Проектирование тоннеля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование тоннеля

Введение

Тоннелем называют горизонтальное или наклонное подземное искусственное сооружение, имеющее значительную протяженность и предназначенное для транспортных целей,пропуска воды, прокладки городских коммунальных сетей или размещения производственных предприятий.

Тоннели на путях сообщения служат средством для преодоления различных препятствий или для развития линии под землей с использованием ограниченного уклона.

К транспортнымотносятся тоннели железнодорожные, автодорожные, судоходные, пешеходные тоннели метрополитенов, а также тоннели большого поперечного сечения, в которых происходит движение транспорта нескольких видов

Классификация транспортных тоннелей определяются признаками, положенными в их основу. Так, по местоположению тоннели бывают горные, подводные и городские различного назначения.

Но способу постройки различают тоннели, сооружаемые открытым и закрытым способами. При открытом способе в предварительно разработанном котловане сооружают тоннельную конструкцию, которую после се завершения засыпают грунтом. Закрытый способ постройки или проходки тоннелей в свою очередь подразделяют на горный и щитовой.

При горном способе работ создают подземную выработку, обычно закрепляемую временной крепью, пол защитой которой в дальнейшем сооружают постоянную тоннельную конструкцию, называемую обделкой.

Такую конструкцию обычно выполняют из монолитного бетона.

Щитовой способ постройки связан с использованием проходческого щита -- подвижной стальной крепи, ограждающей места разработки фунта и сооружения обделки, которую при щитовом способе обычно выполняют сборной из железобетонных или чугунных элементов заводского изготовления.

Кроме перечисленных, существуют и другие способы постройки тоннелей, получившие название специальные. Они применяются в особых местных уеловиях, когда использование обычных способов вызывает значительные осложнения.

Преодоление препятствий при помощи тоннелей расширяет возможности трассирования и улучшает эксплуатационные показатели транспортной линии. Различаютвысотные и контурные препятствия. К высотным относятся горные хребты, водоразделы и другие возвышенности. Контурными препятствиями называют области на земной поверхности, по которым затруднительно или невозможно провести открытую транспортную линию без использования искусственных сооружений. К таким препятствиям вгорных районах относятся участки оползней, осыпей, лавин и снежных заносов, на равнинах -- водотоки, водоемы инаселенные пункты, в городах --участки густой застройки.

К недостаткам тоннельного решения относится необходимость вентиляции, постоянного освещения и водоотвода.

1. Трассирование

План и профиль железнодорожных и автодорожных тоннелей проектируют по нормам, установленным для отрытых участков трассы с учетом особенностей связанных с движением транспорта в ограниченном закрытом пространстве.

Для обеспечения нормальных условий движения транспорта, вентиляции, улучшения условий трассирования и проходки тоннеля план его трассы желательно проектировать прямолинейным. Формы плана и профиля тоннелей на путях сообщения зависят от их назначения. Тоннели, сооружаемые для преодоления препятствий, имеют преимущественно прямолинейный план и двускатный профиль. Если тоннель необходим для развития линии, то его план имеет криволинейную форму в виде петли или нитка спирали. Профиль таких тоннелей всегда односкатный.

Радиусы кривых в железнодорожных тоннелях должны быть не менее 600 м. Однако меньшие радиусы позволяют сократить длину тоннеля и уменьшить объем сравнительно дорогих подземных работ. Поэтому при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается радиус, равный 400 м, а в трудных местных условиях по согласованию с МПС -- 250 м.

Тоннели на строящихся двухпутных железных дорогах должны быть рассчитаны на размещение двух путей. В тоннелях, сооружаемых для преодоления препятствий, зачастую имеется возможность использования минимального уклона. В тоннелях, предназначенных для развития линии, рационально использоватьмаксимально допустимые уклоны.

В тоннеле длиной более 300 м и на подходах к нему со стороны подъема на участке, равном длине поезда производится смягчение максимального уклона.

Коэффициент смягчения уклона учитывает дополнительное воздушное сопротивление движению поезда в тоннеле, а также снижение сцепления ведущих колес локомотива с рельсами в связи с повышенной влажностью.

Минимальный уклон в тоннеле определяется необходимостью обеспечения естественного водоотвода. Его значение не должно быть менее 3 ‰. Как исключение в пределах разделительных участков профиля допускается уклон, равный 2 ‰. Также в виде исключения допускается устройство горизонтальных разделительных площадок длиной не более 400 м. В этом случае необходимый для естественного водоотвода продольный уклон в пределах площадкипридают водоотводному лотку. Определяем длину тоннеля.

