Двухпутный железнодорожный тоннель

Чертеж1.dwg

Глинистые сланцы трещиноватые
Конструкция обделки для щитового способа 1:100
Габбро сильно трещиноватый
Объемно-планировочные и
Тоннельные пересечения на транспортных магистралях
конструктивно-технологические решения
железнодорожный тоннель
Продольный разрез по оси тоннеля Г 1:20000
Щебеночное основание
Полиэтиленовая гофрированная перфорированная труба заобделочного дренажа ø 160
Гидроизоляционная мембрана из ПВХ толщ. 2 мм
Монолитная ж. б. обделка
Геотекстиль толщ. 4 мм

ЗАПИСКА.docx

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Тоннели и метрополитены»
Пояснительная записка
«Тоннельные пересечения на транспортных магистралях»
Принял: М. Ю. Соколов
Исходные данные к проекту4
1. Обоснование продольного профиля5
2.Определение длины тоннеля6
Проектирование тоннельных конструкций6
1.Выбор и обоснование конструктивных решений обделок6
2.Обоснование конструктивного решения порталов7
3.Дополнительные устройства в тоннеле8
Выбор и обоснование расчетной схемы12
Оценка несущей способности13
1.Определение нормативных и расчетных нагрузок13
3.Проверка прочности сечений обделки21
Список использованной литературы:22
Тоннель – это протяженное подземное (подводное) искусственное сооружение предназначенное для пропуска транспорта людей жидкостей воздуха и различных коммуникаций.
Тоннели в течение всего срока службы (по ГОСТ 27.002) должны удовлетворять требованиям бесперебойности и безопасности движения транспортных средств экономичности и наименьшей трудоемкости содержания строительных конструкций и постоянных устройств обеспечения здоровья и безопасных условий труда обслуживающего персонала а также требованиям охраны окружающей среды.
Железнодорожные тоннели следует отнести к I повышенному уровню ответственности сооружений отказы которых могут привести к тяжелым экономическим социальным и экологическим последствиям.
Сооружение тоннелей осуществляется по утвержденным проектам организации строительства и производства работ разработанным в соответствии с требованиями СНиП 3.01.01-85 Проекты предусматривают механизацию основных наиболее трудоемких строительно-монтажных работ и содержат планы ликвидации возможных аварий.
Исходные данные к проекту
В данном курсовом проекте разрабатывается проект однопутного железнодорожного тоннеля сооружаемого горным и щитовым способами. В состав проекта входит проектирование продольного профиля и плана трассы разработка конструкций обделок для горного и щитового способа в заданных инженерно-геологических условиях и выполнение расчета конструкций. Поведенные в работе расчеты выполнены в соответствии с указаниями СП 122.13330.2012 «Тоннели железнодорожные и автодорожные».
Основные физико-механические свойства грунтов составляющих горный массив приведены в таблице 1.
Наименование пород и грунтов
Коэффициент крепости f
Кажущийся угол внутреннего трения
Коэффициент удельного отпора Ко кгсм3
Габбро сильно трещиноватый
Тоннель железнодорожный двухпутный;
Руководящий уклон - 14;
Тип тяги - смешанный;
Контактная сеть – с несущим тросом.
1. Обоснование продольного профиля
Применение тоннелей на высокогорных участках железнодорожных и автодорожных линий расширяет возможности их трассирования и улучшает условия эксплуатации. План и профиль пути в тоннеле проектируют по нормам установленным для открытых участков трассы с учетом особенностей связанных с расположением линий в подземной выработке.
Рекомендуется располагать тоннели на прямых участках пути так как тоннели расположенные на кривых имеют существенные недостатки. К ним относятся: необходимые уширения габаритов приближения строений на кривых вызывающих увеличение размеров выработки и объема работ по сооружению тоннельной обделки; усложнение подземной разбивки оси тоннеля увеличение износа рельсов (особенно на кривых малых радиусов) находящихся во влажном воздухе тоннеля в неблагоприятных условиях; ухудшение условий вентиляции. Однако в ряде случаев расположение тоннелей на кривых является неизбежным.
