Строительство тоннеля щитовым способом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Исходные данные

2. Оценка инженерно-геологических условий

3. Конструкции обделок

4. Расчет варианта обделки

5. Общая организация работ по сооружению тоннеля

6. Выбор принципиальной схемы щитового комплекса

7. Определение основных размеров щита

8. Определение сопротивлений и числа щитовых домкратов

9. Организация и комплексная механизация работ по сооружению участка тоннеля

10. Основные мероприятия по охране труда и технике безопасности

11. Список использованной литературы

1. Исходные данные

Тоннель проходит в слое конгломерата их осадочных пород на глинистом цементе средней плотности. Выше располагается слой суглинка апшеронского; далее идет слой супесчано-глинистых грунтов с включениями. Отметка центра тоннельной обделки принята за 0,00. Внутренний диаметр обделки принимаем Dвн=8,5 м, наружный Dн=9,22 м.

Геологические условия заложения тоннеля в породном массиве с отметками расположения слоев относительно УГР

1. Конгломераты из осадочных пород на глинистом цементе.

ѓ=5

k=25 - 45 кгс/смі

с=2,1 т/мі

2. Суглинки апшеронские (неогенные).

ѓ=0,7

ц=20 град.

C=0,8 кгс/смі

с=2,05 т/мі

3. Супесчано-суглинистые грунты с включениями.

ѓ=0,7

ц=22 град.

C=0,15 кгс/смі

е=0,30-0,35

с=1,9 т/мі

2. Оценка инженерно-геологических условий

В необводненных скальных и полускальных породах (f ? 2-3) применяют в зависимости от диаметра тоннеля обделки из железобетонных тюбингов с плоскими стыками или из блоков ребристого или сплошного поперечных сечений с цилиндрическими выпукло-вогнутыми стыками.

При назначении типа поперечного сечения элемента обделки принимают во внимание следующие соображения:

· Обделки из железобетонных тюбингов и ребристых блоков, особенно при наличии у последних болтовых связей по кольцевому борту, обладают повышенной жесткостью и не требуют при монтаже верхней части кольца поддержки выдвижными балками. Но эти обделки подвержены образованию трещин в местах болтовых соединений и по бортам, которые могут возникать при изготовлении из-за сложной конфигурации элементов, в процессе монтажа при затягивании болтов, от действия щитовых домкратов при передвижке щита, в рабочей стадии от действия горного давления. Трещины могут служить причиной коррозии арматуры, источниками течей в тоннеле.

· Уменьшенная в месте оболочки толщина обделки из тюбингов и ребристых блоков в сочетании с более низкой трещиностойкостью этих обделок увеличивает их водопроницаемость.

· Расход бетона на изготовление тюбингов и ребристых блоков и, следовательно, их вес меньше, чем блоков сплошного сечения, но потребность в металле выше из-за большего расхода арматуры, наличия болтовых связей и закладных металлических деталей, обрамляющих отверстие.

· Обделки из тюбингов имеют повышенное аэродинамическое сопротивление, вызываемое ребристой внутренней поверхностью, что ухудшает условия вентиляции тоннеля. По этой причине усложняется очистка тоннеля от грязи при его эксплуатации

3.Конструкция обделки

Обделка из блоков сплошного (прямоугольного) сечения прямоугольной формы сечения.



Кольцо унифицированной обделки шириной 1 м состоит из восьми нормальных, одного лоткового блока с плоской внутренней поверхностью и трех замыкающих вкладышей. Высота сечения блоков 360 мм. Связь между кольцами отсутствует.

Продольный стык - выпукло-вогнутый. Он представляет собой шарнирное соединение, допускающее возможность свободного взаимного поворота сопрягаемых элементов. Обделку с такими стыками рассматривают как кольцо с шарнирами. Ее геометрическая неизменяемость обеспечивается совместной работой с окружающим грунтовым массивом.

Цилиндрическая выпукло-вогнутая форма стыка снижает изгибающий момент в обделке, обеспечивает хорошее восприятие поперечной силы и удобство монтажа.

