50,3 м длиною 250,3 м;

- II участок - с ПК 2 + 50,3 м по ПК3 + 42,7 м длиною 92,4 м;

- III участок - с ПК3 + 42,7 м по ПК 7 + 50,5 м длиною 407,8 м;

- IV участок - с ПК 7 + 50,5 м по 22 км ПК 2 + 59,4 м длиною 508,9 м;

- V участок - с ПК 2 + 50,9 по ПК 2 + 88,9 м длиною 38 м;

- VI участок (включает мост) - с ПК 2 + 88,9 м по 23 км ПК 0 + 84,8 м длиною 795,9,5 м

- VII участок - с 23 км ПК 0 + 84,8 м по ПК 7 + 15,2 м длиною 630,4 м;

- VIII участок с ПК 7 + 15,2 м по ПК 10 (24 км ПК 0) длиною 284,8 м.

2.3.2 Распределение земляных масс

Распределение земляных масс производим непосредственно после составления графика попикетных основных объёмов земляных работ.

При выполнении этой части проекта руководствуемся следующими основными принципами:

а) весь объём пригодного грунта в выемке должен быть по возможности использован для отсыпки насыпи, а при его излишке избыточная часть подлежит перемещению в отвал (рекультивация карьеров, засыпка оврагов, промоин, ремонт землевозных и подъездных автодорог и т. п.);

б) при недостатке грунта в выемках или его непригодности для возведения насыпи следует предусмотреть доставку грунта из действующих или вновь открываемых карьеров, удаленных не более 3 км от участка строительства;

в) использование грунтов из резервов для отсыпки насыпей, а также устройство кавальеров (перемещение из выемок) должно применяться в исключительных случаях.

В результате анализа рисунка 6 и таблицы 3 принимаем:

- на участках - I, III, IV, VI и VII - продольную возку;

- на участках - II и VIII - поперечную возку.

2.4 Определение рабочей кубатуры и средней дальности возки

2.4.1 Определение рабочей кубатуры

После распределения земляных масс и разделения всего участка железной дороги на рабочие участки, определяем рабочую кубатуру и среднюю дальность возки для всех участков.

Рабочая кубатура по участкам составляет (смотри таблицу 3):

- I участок - 4333,86 м³;

- II участок - 5844,3 м³ (выемка - в кавальер);

- III участок - 6616,4 м³;

- IV участок - 15274,5 м³;

- V участок - 8180,4 м³ (насыпь - из резерва или карьера);

- VI участок - 58121,6 м³;

- VII участок - 53760,7 м³;

- VIII участок - 27525,5 м³ (насыпь - из резерва или карьера).

2.4.2 Определение средней дальности возки

Дальность возки грунта L на рабочих участках с продольным перемещением грунта устанавливаем, как среднее расстояние L между центрами тяжести перемещаемого объёма грунта из выемки в насыпь с добавлением от 50 до 100 метров на разворот машин l₁ и маневрирование l₁.

L = L_ср + Дl = L_ср + l₁ + l₂ = L_ср + (50 … 100) м,

где L_ср - средняя дальность возки, м;

Дl = l₁ + l₂

- расстояние, учитывающее дополнительный пробег на разворот машин и маневрирование, составляет от 50 до 100 м.

Дальность возки грунта L на рабочих участках с продольным перемещением грунта, определённая по рисунку 7, составляет:

- на участке I -

150 + 100 = 250 м;

- на участке III -

230 + 100 = 330м;

- на участке IV -

280 + 100 = 380 м;

- на участке VI -

530 + 100 = 630 м;

- на участке VII -

380 + 100 = 480 м;

Поперечная дальность возки грунта из выемки в кавальер и из резерва в насыпь вычисляем с учётом поперечных профилей резерва и насыпи, кавальера и выемки.

Схемы нахождения дальности поперечной возки из выемки в кавальер и из резерва в насыпь приведены на рисунках 8 и 9.

