Размещено на http://allbest.ru/

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

ИНСТИТУТ ПУТИ, СТРОИТЕЛЬСТВА И СООРУЖЕНИЙ (ИПСС)

КАФЕДРА «Подземные сооружения»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

НА ТЕМУ: «Тоннель, сооружаемый горным способом»

Выполнил: Герасимов А.Е.

Принял: Ляховенко Г.И.

Москва 2012 г

1. Выбор материала для конструкции тоннельной обделки

В соответствии с исходными данными конструкция тоннельной обделки находится в слое № 3 - Аргиллит крепкий плитчатый, коэффициент крепости породы f = 4. Гидростатическое давление: p=0,036 МПа. В качестве материала для обделки тоннеля будем использовать бетон марки В30 - по прочности и W2 - по водонепроницаемости.

2. Проектирование конструкции тоннельной обделки

2.1 Внутреннее очертание обделки

Для двухпутного железнодорожного тоннеля габарит приближения строений на прямых участках получают объединением двух габаритов «С», расстояние между осями устанавливают равным 4100мм. Высоту габарита «С» принимаем Н=6250 (при подвеске с несущим тросом), ширину поверху - b=2040мм.

На кривых участках требуется увеличение габарита. При радиусе кривой 1000м принимаем уширение междупутья Д_м=600мм. Горизонтальное смещение точек габарита: Д₁=Д₅=Д₆=40мм, Д₂=440мм, Д₃=790мм, Д₄=160мм. Координаты т.4'': х=310мм, у=6480мм (где (0,0) - пересечение оси пути и УГР).

Тоннель располагается в слое песчаника: f=4. В скальных породах (6>f?1,5), создающих боковое давление, стенам обделки придают криволинейное очертание. Для обделки двухпутного железнодорожного тоннеля применяют форму трехцентровой коробовой кривой. Запасы Д от характерных точек габарита до обделки назначаем: Д₁=Д₂=100 мм, Д₃=300 мм, Д₄=15 мм. Радиус R стеновой части тоннеля можно назначать в пределах 6000-7000 мм, а радиус r сводовой части - 4000-5000 мм. Расстояние l₁ от УГР до оси, целесообразно принять близким 2500 мм. Положение центров О₂ определяется отрезками прямой S и l₁.

2.2 Внешнее очертание обделки

После того как определено внутреннее очертание обделки, следует назначать её толщину. Предварительное (до расчёта) назначение размеров сечений обделки производится по приближённым формулам, полученным на основе опыта проектирования. Высота сечения обделки в замке d_з (м) для двухпутного железнодорожного тоннеля:

d_з = 1 - 0,1* f

d_з = 1 - 0,1* 4 = 0,6 м

Толщину стены d_ст определяют, при f ? 4:

d_ст = 1,0 * d_з = 0,6 м.

Внешнее очертание сводовой и верхней половины стеновой части обделки повторяют ее внутреннее очертание. Внешний контур нижней половины обделки (начиная от оси центров О₂) задан в виде вертикальных отрезков прямой.

2.3 Проектирование лотковой части обделки

Обделку с криволинейным очертанием стен без обратного свода проектируют в устойчивых (крепких) грунтах. Обделку с обратным сводом целесообразно проектировать в неустойчивых и особенно в водонасыщенных породах, оказывающих на обделку всестороннее давление. Кривизну свода задают так, чтобы в нижней части сечения можно было разместить водоотводный лоток, а толщина балластного слоя под шпалами была не менее 25 см. Двухпутные железнодорожные тоннели проектируются с водоотводным лотком, расположенным по оси междупутья или с двумя лотками, размещёнными у стен.

2.4 Камеры и ниши

Гидростатическое давление следует учитывать при расчете конструкций тоннеля или его части, расположенных ниже уровня подземных вод.

q^н = г_w*h_w;

q^н = 1*(1,12 + 10,48) = 11,6 тс/м²;

q^расч = q^н*n_q = 11,6*1,1 = 12,76 тс/м².

Нагрузка от собственного веса

Нагрузка от собственного веса определяется по проектным размерам конструкции и объёмному весу материала.

,

где - вес 1 п.м. свода обделки, - пролет свода

q^н = (20,04*2,5)/11,46 = 4,37 тс/м².

q^расч = q^н*n_q = 4,37*1,2 = 5,24 тс/м².