Длина тоннеля L_т= 1350 м

2. Вентиляция тоннеля

При отсутствии в тоннеле движения воздуха его качество ухудшается за счет повышения влажности и поступления из окружающих грунтов газов, проникающих через обделку. Во время эксплуатации тоннеля происходит загрязнение воздуха продуктами сгорания топлива. Одновременно в тоннеле повышается температура. Кроме того в длинных глубоко заложенных тоннелях следует учитывать повышенную температуру окружающего грунтового массива

Для обеспечения нормальных условий труда обслуживающего персонала, поездных к ремонтных бригад необходима постоянная подачи свежего наружного воздуха, уменьшающая влажность в тоннеле, снижающая концентрацию вредных примесей до допустимых пределов и поддерживающая температуру воздуха на уровнеопределяемом санитарно-техническими требованиями.

Вентиляция тоннелей может осуществляться естественным путем или искусственно при помощи вентиляционного оборудования.

Естественная вентиляция тоннелей основывается на естественном воздушном течении. Естественное проветривание допускается в железнодорожных тоннелях длиной до 300 м при тепловозной тяге и до 1000 м при электрической.

Искусственная вентиляция может быть приточной, вытяжной или приточно-вытяжной.

По способу обмена воздуха в тоннеле различают продольную, поперечную, полупоперечную и струйную вентиляции.

3. Проектирование тоннельных обделок

Тоннельная обделка закрепляет грунты, обнаженные выработкой. Ее форма, размеры элементов и выбор материала зависят от физико-механических свойств грунтов.

В очень крепких невыветривающихся и нерастворимых грунтах, не проявляющих горного давления и представляющих собой сплошной массив без трещин,выработку можно ничем не закреплять, тоннель эксплуатируется без обделки. Однако такие условия встречаются чрезвычайно редко и, как правило, даже в самых крепких грунтах выработку закрепляют постоянной обделкой, которая не выполняет функций несущей конструкции, а служит облицовкой. Внутреннее очертание обделок железнодорожных тоннелей должно описываться вокруг габарита приближения строений с учетом размещения за пределами габарита устройств сигнализации, централизации и блокировки, светильников и кабелей. На криволинейных участках пути габарит С вычерчивается с учетом необходимого уширения и наклона, в двухпутных тоннелях необходимо также увеличивать междупутье. Вертикальная линия, проведенная через середину отрезка соединяющего крайние точки уширенного габарита, является осью тоннеля.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. Внутреннее очертание обделки в крепких скальных грунтах

Рис. Внутреннее очертание обделки в грунтах, создающих боковое горное давление

Между внутренним контуром обделки и угловыми (критическими) точками габарита должен быть обеспечен некоторый зазор, гарантирующийот 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 усилий, в которых могут применяться обделки того или иного очертания, и выработала некоторые правила построения их контуров.

Основными из этихправил являются требования плавного изменения осиобделки и ееподъемистая подковообразная форма при преобладании вертикальных нагрузок. При отсутствии боковою горного давления стены подковообразной обделки могут проектироваться вертикальными, а свод очерчивается покруговой кривой или трехцентровой кривой.

При воздействия вертикального бокового горного давления обделки двухпутного железнодорожного тоннеля имеют внутреннее очертание в виде трехцентровой коробовой кривой.

Нижняя часть обделки проектируется в соответствии с заданными геологическими, гидрогеологическими и климатическими условиями, в зависимости от которых решается вопрос о необходимости обратного свода, устраиваются верхнее строение пути и водоотводные лотки.

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 проектной марки бетона по прочности на сжатие следует применять для монолитных бетонных и железобетонных конструкций тоннельных обделок в пределах М4200 -- М400, для порталов М300 -- М400, для набрьзгбетонаМ300 -- М500. Для обделки тоннеля, сооружаемого горным способом, в качестве материала обычно применяется монолитный бетон марки М200.

4. Дополнительное обустройство в тоннеле

Для укрытия людей, находящихся в тоннеле при прохождении поезда, в обделке устраивают углубления -- ниши. Углубления большего размера, называемые камерами, предназначены для хранения рабочего инвентаря, материалов и инструментов.

Ниши располагаются с обеих сторон тоннеля в шахматном порядке через 60м по каждой стороне, а камеры -- соответственно через 300 м.

Портал сооружают для сопряжения конструкции тоннеля с подходной выемкой. Он обеспечивает устойчивость лобового и боковых откосов, а также отвод от тоннеля воды, стекающей с лобового откоса.