Достоинством обделки является ее высокая деформативность, обеспеченная шарнирностью продольных стыков и отсутствием связей между кольцами. Это приводит к уменьшению изгибающих моментов в сечениях обделки, что улучшает ее статическую работу.

Недостатки обделки: необходимость подклинки блоков в грунт и оболочку щита для обеспечения необходимой геометрии кольца; возможность получения недопустимой эллиптичности колец до момента затвердения раствора, нагнетаемого за обделку, а в податливых породах даже в рабочей стадии; необходимость при монтаже поддерживать верхние блоки на выдвижных балках до замыкания кольца.

4. Расчет варианта обделки

Нагрузки от горного давления определим по гипотезе сводообразования Протодьяконова:

L=D(1+2tg(45o - н/2))

н - нормативный угол внутреннего трения,

н = arctg

н = arctg 5 = 78, 6o

Принимаем н = 79o

L=9,22*(1+2*0,096)=10,99 м ~ 11 м

Высота свода обрушения под верхней точки выработки

h1= L/2

h1=11/(2*5)=1,1 м

Вертикальное нормативное горное давление

qн=h1Kp

- объемный вес грунта, кН/м3

= 2,1 кН/м3

Кр - коэффициент условия работы грунтового массива

Кр=1

qн=2,1*1,1*1=2,3 тс/м2

Расчетное вертикальное горное давление

qр=nqqн

nq=1,5 - коэффициент условий работы

qр=1,5*2,3=3,45 тс/м2

Горизонтальное нормативное горное давление

p=*(Кр*h1+0,5*Dн)*tg2(45-k/2)

p=2,1*(1*1,1+0,5*8,5)*tg2(45-79/2)=0,10 тс/м2

Расчетное горизонтальное давление

pр = nq pн

pр=1,2*0,10= 0,12 тс/м2

5.Общая организация работ по сооружению тоннеля

Щитовой способ сооружения тоннелей основан на применении в забое тоннеля специального агрегата - проходческого щита. Щит представляет собой подвижную металлическую крепь, надёжно ограждающую забойную зону от окружающего грунтового массива. Под его защитой выполняются основные операции проходческого цикла: разработка грунта, крепление забоя, транспортировка грунта и материала, возведение обделки. Форма поперечного сечения щита повторяет очертание тоннельной обделки и, как правило, круговая.

Щитовой комплекс выполняется в соответствии с «Правилами безопасности при строительстве метрополитенов и подземных сооружений». В технологический процесс сооружения тоннеля входят следующие работы:

· разработка и погрузка породы щитовым комплексом;

· монтаж обделки.

К забою должны быть подведены:

· сжатый воздух;

· силовые и осветительные кабели;

· водопровод;

· вентиляционные трубы.

В комплекс машин и механизмов для проходки тоннеля входят: механизированный комплекс, транспортные средства (вагонетки, электровозы).

Составляется схема откаточных путей по горным выработкам и проект электровозной откатке.

При длительной остановке механизированного щита крепление лба забоя производится по паспорту, разработанному начальником участка и утверждённым главным инженером. Подготовительные работы при щитовой проходке включают в себя сооружение монтажных камер, доставку щитового оборудования в разобранном виде и монтаж щита. Монтажные камеры размещаются по трассе сооружаемого тоннеля так, чтобы имелась возможность их повторного использования для монтажа щита противоположного направления или для демонтажа щита, закончившего проходку. Монтажные камеры размещены так, чтобы имелась возможность их повторного использования для монтажа щита противоположного направления или для демонтаже щита, закончившего проходку. Внутренние габариты камеры обусловлены размерами монтируемого щита и требованиями размещения подъемных и монтажных устройств. Расстояние от верха щита до свода камеры - 0,5 м . Боковые проходы между щитом и стеной камеры составляет 0,8 м. Длина камеры - 6 м . Конструкция камеры из монолитного бетона в нескальных грунтах имеет верхний свод, стены , обратный свод и торцевые стены, в которых устроены проемы для вывода смонтированного щита. Проемы до передвижки щитов заделывают временным заполнением - металлическими балками с затяжкой из досок. В своде камеры закрепляют продольные балки или проушины для крепления блоков и талей. Для монтажа применяют лебёдки. В лотковой части камеры обычно устраивают бетонную подушку с забетонированными направляющими рельсами по контуру опирания корпуса щита. Для вывода щита из камеры в её лотковой части укладывают неполные тюбинговые кольца с упором в торцевую стену и передвигают щит нижними щитовыми домкратами вплотную к проему. Затем разбирают временное крепление с подкреплением обнажающегося грунта. После выдвижения щита из камеры производят монтаж укладчика тоннельной обделки с использованием тех же подъёмных механизмов и приспособлений.