3.2 Расчётная схема и основная система

Основная система для расчета обделки по методу перемещений

Тоннельная обделка, работающая совместно с окружающей упругой средой, представляет собой сложную многократно статически неопределимую конструкцию.

Наибольшее распространение имеет способ, предложенный в 1936 году инженерами Метропроекта, основанный на преобразовании заданной системы в расчетную введением следующих допущений:

- плавное очертание обделки заменяют ломаным (вписанный многоугольник), непрерывное изменение жесткости обделки - ступенчатым, причем на протяжении каждой из сторон многоугольника жесткость обделки принимают постоянной;

- распределенные активные нагрузки, действующие на обделку, заменяют усилиями, приложенными в вершинах многоугольника;

- сплошную упругую среду заменяют отдельными упругими опорами, помещенными в вершинах вписанного многоугольника и расположенными перпендикулярно наружной поверхности обделки. При учете сил трения между обделкой и грунтом опоры отклоняются вниз на угол трения. Это равносильно допущению, что интенсивность упругого отпора на участке, соответствующем длине упругой опоры (расстоянию между серединами сторон вписанного многоугольника, примыкающих к опоре), является постоянной, т. е. эпюра упругого отпора имеет ступенчатую форму.

При преобладании вертикальных нагрузок силы трения, возникающие в подошве обделки, обычно превышают усилия, стремящиеся сместить низ стены в горизонтальном направлении. Невозможность этого смещения учитывается введением горизонтальной жесткости опоры в уровне подошвы стены.

Увеличение числа упругих опор уменьшает отклонение расчетной схемы от действительной и повышает точность расчета.

При расчёте по методу перемещений число неизвестных увеличивается в три раза по сравнению с методом сил, так как в каждой вершине многоугольника необходимо определить три смещения по направлению вводимых закреплений: угловое, горизонтальное и вертикальное.

Расчётная схема подковообразной обделки на упругих опорах с жесткой заделкой в пятах представляет собой вписанных многоугольник, по концам сторон которого расположены упругие пружины, характеризующие взаимодействие конструкции с грунтом. Программа предусматривает автоматическое выключение пружин, попавших в безотпорный участок.

Основная система без упругих пружин получена из расчётной введением в каждом узле, кроме жесткой заделки, трёх связей, препятствующих угловому , горизонтальному х и вертикальному у смещениям.

Неизвестными являются перемещения узловых точек, обращающиеся в нуль усилия во введенных связях.

Для каждой вершины многоугольника можно составить три канонические уравнения, содержащих для точек 1 и 5 шесть неизвестных, а для промежуточных точек девять неизвестных.

Зная значения векторов перемещений концов стержней, входящих в расчётную схему, можно определить внутренние усилия в стержнях, загруженных лишь по концам, по формулам строительной механики.

Обычно подошва обделки - точка 6 - может перемещаться по вертикали и поворачиваться, но жестко закреплена в горизонтальном направлении.

Реакции, возникающие в подошве пяты при единичных повороте и вертикальной осадке, равны соответственно k_пI_п и k_пh_п (l_п и h_п - момент инерции и высота сечения пяты; k_п - коэффициент упругого отпора грунта в подошве).

Введение поправок в матрицы реакций позволяет учесть влияние податливости опорных реакций обделки.

4. Производство работ горным способом

4.1 Проходка тоннеля

Для твердых глин с коэффициентом крепости 1,5 применяем способ сплошного забоя Идея способа заключается в предотвращении осадок кровли выработки и развития горного давления путем быстрого возведения в забое постоянной крепи - свода обделки.

Проходку осуществляют сплошным забоем отдельными заходками, длина которых равна расстоянию между дугами крепи (обычно1-1,2 м).. На небольшом расстоянии от забоя (обычно 12 шагов крепи, в неустойчивых грунтах до двух шагов крепи), определяемом удобствами производства работ, производят бетонирование свода.

Применение инвентарной стальной крепи позволяет осуществить раскрытие выработки на более крупные части, чем при деревянной крепи.

4.2 Основное горнопроходческое оборудование для разработки породы, погрузки и транспорта породы

Разработку породы в выработках тоннелей сооружаемых горным способом, выполняют главным образом буро- взрывным способом. Буро-взрывной способ разработки породы включает бурение шнуров, их заряжение взрывчатым веществом (ВВ) и взрывание.

Бурение шнуров производится пневматическими или электрическими бурильными машинами. Первые получили наибольшее распространение как самые простые, надежные и безопасные.