Портал -- единственный элемент тоннеля, открытый для обзора, поэтому естественно стремление придать этой части ответственного сооружения надлежащее архитектурное оформление.

Самое простоя конструктивное решение портала возможно, когда направление оси в начале тоннеля совпадает с направлением горизонтальной проекции линии наибольшего ската лобового откоса.В этом случае плоскость портальной стены устанавливают перпендикулярно оси тоннеля. Такой портал принято называть прямым в отличие от косого портала -- более сложного решения, к которому приходится прибегать, если направление оси тоннеля составляет с проекцией линии наибольшего ската некоторый угол ?. Практически необходимость такого решения возникает, если этот угол превышает 30°. При этом плоскость портальной стены составляет с осью тоннеля угол, меньший 90° на величину, близкую к углу ?.

Устройство косого портала существенно снижает возможность архитектурного оформления входа в тоннель и усложняет конструкцию сопряжения портальной стены с тоннелем. Поэтому в таких осложненных условиях стремятся устроитьпортал прямым, разместив портальную стену перпендикулярно оси тоннеля, но тогда изменение отметок лобового откоса в плоскости портала становится значительным и для сопряжения конструкции с откосом необходимо лобовой портальной стене придать ступенчатую форму.

В состав портала входят:

торцовая стена;

водоотводная канава;

- первое кольцо обделки.

Для устройства портала выполняют срезку и укрепление лобового откоса.

Торцовая стена портала связывается с первым кольцом обделки с помощью арматуры или отрезков прокатных профилей и опирается непосредственно на боковые откосы выемки, в которые заделывается на необходимую глубину.

Вода, стекающая с лобового откоса, перехватывается поперечной водоотводной канавой. Дно канавы располагается не ниже, чем на расстоянии 1.5 м от верха тоннельной обделки.

В виду возможности паления камней с лобового откоса и предотвращения их падения на пути, расстояние от низа лобового откоса до портальной стены принимают не менее 1.5 м , парапет стены не менее, чем 0.5 м выше верха канавы.

Крутизну откосов предпортальной выемки назначают в зависимости от коэффициента крепости породы.

В крепких скальных породах с лобовыми откосами близкими к отвесным отпадает необходимость в их поддержании и отводе воды, собирающейся с небольшой площади. В этом случае для архитектурного оформления входа в тоннель устраивают параллельные лобовому откосу оголовки, представляющие собой облицовки из бетона или естественною камня по контуру входного отверстия.

5. Статический расчет обделки

Составление расчетной схемы

Выбор расчетной схемы статической работы конструкции - наиболее важный этап расчета. Расчетную схему обделки тоннеля необходимо выбирать таким образом, чтобы она 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.

В слабых грунтах f<1 наряду с вертикальным давлением на обделку действует активное боковое давление. В этом случае грунтовый массив рассматривается как податливая среда, и расчет обделки следует производить на комбинацию вертикальной и соответствующей eй горизонтальной нагрузки.

В грунтахобладающих упругими свойствами f>1, окружающая обделкусреда рассматривается как упругая, способная противодействовать деформациям стен в ее сторону под воздействием преимущественно вертикальной нагрузки(горизонтальная может не учитываться в запаспрочности конструкции при f> 3). Эта деформации вызывают реактивное давление породы на контакте с обделкой - упругий отпор породы.

Практической значение при расчете обделок в упругой среде получил метод метрогипротранса, отличающийся наибольшей достоверностью расчетной схемы, возможностью машинного счетаи универсальностью.

Определение нормативных нагрузок

Все виды нагрузок можно разделить, на постоянные, оказывающие на обделку регулярное воздействие, временные - характеризующиеся периодическим длительным или кратковременным воздействием и особые возникающие в результате каких-либо аварийных ситуаций.

К постоянным нагрузкам относят: собственный вес конструкции; вертикальное и горизонтальное горное давление; внешнее гидростатическое давление.

Равномерно распределенную по обделке нормативную нагрузку от вертикального горного давления определяют в зависимости от возможности или невозможности образования над выработкой свода обрушения.