6. Выбор принципиальной схемы щитового комплекса

Конгломераты из осадочных пород на глинистом цементе с коэффициентом крепости f = 5 относится к довольно крепким скальным породам. Проходка в таких грунтах осуществляется механизированным щитом с лучевым роторным исполнительным органом, оснащенным дисковыми шарошками.

строительство тоннель щитовой домкрат

Комплексы, в которых достигнута полная механизация проходческих работ, называют механизированными комплексами. В таких комплексах щит имеет рабочий орган (для разработки и погрузки породы), конвейер (для выдачи породы за пределы щита) Вслед за щитом в сцепе с ним установлен укладчик обделки, тоннельный конвейер и другое технологическое оборудование. При проходке в неустойчивых породах рабочий орган (исполнительный) щита наряду с разработкой породы обеспечивает поддержание лба забоя от обрушения.

По принципу действия различают три группы рабочих органов:

- непрерывного действия, если разработка грунта происходит одновременно по всей площади забоя (например, рабочий орган роторного типа);

- цикличного действия, если разработка грунта происходит в отдельные отрезки времени в отдельных участках забоя (например, рабочий орган экскаваторного типа);

- комбинированно действия, когда сочетаются хотя бы по одному из двух типов рабочих органов (например, экскаваторного типа с горизонтальными рассекающими площадками).

Роторные рабочие органы могут быть с плоской или винтовой планшайбой со щелями для выхода грунта или лучевого типа .Эти органы в зависимости от крепости пород оснащают пластинчатыми или стержневыми резцами, шарошками и другим инструментом. При вращении режущий инструмент врезается в грунт и разрушает его. Щит может быть оснащен сменными в зависимости от крепости пород рабочими органами: экскаваторным рабочим органом для работы в супесях, суглинках, глинах; стреловым исполнительным органом с резцовой коронкой для работы в твердых глинах, известняках, песчаниках. Горизонтальные рассекающие перегородки (площадки) рабочего органа позволяют работать в песках, насыпных грунтах. На горизонтальных перегородках при внедрении их в забой образуются осыпи грунта под углом естественного откоса, обеспечивающие устойчивость забоя (т. е. выполняющие функции временной крепи). С помощью механизированных комплексов, кроме обычных сборных обделок, сооружают также монолитно-прессованные и сборные обжимаемые в породу обделки. Монолитно-прессованные обделки образуются при уплотнении бетонной смеси усилиями щитовых гидроцилиндров при внедрении щита в забой. После монтажа в хвостовой части щита очередной секции опалубки и нагнетания за нее бетонной смеси щит продвигают вперед, при этом под давлением гидроцилиндров смесь в опалубке уплотняется и непосредственно за щитом остается готовая бетонная обделка. Особенность сборных железобетонных обделок кругового очертания, обжимаемых в окружающий породный массив, состоит в том, что сразу же после их монтажа кольца обделки прижимают к контуру выработки и обделка немедленно вступает в работу, предотвращая развитие горного давления и просадки земной поверхности.

7. Определение основных размеров щита

Диаметр щита равен:

Dщ = Dобд. + t + 2до

Dобд. - наружный диаметр обдели (9,22 м);

t- зазор между внутренней поверхностью оболочки щита и наружной обделки (60 мм);

до - толщина оболочки щита (50 мм).