Для взрывания горных пород используют различные ВВ, из которых в практике отечественного тоннелестроения наибольшее распространение получили аммониты. Аммониты отличаются безопасностью и сравнительно низкой стоимостью.

Поверхность выработки после взрывания породы имеет значительные неровности. Для того, чтобы избежать переборов породы или, в случае недоборов, необходимости выравнивания выработки отбойными молотками, применяют профильное (гладкое) взрывание, отличающееся от рассмотренного выше конструкцией зарядов контурных шнуров и их расположением.

После взрывания, проветривания, осмотра забоя и оборки профиля приступают к погрузке породы в транспортные средства. Это операция в проходческом цикле является самой трудоемкой и обычно полностью механизируется.

Породопогрузочные машины имеют сравнительно небольшие размеры и специально приспособлены для работы в стесненном пространстве надземной выработки. В тоннельном строительстве используют пневмоприводные и электроприводные машины. Для перемещения породы от забоя к лоткам или к фурнелям в верхнем горизонте применяют скреперы.

К числу пневмоприводных относится машина ПМЛ-5, которая перемещается и работает на узкоколейном рельсовом пути.

Для увеличения фронта погрузки корпус машины вместе с лопатой может поворачиваться относительно оси пути на 30⁰ в каждую сторону. Техническая производительность машины ПМЛ-5 равна 25м³/ час . Эта погрузочная машина отличается простотой конструкции, несложностью управления и безотказностью в работе. Главными недостатками машины ПМЛ-5 являются значительная рабочая высота, обусловленная верхним положением ковша над корпусом во время погрузки, низкий КПД и значительный шум, производимый ее двигателями при работе.

Электроприводная погрузочная машина ПМЛ-5 также перемещается и работает на узкоколейном рельсовом пути. Машина оборудована поднимающимся ковшом, с которого порода поступает на небольшой транспортер. Под выступающей за пределы машины хвостовой частью транспортера помещается вагонетка, соединенная с выдвижным сцепным устройством. Техническая производительность погрузочной машины ПМЛ-5 равной 30 м³/ час. Машина имеет высокий КПД, но требует более квалифицированного обслуживания, чем машина с пневмоприводом.

Для погрузки породы в выработках большого поперечного сечения, например в двухпутных железнодорожных тоннелях, находят применение экскаваторы на гусеничном ходу. С целью снижения рабочей высоты и увеличения производительности тоннельные экскаваторы оборудуются не прямой, а телескопической совковой лопатой, которая загружается разрушенной породой на одно черпание. Производительность погрузки экскаватором в тоннеле достигает 16--200 м³/ час. Работа экскаватора хорошо сочетается с погрузкой в автосамосвалы.

4.3 Разработка схемы временного крепления выработки

Характер временной крепи определяется устойчивостью грунтов, в которых ведут проходку.

Для твердых глин с коэффициентом крепости 1,5 применяем способ сплошного забоя. Закрепляют выработку обычно с помощью инвентарной стальной крепи, состоящей из двутавровых дуг и деревянной затяжки. Применение инвентарной стальной крепипозволяет осуществить раскрытие выработки на более крупные части, чем при деревянной крепи.

4.4 Бетонирование обделки

Возведение обделки, завершающее цикл основных работ по сооружению тоннеля, производят обычно параллельно с раскрытием подземной выработки в соответствии с основным правилом тоннелестроения. Это правило состоит в необходимости сокращения до минимума периода пребывания выработки на временной крепи. В курсовом проекте используем параллельную схему сооружения тоннеля способом сплошного забоя.

Применяя обделку из монолитного бетона, необходимо обеспечить четкую организацию хозяйственной деятельности, которая в значительной степени определяется размерами поперечного сечения выработки и длиной сооружаемого через один вход участка тоннеля. Доставка бетонной смеси должна производиться с минимальным числом перегрузок и сотрясений, ведущих к расслоению, а также завершение работ до начала схватывания цемента.

Бетонную смесь приготавливают вне тоннеля или его готовой части на расстоянии от опалубки, обеспечивающем возможность своевременной доставки и укладки на место. На участке бетонирования должны быть приняты меры против фильтрации через свежеуложенный бетон подземных вод. Для этого в трещины пород закладывают водоотводные трубки.