Пролет свода обрушения:

L=B+2*h*tg(45°-?_k/2),

где:L- пролет свода обрушения; В-пролет выработки; h-высота выработки;

?_k- приведенный угол внутреннего nрения породы;

L=9.6+2*7.36*tg(45°-73/2)=11.5м

Высота свода обрушения по формуле Протодьяконова:

h₁=L/2*f,

где f-коэффициент крепости грунта,

h₁=11.5/2*8=0.72м

Вертикальная нормативная нагрузка от горного давления определяется:

P_н1=?*h₁*K_p

где ?=23.5 кН/м³- плотность породы, залегающей над породой;

h₁ - высота свода обрушения;

K_p=1 - коэффициент условий работы массива пород;

P_н1=23.5*0.72*1=16.92кН/м²

Вертикальная расчетная нагрузка от горного давления:

P₁=P_н1*n₁,

где n₁=1.5 - коэффициент надежности по нагрузке при возможномсводообразовании;

P₁=16.92*1.5=25.38 кН/м²

Нагрузка от собственного веса обделки:

Р_н3=G/B

где G- полный собственный вес свода;

G=S*?,

где ?=24кН/м³ - удельный вес бетона;

G= 4.83*24=113.7кН/м

Р_н3=113.7/9.6=11.84кН/м²

Расчетная нагрузка от собственного веса конструкции:

Р₃=Р_н3*n₃

где n₃=1.2 - коэффициент надежности по нагрузке для монолитных конструкций;

Р₃=11.84*1.2=14.21 kН/м²

В расчете используется суммарная интенсивная нагрузка:

P=P₁+Р₃

Р=25.38+14.21=39.59 кН/м²

Расчет тоннельной обделки

Тоннельную обделку рассчитаем на ЭВМ с помощью программного обеспечения MIDAS.

Проверка прочности обделки

После определения внутренних усилий проверяют прочность бетонных сечений. Для этого вычисляют величину предельной нормальной силы Nn , которую может воспринять данное сечение, и сравнивают ее с величиной нормальной силы N, полученной при статическом расчете для этого же сечения. При этом должно соблюдаться условие Nn> N.

Внецентренно сжатые сечения бетонных обделок можно рассматривать бет учета сопротивления бетона растянутой зоны, тогда:

Nn=m*k*R_np*b*h*(1-2*e₀/h).

где m - коэффициент условия работы, учитывающий неточность в назначении расчетной схемы обделки, m=0.9;

к - коэффициент, учитывающий вид бетона; для тяжелых бетонов к=1;

Rnp- расчетное сопротивление бетона сжатию;

b=1 м - ширина сечения;

h - высота сечения;

е₀=M/N - величина эксцентриситета нормальной силы;

М, N - момент и нормальная сила в рассмотренном сечения.

Приведенная формула справедлива при условии, если е < 0.9*у, где у -расстояние от центра тяжести сечения до наиболее сжатого слоя бетона обделки.

N=4.31kH

M=0.105кН/м²

R_np=8829кH/м³

е₀=0.012м

Nn=0.9*1*1*3.47*8829*( 1-2*0.012/3.47)=2730.2кН

2730.2кН >4.31кН - условие выполняется

6. Организация производства работ

Способы сооружения тоннеля следует выбирать из инженерно-геологических условий, длины тоннеле, размера поперечного сечения, конструкции обделки.

Применим способ сплошного забоя. Он применяется для проходки тоннеля высотой до 10 м с монолитной обделкой в устойчивых скальных грунтах с f>=4, в данном курсовом проекте f=12. Раскрытие выработки производят за один прием. Грунт разрабатываюбуровзрывным способом.

Буровзрывные работы

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

Эффективность проходки тоннелей во многом определяется правильным выбором параметров буровзрывных работ, к которым относятся: взрывчатые вещества и средства взрывания, количество, глубина и диаметр шпуров, схема их расположения в забое и конструкция зарядов.

С целью получения контура выработки, близкого к проектному, уменьшения переборов и снижения сейсмического воздействия на окружающий выработку массив следует использовать технологию контурного взрывания.

Определение параметров буровзрывных работ

В качестве расчетных параметров БВР принимаются:

q₀- удельный расход ВВ;

W - линия наименьшею сопротивления;

а - расстояние между шпурами;

N - количество шпуров;

Q - расход ВВ

Будим использовать патронированное взрывчатое вещество: аммонит

Определим удельный расход ВВ с учетом его работоспособности по формуле:

q₀=(0.1*P/2*2/S*1/2)*e*?*?,

где е-коэффициент работоспособности ВВ;

?-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;

?=1.1-коэффициент влияния плотности заряжения;

S- площадь сечения забоя.

q₀=(0.3*6/2+2/69.4*1/2)*1*1.1*1=1.07 кг/м³

Определим линию наименьшего сопротивления отбойных шпуров по формуле:

W₀=52*k*d*(?/?*е*?)*1/2,

где k-коэффициент зажима ( 0.7 - 0.9 );

d - диаметр шпура;

?- объемная масса грунта;

W₀=52*0.8*0.045*(1000/2400*1*1)*1/2=1.2м

Рациональный диаметр шпуров в тоннельных выработках составляет 42 -46мм при применении тяжелых колонковых перфораторов и бурильных машин.