Для сокращения длины тоннеля уклоны на подходах к нему принимаются максимально допустимые. Внутри горного массива уклоны применяются минимальными с целью улучшения условий эксплуатации. По условию отвода воды из тоннеля imin=3 .
Максимальный уклон в железнодорожном тоннеле назначается смягченным по сравнению с максимальным уклоном открытой трассы. Это связано с уменьшением сцепления подвижного состава с рельсом из-за повышенной влажности в тоннеле и большого сопротивления воздуха подвижному составу.
Коэффициент смягчения уклона m зависит от длины тоннеля. При длине тоннеля от 1 до 3 километров коэффициент смягчения m=085.
Максимальный допустимый уклон в тоннеле определяется как:
в курсовом проекте кривых нет поэтому он равен 0.
iт = m · iр – iэкв = 085·14-0=119
Принимаем уклон на подходе к тоннелю
Уклоны в тоннеле принимаем равными 119 3 5 и 9 ;
Алгебраическая разность – 10 ;
Минимальная длина площадки с уклоном 3 должна быть 250 м.
2.Определение длины тоннеля
Окончательная длина тоннеля определяется из места нахождения порталов. Она определяется исходя из равенства стоимости 1п.м. выемки 1 п.м. тоннеля.
Опыт проектирования и эксплуатации тоннеля показывает что максимальная глубина выемки которая принимается в грунтах с коэффициентом крепости f=05-3 составляет Hmax=10-15 метров а в грунтах с коэффициентом крепости f>3 составляет Hmax=15-25 метров.
С учётом всех этих требований западный портал тоннеля устраиваем на пикете ПК33+31 а восточный портал - на пикете ПК34+3450. Полная длина тоннеля составляет Lт=1345 метров.
Продольный профиль представлен в Приложении 1.
Проектирование тоннельных конструкций
1.Выбор и обоснование конструктивных решений обделок
Конструкции тоннельных обделок должны удовлетворять следующим требованиям: эксплуатационным технологическим экономическим. Для выполнения этих условий обделки проектируются следующим образом.
В крепких скальных грунтах оказывающих лишь вертикальное горное давление стены могут быть сделаны вертикальными с наибольшим приближением к контуру габарита.
В породах где появляется вертикальное и горизонтальное давление свод и стены выполняются выпуклыми в сторону действия давления.
В устойчивых крепких грунтах отступление 5-10 мм в слабых - 10-15 мм. Для всех случаев обделок материал - монолитный бетон В25.
На железных дорогах принят габарит "С": высота Н= 6250 мм ширина В = 9000 мм.
Для щитового способа
Тоннели в слабых и мягких грунтах сооружаемые щитовым способом как правило проектируют кругового очертания обеспечивающего наиболее целесообразную статическую работу конструкции на всестороннее давление.
где R0- радиус вокруг габарита;
-отступление от габарита равное 5см.
Расстояние между внутренним и внешним очертаниями обделки вычисляется по формуле
где Dвнутр-диаметр внутренней обделки10300мм.
В данном курсовом проекте h=515мм.
Конструкция железобетонной обделки состоит из блоков. Число элементов в обделках из железобетонных блоков зависит от диаметра кольца и определяется массой элемента которая не должна превышать 25т и длиной дуги по наружной стороне не более 2-3м. В моем случае получилось 10 блоков.
Вес блока: Q=25*S*1=25*086=215т
S - площадь блока м2
Материал – бетон B35 марка по водонепроницаемости – W10.
Все типы обделок представлены на чертеже Приложение 1.
2.Обоснование конструктивного решения порталов
Переход от тоннеля в предпортальной выемке осуществляется при помощи портала для обеспечения устойчивости лобового и боковых откосов выемки отвода воды с лобового откоса и архитектурного оформления входа в тоннель. Порталы тоннелей устраивают в зависимости от состояния грунтов на склонах горного массива и подходов к тоннелю врезными или наклонными с торцовой подпорной стеной либо выносными с искусственной засыпкой для уположения лобового откоса в случае неустойчивых склонов. При расположении торцовой стены под углом к оси тоннеля устраивают ступенчатый портал. Кроме торцовой стены в состав портала входят водоотводная канава и первое кольцо обделки в наибольшей степени подвергающееся выветриванию и иногда облицовываемое кладкой из естественного камня. Для устройства портала выполняют срезку и укрепление лобового откоса.