Dщ = Dобд. + дз + 2до = 9220+60+2*50 = 9380 м

Полная длина щита поверху равна:

Lщ = Lн + Lоп + Lоб

Lн - ширина ножевого кольца, принимают по условию обеспечения удобства и безопасности работы проходчиков или размещения ИО щита (1200 мм);

Lоп - ширина опорного кольца (1500 мм);

Lоб = l1 + l2 + l3 + l4 - длина хвостовой части оболочки ;

l1 - длина части щитового домкрата, выступающей за пределы опорного кольца (800 мм);

l2 - ширина уплотнительного прижимного кольца (кольцо отсутствует);

l3 - зазор между торцом уложенного кольца обделки и опорной поверхностью прижимного кольца (колец нет, зазор отсутствует).

l4 - длина участка оболочки, в пределах которого расположена обделка (1200 мм).

Lщ = Lн + Lоп + Lоб =1200 + 1500 + 2000 = 4700 мм

Отношение полной длины щита к его диаметру, характеризует степень манёвренности щита.

М = Lщ / Dщ = 4700/9380 = 0,5

Диаметр в пределах опорного кольца:

Dщоп = Dщ - 2до = 9380 - 100 = 9280 м

Масса механизированного щита

mщ = 1,5*(3,5Dщ - 10)=1,5*(3,5*9,28 - 10) = 437,1 т

8. Определение сопротивлений и числа щитовых домкратов

Определение сопротивлений, преодолеваемых щитом при передвижении:

W = W1 + W2 + W3 + W4

W1 - лобовое сопротивление внедрению головной части щита в забой;

W2 - сопротивление породы по наружной поверхности щита;

W3 - сопротивление трения обдлеки по внутренней поверхности оболочки щита;

W4 - сопротивление тренияперемещаемого совместно с щитом технологического комплекса.

W1 = n'здPзд

n'зд - количество включенных в работу забойных домкратов (19 штук)

Pзд - усилие забойного домкрата, передающееся на забой (100 кН)

W1 = 25*100=25000 кН

W2 = [2 • ( q1 + р1) • Lщ • Dщ+G1] • fтр.1

G1 - собственный вес щита (437,1 т);

fтр.1 - коэффициент трения стали о породу (0,5);

W2 = [2 • (2,3 + 0,12) • 4,7• 9,38 + 437,1] • 0,5 = 324,1 т.

W3 = G2 • fтр.2

G2 - вес обделки лежащей на оболочке (G2 = 11,88 т)

fтр.2 - коэффициент трения (fтр.2 =0,5)

W3 = 11,88 • 0,5 = 5,94 т.

W4 = kм • G3 • fтр.2

G3 - вес части комплекса, перемещаемой со щитом

G3 ~ 0,3 • G1 = 0,3 • 437,1 = 131,1 т

kм - коэффициент местного сопротивления (kм =2)

W4 = 2 • 131,1 • 0,5 = 131,1 т.

Общая сила предельного сопротивления:

W = W1 + W2 + W3 + W4 = 250 + 324,1 + 5,94 + 131,1 = 711,1 т

Общее усилие щитовых домкратов Pщ=kщW=1110 т

9. Организация и комплексная механизация работ по сооружению участка тоннеля

При щитовом способе сооружения тоннелей комплексная механизация работ предусматривает непрерывное и одновременное выполнение механизированным способом всех основных и вспомогательных операций от забоя до участка готового тоннеля. Необходимый для этого комплект оборудования, основа которого составляет проходческий щит, принято называть щитовым механизированным комплексом. Машины и механизмы, расположенные за щитом, состоят из оборудования для возведения обделки, передвижной технологической платформы, транспортного моста для ленточного транспортёра, средств для транспортировки грунта из тоннеля, гидравлического и электрического оборудования. Применение щитовых механизированных комплексов создаёт условия для частичной или полной автоматизации производства, существенно облегчает труд проходчиков и повышает его безопасность, улучшает санитарные условия и ставит на новый уровень общую культуру производства горнопроходческих работ.

10. Основные мероприятия по охране труда и технике безопасности

Выполнение работ при сооружении тоннеля следует осуществлять в строгом соответствии с требованиями “Правил безопасности при строительстве метрополитенов и подземных сооружений” ТИМР 1992г. СНиП III-4-80 “Техника безопасности в строительстве”.

1. До начала работ по проходке все представители технического надзора должны быть ознакомлены (под расписку) с геологическими и гидрологическими условиями участка.