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.

Расстояние между отбойными шпурами принимается равным:

(0.8 - 0.95 )*W₀=0.8*12=0.96м;

Расстояние между подошвенными шнурами:

(0.7-0.9)* W₀ =0.7*1.2=0.84м

при f=8а_к=0.6м.

Вычислим количество шпуров на забой но формуле:

N=N_к+N_?+N₀+N_вр.

где N_к=P_к/a_к+1-количество контурных шнуров;

N_?=Р_?/а_?+1-количество подошвенных шпуров;

N₀=1.27*q₀*S₀/d²*k_э*?*k_? - количество отбойных шпуров;

S₀= S-(S_k-S_?-) -площадь сечения забоя, взрываемая отбойными шпурами;

S-площадь сечения забоя;

S_k=(N_к-1)*a_к²/ - площадь сечения забоя, взрываемая контурными шпурами;

m-коэффициент сближения контурных зарядов, принимаемый в грунтах с коэффициентом крепости от 3 до 5 равным 0.9, от 5 до 9 - 0.8, от9 до 14 - 0.7;

S_?=W₀*P_?- площадь сечения забоя, взрываемая подошвенными шпурами;

S_пр- площадь сечения забоя, взрываемая врубовыми зарядами;

k_э- коэффициент заполнения шнура, принимаемый в грунтах с коэффициентом крепости от 2 до 10 равным для патронированных ВВ от 0.5 до 0.7, для гранулированных ВВ - от 0.35 до 0.55;

k_? -коэффициент уплотнения, принимаемый для патронированных ВВ равным 1,для гранулированных ВВ - 1.15; P_к и Р_?- периметр по оси расположения контурных и подошвенных шпуров.

N_к=19/0,6+1=32шт

N_?= 9,2/0.84=11шт

N₀=1.27*1,7*43,81/0,045²*0,6*1000*1=48шт

S_k=(32-1)*0,6²/0,8=13,05м²

S_?=1,2*9,2=11,04м³

S₀=69,4-(13,05+11,04+1,5)=43,81м²

N=32+11+48+5=96шт

Длина комплекта шпуров при f=8l=3м.

Глубина заходки:

W_з=l*?

где ?=(0.8 -0.9) - коэффициент использования шпура

W_з=3*0.8=2.4м

Объем взрываемой породы определяется как произведение плошади сечения выработки на глубину находки

V_n=S*W_з

V_n=69,4*2,4=166,56м³

Ориентировочно количество ВВ на взрыв:

Q=q₀*V_n=1.07*166.56=178.22кг

Масса всехконтурных зарядов:

Q_k=k_k*l_k*N_k

где k_k- концентрация заряда контурного шпура, зависит отконструкции заряда ипринимается равной 0.35 - 0.4 кг/м;

l_k-длина контурногошпура;

Q_k=2,3*0,4*32=29,44 кг

Средняя масса зарядов остальных шпуров:

q_ср=(Q-Q_k)*(N-N_k)

q_ср=(178.22-29.44)/(96-32)=2.32кг

Масса зарядов врубовых, отбойных о подошвенных шпуров:

Q_вр=1.2*q_ср*N_вр=1,2*2,32*5=13,92кг

Q₀=q_ср*N₀=2,32*48=111,36кг

Q_п=q_ср*N_п=2,32*11=25,52кг

При взрывании тралов следует использовать короткозамедленное взрывание с 6-12 степенями замедления в зависимости от количества шпуров в забое. На основании расчетных данных составляем паспорт буровзрывных работ(БВР):

Таблица

Наименование показателей	Ед. измерения	Величина
Сечение выработки	м3	69.4
Крепость грунта		8
Глубина заходки	м	2.4
Коэффициент использования		0.8
Глубина комплекта шпуров	м	3
Общее количество шпуров	шт	96
Тип взрывчатого вещества:		Аммонит №6 ЖВ
на заходку	кг	178.22
удельный расход	кг/м3	1.07
Буровые механизмы и инструменты		Японский буровой агрегат «Фурукава»

Буровое оборудование

Для бурения шпуров взабоевыработки применяются электросверла,пневматические перфораторы (ручные, телескопные, колонковые),а также бурильные машины БГА-1иБУ-1.Дляустановки ихв забоеиспользуются самоходные бурильные установки, буровые рамф и буровые подмостки.