Среднее расстояние L_ср между осью выемки и осью кавальера вычисляем по формуле:

, (20)

где l - ширина бермы, необходимая для перемещения механизмов вдоль выемки или насыпи, равная от 5 до 10 м;

D - ширина верхней площадки выемки по верху, м;

d - ширина верхней площадки кавальера, принимаем равной 20 м.

n - крутизна откоса кавальера, принимаем раиной 2;

h_к - высота кавальера, принимаем равной не более 6 м.

Рисунок 7. - Определение средней дальности продольной возки

Рисунок 8. - Схема для определения поперечной дальности перемещения грунта из выемок в кавальер



Рисунок 9. - Схема для расчёта поперечной дальности перемещения грунта из резерва в насыпь при средней высоте насыпи до 6 м

Ширину выемки по верху определяем по формуле:

, (21)

где В - ширина выемки по дну, м;

Н_в - глубина выемки, м.

Отсюда среднее расстояние L_ср между осью выемки и осью кавальера:

= =

= + 2 · 6 = 40 м.

Расстояние средней дальности возки на II-м участке составляет:

L = L_ср + Дl = 40 + 130 =170 м,

где Дl - расстояние между выездами из выемки и въездами на кавальер при высоте кавальера не более 6 м равно 130 м.

Аналогично определяем дальность поперечной возки при перемещении грунта из резерва в насыпь.

Среднее расстояние L_ср между осью насыпи и осью резерва:

= =

Lср = (5 …10) + 0,5 ·

+ + + 2 · 6 = 50 м.

Расстояние средней дальности возки на VIII-м участке составляет:

L = L_ср + Дl = 50 + 130 =180 м,

где Дl - расстояние между выездами из выемки и въездами на кавальер при высоте кавальера не более 6 м равно 130 м.

Итак, дальность возки грунта L на рабочих участках с поперечным перемещением грунта составляет:

- на участке II - из выемки в кавальер - 170 м;

- на участке VIII - из кавальера в насыпь - 180 м.

Рабочая кубатура на II-м участке составляет 5844,3 м³, а на V-м участке 8180,4 м³, при дальности возки около 1000 м - возможно применение продольного вида возки.

Иными словами, 5844,3 м³ насыпи на V-м участке можно отсыпать из выемки на II-м участке, а

8180,4 - 5844,3 = 2336,1 м³ из резерва.

3. РАЗРАБОТКА И ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНЫХ ВАРИАНТОВ МЕХАНИЗАЦИИ НА РАБОЧИХ УЧАСТКАХ

3.1 Выбор вариантов комплектов машин

Для каждого рабочего участка выбираем свой землеройный комплект, исходя из рабочих отметок и дальности возки.

При этом надо помнить о следующих некоторых ограничениях [3, 6]:

1. Максимальные рабочие отметки насыпей и выемок при поперечной возки грунта бульдозерным комплектом составляют 2 м, а скреперным - 6 м; комплектом с экскаватором-драглайном, работающим в отвал, для насыпей - до 4 м, а выемок - до 10 м.

2. Предельные значения дальности возки грунта составляют: для бульдозера - 150 м; для скрепера прицепного - 500 м; для скрепера самоходного - 3000 м, для экскаваторов с самосвалами с вместимостью ковша от 0,65 до 1,5 м³ - 5000 м.

3. Скреперы применяют для разработки грунтов I группы без рыхления. Грунты II группы для скреперов предварительно должны быть разрыхлены.

Краткая характеристика возможных вариантов землеройных комплектов машин [4, 6], которые можно использовать в нашем проекте.

Скреперным комплектом возводят насыпи из резервов и разрабатывают выемки, перемещая грунт в кавальеры (поперечная возка), при рабочих отметках до 6 м. Выемки и карьеры с перемещением грунта в насыпь (продольная возка) разрабатывают при любых рабочих отметках. В этом случае прицепные скреперы целесообразны при расстоянии возки до 500 м, самоходные - до 3000 м.

Скреперами разрабатывают грунт I-ой группы без рыхления, грунты II-ой группы предварительно разрыхляют. В глинистых грунтах с повышенной влажностью, сильно налипающих на ковш, а также в сухих песчаных грунтах скреперы применять не рекомендуется. В железнодорожном строительстве наиболее эффективны прицепные скреперы с ковшами вместимостью от 8 до 25 м³ и самоходные с ковшами вместимостью от 9 до 25 м³.