2. Запрещается выполнять подземные работы при отсутствии или недостаточном количестве аварийного запаса материалов, инструментов и инвентаря противопожарных и др. средств защиты.

3. Механизмы резания грунта могут включаться только после того, как будет установлено, что в забое отсутствуют люди.

4. Рабочее место машиниста должно быть соединено светозвуковой сигнализацией со всеми механизмами технологического комплекса.

5. Во время работы режущего механизма доступ людей в забой запрещается.

6. В случае остановки щита (на срок более одной смены) обнажённые поверхности забоя должны быть надёжно закреплены.

7. При осмотре забоя и ремонте режущего механизма электропривод его должен быть обесточен, а забой и рабочее место достаточно освещены (не менее 75 люксов)

8. Всё электрооборудование на механизированном щите и технологической платформе должно быть заземлено.

9. Работы, производящиеся на технологических платформах, на время их передвижения должны быть приостановлены.

10. Все проёмы в настиле технологической платформы должны быть оборудованы откидными или выдвижными фартуками.

11. Вагонетка не должна загружаться грунтом до верха (до верха борта не менее 10 см.)

12. При остановке транспортёра его разгрузочная часть должна быть очищена от нависающих кусков грунта.

13. Для установки тюбингов и блоков при сооружении обделки тоннелей нужно применять укладчик специальной конструкции.

14. Рабочие площадки щита укладчика и лестницы должны иметь металлические ограждения (высотой не менее 1м.) и поручни.

15. Монтаж кольца обделки должен производиться с обеих сторон по одному элементу при помощи тюбингоукладчика, а также монтажных инструментов и приспособлений.

16. Находиться в зоне вращения рычага тюбингоукладчика во время его движения запрещается.

17. На выдвижных площадках тюбингоукладчика во избежание падения инструмента, материалов и грунта должны устраиваться борта.

18. Оставлять тюбинг «навесу» после окончания работы на время перерыва запрещается.

19. При осмотре и ремонте тюбингоукладчика должны быть приняты меры, предупреждающие самопроизвольное вращение его деталей.

20. Оставление оправок, пробок, гаек, ключей, болтов и др. предметов на бортах и рёбрах тюбингов обделки, а также на тюбингоукладчике и щите запрещается.

21. Передвижение щита и укладчика должны производиться под руководством сменного технического надзора и в присутствии дежурного слесаря.

22. Перед началом укладки бетонной смеси (монолитно-прессованной обделки) представитель технического надзора обязан проверить надежность крепления опалубки, поддерживающих лесов, рабочих подмостей и настилов.

23. Опалубку можно разбирать только с разрешения начальника смены или участка.

24.При подаче бетонной смеси бетононасосом или пневмоукладчиком необходимо тщательно следить за надежным креплением бетоновода на всём его протяжении и за плотным соединением между собой отдельных его звеньев. Также необходимо обеспечить место ведения работ двусторонней световой и звуковой сигнализацией.

25. У выходного отверстия бетоновода должен быть установлен козырёк- отражатель.

26. При автомобильной откатке кроме основной вентиляции должна быть предусмотрена дополнительная призабойная нагнетательная вентиляция.

27. Для улучшения вентиляции тоннеля на глушителях автосамосвалов должна быть предусмотрена установка газонейтрализаторов.

28. Воздух в подземных выработках должен содержать не менее 20 % кислорода (при этом допускается содержание углекислого газа в воздухе не более 0,5 % по объёму) и иметь температуру не более 25°.

11. Список использованной литературы

1. Тоннели и метрополитены / под редакцией В.Г.Храпова, М., 1989 г, 389 с.

2. Методические указания: Проходческие щиты для сооружения тоннелей / составители: А.А. Гринев, А.Е. Слемзин, М., 1988 г, 50 с.

3. Методические указания: Расчет сборных круговых тоннельных обделок / составители: Н.Г. Туренский, А.Н. Сонин, М., 1982 г, 62 с.

4. Методические указания: Конструкция сборных круговых тоннельных обделок / составители: Н.Г. Туренский, В.К. Сергеев, М., 1980 г, 44 с.

Размещено на Allbest.ru