Технические характеристики бурового агрегата:

Таблица

Показатели	«Фукурава»
Зона бурения, м Высота Ширина	8.5 9.2
Количество буровых машин для шпуров	5
Тип бурильных машин	БГА-1
Диаметр шпуров, мм	45
Наибольшая глубина бурения, м	3.3
Расход сжатого воздуха	51
Скорость движения, м/мин	20
Транспортные габариты: ширина высота длина	6.4 8.25 19.85

Буровые рамы предпочтительны при проходке выработок постоянногосечения длиной более 500м ,а также при последовательном выполнении операций проходческого цикла. Буровые рамы оборудуютсябурильными машинамитипа БГА- 1.

7. Временное крепление выработок

тоннель транспорт трассирование

Сооружение тоннеля состоит из двух основныхпроцессов: проходки, т.е. раскрытия выработки, с установкой в случае необходимостивременной крепи, и возведения обделки.

Временную крепь, применяемую при проходке в скальных грунтах, устанавливают по контуру выработки, оставляя свободным ее внутреннее пространство.

В данном курсовом проекте применим и качестве временной крепи стальные арки изпрокатных профилей. Стыки между элементами крениустраивают при помощи стальных пластин, приваренных к торцам арок и соединяемых болтами. Для обеспечения совместной работы крепи и окружающего фунта производят расклинивание зазора между арками и контуром выработки через 100-150 см с обязательной постановкой клиньев по обе стороны от замковогосечения. Продольная связь между ребрами обеспечивается распорками квадратного сечения с размером сторон 10 - 15 сми стальными стяжками диаметром 16 -20 мм, расположенными через 120 - 150 см. С целью предупреждения выпаденияиз кровли кусков грунта по ребрам укладывают доски с промежутками не менее 10 см , чтобы оставшиеся за обделкой они обеспечивали примыкание бетона к грунту.

Погрузка и транспортировка породы

Тип погрузочных машин выбирается взависимостиот размеров выработки, требуемой производительности и крупности кусков взорванной породы. В выработках пролетом более 6 м целесообразно применять погрузочные машины на гусеничном (типа ПНБ) или пневмоколесном ходу, поскольку существующие погрузочные машины ковшового типа на рельсовом ходу (ППМ-4м, ППН- 5м) имеют ограниченный фронт нагрузки. Для погрузки грунта возьмем машину маркиПНБ - 3Д с забирающей частью шириной 2,5 м

Технические характеристики породопогрузочной машины:

Таблица

Характеристика	ПНБ-3Д
Фронт погрузки, м	не ограничен
Максимальная крупность кусков, мм	600
Ширина колеи, мм	на гусеничном ходу
Техническая производительность, м3/мин	3.5

Для транспортирования породы по выработкам может быть использован как рельсовый, так и автомобильный транспорт, причем следует ориентироваться на транспортные средства большой грузоподъемности.

Для увеличения маневренности погрузочных машин и транспортного оборудования в тоннелях протяженностью до 1.5 - 2 км экономически целесообразно применять автомобильный транспорт. Однако организацию встречных транспортных потоков можно осуществить лишь в выработках с большим пролетом (двухпутных железнодорожных и автодорожных тоннелях). Применим дизельные автомобили - самосвалы МАЗ - 503 (грузоподъемность 7т, скорость движении в тоннеле 15км/ч) оборудованы жидкостными нейтрализаторами, снижающими суммарную токсичность выхлопных газов на 65 - 70%. Для создания наиболее благоприятных условий работыпогрузочного и транспортного оборудования в забойной зоне целесообразно устроить скользящую по подошве выработки металлическую платформу. В качестве вспомогательного оборудования при проходческих работах рекомендуется использовать бульдозеры типаД- 259 и Д - 271 для подгребания грунтовой массы при погрузке; гидроподъемники типа АГП - 12 для работ по оборке, разметке забоя, заряжания шпуров, автопогрузчики типа 4045,4008 для выполнения погрузочно-разгрузочных работ и в качестве базы различных подмостей.