Экономические показатели работы скреперов при разработке выемок с продольной возкой грунта выше, чем у экскаваторных комплектов, поэтому в последнее время наметилась тенденция к росту удельного веса скреперных работ.

На рисунке 10, взятом из [6], представлены схемы возведения насыпи грунтом из выемки (а) и из резерва (б) скреперным комплектом машин.

Рисунок 10. - Схемы возведения насыпи грунтом из выемки (а) и из резерва (б) скреперным комплектом машин [6]

Грейдер-элеваторный комплект целесообразен преимущественно в равнинной местности при разработке грунта в резервах и перемещении его в насыпи высотой до 3 м.

Грейдер-элеваторами можно также разрабатывать грунт в карьерах с погрузкой его в автомобили-самосвалы. Сухие плотные грунты при разработке грейдер-элеваторами рекомендуется предварительно рыхлить. Они не работают в сыпучих песках, переувлажненных глинистых грунтах и при наличии каменных включений.

Грейдер-элеваторы эффективны при возведении насыпи из двусторонних резервов с длиной фронта работ от 400 до 2000 м, но не менее 250 м и при объёме земляных работ на одном объекте не менее 10 000 м³.

На рисунке 11, взятом из [6], представлены схемы возведения насыпи грунтом из резервов (а) и карьера (б) грейдер-элеваторным комплектом машин.

Экскаваторно-транспортным комплектом разрабатывают выемки, карьеры, резервы и возводят насыпи при любых рабочих отметках транспортировкой от 0,25 до 5 км, а при отсутствии местных грунтов и на более дальние расстояния.

Одноковшовый экскаватор можно использовать с любым навесным оборудованием (прямая лопата, обратная лопата, драглайн) с ковшом вместимостью от 0,65 до 2,5 м³. Грунт с погрузкой в автомобили-самосвалы можно разрабатывать роторными экскаваторами и грейдер-элеваторами.

Транспортируется грунт автомобилями-самосвалами, землевозами грузоподъёмностью до 12 т, железнодорожным транспортом (состав думпкаров грузоподъёмностью до 60 т). Наиболее эффективен комплект при дальности возки грунта свыше 2000 м.

На рисунке 12, взятом из [6], представлены схемы разработки выемки (карьера) экскаваторно-транспортным комплектом и отсыпки насыпи с кольцевой ездой (а) и с разворотом на насыпи (б) автомобилей-самосвалов экскаваторно-транспортным комплектом машин.

Результаты анализа возможных варианты комплектов машин для каждого рабочего участка сведены в таблицу 4.



Рисунок 12 - Схемы разработки выемки (карьера) экскаваторно-транспортным комплектом и отсыпки насыпи [6]

Таблица 4. - Варианты комплектов машин для каждого рабочего участка

№ рабочего участка	Вид возки грунта и средство перемещения	Рабочая кубатура, м3	Средняя дальность возки, м	Максимальная рабочая отметка, м	Возможные варианты землеройных комплектов машин
I	Продольная скрепер или автотранспорт	4333,86	250	2,59	Скреперный или грейдер-элеваторный
II	Продольная скрепер или автотранспорт	5844,3 м3	1000	3,55	Скреперный или грейдер-элеваторный
III	Продольная скрепер или автотранспорт	6616,4	300	2,68	Скреперный или грейдер-элеваторный
VI	Продольная скрепер или автотранспорт	15274,5	370	2,82	Скреперный или грейдер-элеваторный
V	продольно- скрепер или автотранспорт поперечная	5844,3 2336,1	1000 180	-10,6	Скреперный или Экскаваторно-транспортный
VI	Продольная скрепер или автотранспорт	58121,6	630	-10,85	Скреперный или Экскаваторно-транспортный
VII	продольная скрепер или автотранспорт	53760,7	480	8,67	Скреперный или Экскаваторно-транспортный
VIII	поперечная скрепер или автотранспорт	27525,5	180	-8,08	Скреперный или Экскаваторно-транспортный

3.2 Определение состава комплектов машин