При параллельной системе организации работ в первую очередь бетонируют стены и верхний свод, что позволяет сохранить нетронутыми откаточные пути, используемые для вывоза грунта из забоя выработки.

При бетонировании применяем телескопическую опалубку. Она состоит из нескольких секций, допускающих значительные смещения входящих в них элементов и имеющих одну тележку для их складывания, перемещения под ранее установленными секциями и установки на новом месте.

Перемещение бетонной смеси к месту укладки выполним машиной механического действия - пневматическим бетононагнетателем по стальным трубкам - бетоноводам. Пневмобетононагнетатель более прост, чем бетононасос, меньше подвергается износу, имеет малые габаритные размеры и обеспечивает очистку бетоновода от бетонной смеси после каждого цикла. Но его производительность непостоянна и уменьшается с увеличением дальности подачи.

4.5 Нагнетание за обделку

Для обеспечения совместной работы 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, слой которого одновременно способствует более равномерному распределению горного давления, уменьшает водонепроницаемость окружающих грунтов и защищает обделку от агрессивных подземных вод.

Нагнетание выполняют в два приема: первичное (цементно-песчаные растворы) и контрольное (цементный раствор). Целью контрольного нагнетания, которое проводят под повышенным давлением, является заполнение пустот за обделкой, оставшихся после первичного нагнетания, и трещин (в том числе усадочных) в затвердевшем растворе, а также обеспечение надёжной совместной работы системы обделка - грунт. Цемент выбирают с учетом агрессивности подземных вод, его марка 300-400.

тоннель обделка горнопроходческий порода

4.6 Гидроизоляция тоннеля

Для герметизации тоннеля применяем послойное нанесение бетона.

Слои плотного цементно-песчаного раствора наносят на внутреннюю поверхность обделки с помощью пневматической цемент-пушки. Давлением сжатого воздуха сухая смесь цемента и песка подаётся по гибкому шлангу, и после увлажнения в нём водой с силой набрызгивается на изолируемую поверхность. Образование гидроизоляционного слоя сопровождается непрерывным уплотнением ударами песчинок, обеспечивающим высокие качества покрытия. Бетонирование ведут слоями толщиной 4-12 мм с общей толщиной покрытия 20-410 мм. Так как более тонкие слои являются более плотными, слой, прилегающий к обделке, и наружный слой, подвергающийся выветриванию, делают долее тонкими, чем остальные слои. Каждый последующий слой наносят после затвердения предыдущего (обычно через 8-12 ч).

Материалами для бетонирования служат чистый песок крупностью до 5 мм и цемент марки не ниже 300, подбираемый с учётом агрессивности подземных вод.

При напорах подземных вод более 0,5 кгс/см ² бетонный слой армируют сеткой из проволоки диаметром 3 - 5 мм, прикрепляемой к обделке анкерами, которые располагаются через 40 см.

Поверхность для бетонирования подготавливают посредством насечки бетона отбойными молотками с очисткой пескоструйным аппаратом и промывкой водой под давлением. Перед бетонированием поверхность увлажняют, а воду, просачивающуюся через обделку, отводят трубками, заложенными в бетоне. Температура поверхности должна быть не ниже +5 С. Для уменьшения усадки влажность бетона на обычном цементе поддерживают в течение двух недель, на пуццолановом - в течение трёх недель.

Бетонное покрытие обеспечивает достаточную механическую прочность, хорошее сцепление с бетоном, особенно при наличии сетки армирования, и водонепроницаемость при небольших напорах воды. Работы по бетонированию в значительной степени механизированы.

К недостаткам бетонирования относят: жесткость, ведущую к трещинообразованию при неравномерных осадках; возможность возникновения усадочных трещин, уменьшаемую применением безусадочного цемента и армирования сетками; большой расход цемента и значительный отскок частиц от поверхности.

5. Таблица объёмов работ на 1 пм тоннеля

Список литературы

1. Гринев А.А., Слемзин А.Е. Проектирование тоннелей, сооружаемых горным способом. Методические указания к курсовому проектированию. -М.: МИИТ, 1988. -33 с.

2. Строительные нормы и правила. СНиП 32-04-97. Тоннели железнодорожные и автодорожные. -М.: ГП ЦПП, 1998. -21 с.

3. Храпов В.Г., Демешко Е.А., Наумов С.Н. и др. Тоннели и метрополитены. Учебник для. вузов. -М.: Транспорт, 1989. -383 с.

Размещено на Allbest.ru