8. Организация работ в забое, определение параметров проходческого цикла

Организация робот в забое должна строиться на основе комплексной механизации и цикличности выполнения строительных процессов. Считая основными операциями проходческого цикла бурение шпуров а забой и погрузку взорванной породы, продолжительность цикла вычисляют по формуле:

Т_ц=Т_б+Т_п+Т_всп

где Т_б,Т_п,Т_всп- продолжительность операций бурения, погрузки и вспомогательных операций, ч. Продолжительность бурения определяется по формуле, ч:

Т_б=N*l/?*?*n*V_б

где N - число шпуров в забое;

l - средняя длина шпуров;

? - коэффициент использования бурильных машин во времени, равный (0.75 -0.85);

? - коэффициент одновременности работы бурильных машин, равный (0.7- 0.9);

n - число бурильных машин, работающих в забое;

V_б - чистая скорость бурения, пог.м шпура в ч.

Чистая скорость бурения определяется по формуле:

V_б=k₁*k₂*k₃*k₄*60/t_{чист.бур},

гдеt_{чист.бур}=5 мин - время чистого бурения, принимаемое по приложению 1;

k₁-коэффициент, зависящий от веса и типа бурильной машины, равный 0.8 - 1.3 для ручных бурильных машин и 1.75 - 2.5для тяжелых колонковых;

k₂- коэффициент, учитывающий влияние давления сжатого воздуха, равный 1 -1.15 при давлении 4.5-5кгс/см² и 1.3 - 1.5 при давлении 5.5 - 6 кгс/см²;

k₃- коэффициент, учитывающий влияние диаметра головки бура, равный 1.25 -1.00 при диаметре 34 - 42мм.и 0.8 - 0.64 при диаметре 45 - 50 мм;

k₄-коэффициент, учитывающий глубину шпура, равный 1 - 0.95 при глубине 1 - 2 м, 0.9 - 0 8 при глубине 3 - 5 м.

Продолжительность погрузки взорванной массы грунта определяется по формуле:

Т_п=W_з*S*k_п*k_р/Р_э*n*?

г де W_з- глубина заходки за цикл, м;

S-проектная площадь сечения выработки, м²;

k_п-коэффициент перебора, равный 1.1 - 1.15;

k_р - коэффициент разрыхления фунта, равный 1.1 - 1.2 в слабых нескальных грунтах и 1.5 - 2.2 в скальных грунтах;

Р_э - эксплуатационная производительность погрузочной машины, м³/ч;

n- число погрузочных машин в забое;

?- коэффициент одновременности работы погрузочных машин, равный 0.7 - 0.8

Для машин непрерывного действия типа ПНБэксплуатационную производительность можно определить по формуле:

Р_э=60*?/k_р*(60/P_Т + t₁/v*? + t₂/n*v*?)+t₃

где ?- коэффициент использования машин, равный 0.8 - 0.85;

Р_Т - техническая производительность погрузочной машины;

t₁,t₂,t₃ - продолжительность соответственно простоя машины при обмене вагонетки или самосвала, груженого состава порожним и различные потери времени, отнесенные к 1 м³ породы;

v-объем вагонетки или самосвала;

? - коэффициент заполнения вагонетки или самосвала, равный 0.8- 0.9;

n -числе вагонеток в составе.

При погрузке в автосамосвалы третье слагаемое в скобках исключается.

Время на вспомогательные операции, ч:

Т_всп=Т₁+Т₂+Т₃+Т₄

где Т₁- время на подготовительные операции при бурении, равные 0.5-1 %;

Т₂=N*(4 + 1.1*l)/60*n-время на заряжение шпуров (N-число шнуров в забое, 1- средняя длина шпура, n- число заряжающих в забое, принимаемое из расчета один заряжающий на 15-20 шпуров);

Т₃- время на взрывание и проветривание, равное 0.5 - 0.8 ч;

Т₄- время на устройство пути, бурение шпуров под коммуникации и прочие работы, равное 0.3-1ч.

V_б=1.3*1.3*0.8*0,956*60/5=15.5 пог.м в ч.

Т_б=96*3/0,75*0,7*0,26*12=175ч;

Т_п=1,84*69,4*1.1*1,5/6*0,7*0,91=55ч;

Р_э=60*0,8/1,5*(60/180+0,8/0,8*4)=54,85м^,/ч;

T₂=96*(4 + 1.1*3)/60*6=2,24ч;

Т_всп=0.5+2.24+0.8+0.8=4.34ч;

Т_ц=175+55+4,34=234,34ч.

9. Сооружение обделки

Для бетонирования обделки тоннелей вскальных грунтах при проходке сплошным забоем применяются две основные схемы организации работ: параллельная схема с совмещением проходческих и бетонных работ во времени, и последовательная с возведением обделки после завершения проходки тоннеля по всей длине или отдельных его участков.

Параллельная схема организации работ применяется в тоннелях, которые сооружаются в грунтах, не допускающих оставления выработки на временной крепи длительное время, а также при последовательной разработки выработки по элементам сечения. Отставные обделки при параллельной схеме устанавливается взависимости от схемы движения транспорта и размещения оборудования в забое, я также от инженерно-геологических условий. Ориентировочно величину отставания можно принимать в пределax 25- 100м. В нарушенных неустойчивых грунтах возведение обделки может выполняться непосредственно за проходкой участками, равными длине заходки.

Последовательная схема работ может применяться при проходке коротких тоннелей или участков длиной до 500 м в крепких устойчивых грунтах, допускающих длительное пребывание выработки на временной крени, или не требующих крепления.

Бетонирование ведется заходками, длина которых должна обеспечить заданные темпы бетонирования с учетом времени потребного на укладку бетонной смеси на выстойку бетона в опалубке и на ее перестановку.

Опалубка может состоять из одной длинномерной или нескольких более коротких секций, которые переставляют при помощи жесткой рамы портального типа. Возможно также применение опалубки из сборно-разборных тюбинговых секций. Однако такая опалубка отличается трудоемкостью перестановки и сложностью в увязке бетонных и проходческих работ в случае расположения ее близко к забою. Поэтому сборно-разборную опалубку целесообразно использовать на участках тоннелей небольшой протяженности, при бетонировании обделки вслед за продвижением забоя в неустойчивых фунтах.

В местах укладки бетона необходимо применять разгрузочные мосты, эстакады и технологические тележки для размещения бетоноукладчиков.

Применим пневмобетоноукладчикПБУ -800.

Технические характеристики:

Таблица

Характеристики	ПБУ-800
Производительность, м3/ч	24
Дальность транспортирования, м	200
Емкость камеры, м3	0.8
Габаритные размеры: высота ширина длина	2430 2450 1890
Расход воздуха, м3/мин	15-20

10. Возведение тоннельной обделки

Механизированные способы укладки бетонной смеси требуют применения инвентарной передвижной опалубки, обеспечивающей достаточный фронт бетонирования, высокое качество и однотипность внутренней поверхности тоннеля, экономию материалов и транспортных средств и значительное ускорение работ.

Передвижная опалубка, применяемая при бетонировании шинельных обделок, должна иметь конструкцию, обеспечивающую ее удобное снятияи передвижение вслед за забоем, но не препятствующую перемещению по выработке грунта и материалов.

Жесткая инвентарная опалубка, состоящая из секций, смонтированных каждая наотдельной тележке и имеющих возможность небольших радиальных перемещений, достаточных для отрыва от готовой обделки.

Секция опалубки последовательно устанавливают и бетонируют, начинаяс ближайшей от забоя, в направление к выходу из тоннеля. После завершения бетонирования всех секций комплекта кольцо обделки, набравшее необходимую прочность, разгружают и соответствующуюему секцию перемешают вперед, устанавливают и бетонируют. Затем процесс повторяют с другими секциями. Длина и число секций опалубки должны быть увязаны с заданной скоростью бетонировании и требуемым временем выдержки в опалубке.

11. Прочие работы

Два обеспечения совместной роботы обделки и окружающего грунта и предотвращения его осадок все пустоты за обделкой, а также за оставленными элементами временной крепи следует тщательно заполнять, это достигается нагнетанием за обделку цементно-песчаного раствора.

Нагнетание выполняют в два приема: первичное (цементно-песчаные растворы) и контрольное (цементный раствор).

Первичное нагнетание за стены ведут горизонтальными рядами, начиная с нижнего на высоте 1м выше подошвы стен, до отказа при предельном давлении. По окончании первичного нагнетания за стены, начинают нагнетание за свод кольцевыми рядами.

Контрольное нагнетание делами после отвердения раствора первичного нагнетания до прекращения поглощения цементного молока в течение 10- 15 мин при предельном давлении 0.4 MПa. После окончания нагнетания отверстия заполняютрастворомна всю глубину, выступающие концы трубок срезают и заштукатуривают.

Наиболее распространенными способами герметизации тоннелей является нанесение торкрета и устройство оклеенной гидроизоляции.

Список литературы

1. СНиП 32-04-97 «Тоннели железнодорожные и автодорожные»

2. Методические указания

Размещено на Allbest.ru