Торцовая стена связывается с первым кольцом обделки с помощью арматуры или отрезков прокатных профилей и опирается на боковые откосы выемки в которые заделывается на необходимую глубину. В недостаточно устойчивых грунтах торцовая стена может опираться на продольные подпорные стены поддерживающие откосы предпортальной выемки. Такое решение облегчает статическую работу торцовой стены и одновременно способствует уменьшению объема предпортальной выемки. Подошвы торцовой и боковых портальных стен заглубляют относительно низа кюветов в соответствии с глубиной промерзания в их основании.
Наибольшей опасности повреждения от сейсмических воздействий подвергаются входные участки тоннеля выполняемые поэтому из железобетона если расчетная сейсмичность более 7 баллов. К ним относятся торцовая стена портала и тоннельная обделка от входа до глубины заложения шелыги свода меньшей трех максимальных поперечных размеров выработки. Предпортальные подпорные стены следует разделять по длине сквозными вертикальными швами на секции протяжением не более 15 м а в районах сейсмичности 8 и 9 баллов не более 10 м располагая подошвы каждой секции на однородном по сжимаемости грунте. Откосы и дно канав защищают от размыва и просачивания воды мощением или бетонным покрытием. Дно канавы располагают не ниже чем на расстоянии 15 м от верха тоннельной обделки для обеспечения слоя породы достаточного для амортизации возможных ударов камней скатывающихся с лобового откоса. Ввиду возможности падения камней с лобового откоса и для предотвращения попадания их на пути или проезжую часть дороги расстояние от низа лобового откоса до портальной стены принимают не менее 15 м а парапет стены — не менее чем на 1 м выше верха канавы.
3.Дополнительные устройства в тоннеле
В целях безопасности обслуживающего персонала в железнодорожном тоннеле предусматриваются ниши 200x200x100 см располагающихся в шахматном порядке через 60 м. Для хранения ремонтного оборудования через каждые 300 м по обоим сторонам железнодорожного тоннеля вместо ниш сооружаются камеры 400х280х250.
Верхнее строение пути
Конструкция верхнего строения пути должна обеспечивать возможность механизированного ремонта и содержания пути.
Балластная конструкция верхнего строения пути должна быть выполнена на щебеночном балласте слой которого под шпалой в подрельсовых зонах должен иметь толщину не менее 035 м.
В курсовом проекте используется тип рельса Р65.
Дренажные и водоотводные устройства
В тоннелях отвод воды от промывки тоннелей и пожаротушения случайных протечек через обделку следует осуществлять по закрытым лоткам или коллекторам дренажных устройств.
Вода к лоткам стекает по поверхности бетонного заполнения имеющей уклон 002.
Целью проектирования вентиляции тоннелей является разработка мероприятий обеспечивающих подачу в тоннель чистого воздуха в таком количестве при котором вредные газовые примеси разбавляются до безопасных предельно допустимых концентраций(ПДК).
Система вентиляции тоннеля зависит от длины тоннеля площади поперечного сечения величины уклонов и радиусов кривых вида транспорта и других условий. В процессе эксплуатации тоннеля в воздух транспортной зоны попадают различные вредные вещества. Это выхлопные газы газы выделяемые окружающими породами. Кроме того качество воздуха ухудшается также за счет повышения температуры влажности и других факторов.
Расчет воздухообмена по содержанию вредных веществ в воздухе транспортной зоны тоннеля производится по окиси углерода (СО). К моменту выхода локомотива из тоннеля концентрация вредных газов составит:
гдеСк- предельно допустимая концентрация;
V- объем транспортной зоны тоннеля; М- количество вредного газа выделяемого в тоннеле.
Объем транспортной зоны тоннеля определяется по формуле:
Количество вредного газа выделяемого в тоннеле определяется по формуле:
где- время нахождения транспортного средства в тоннеле (с);
скорость при движении на спуск V3=25 мс;
скорость при движении на подъём V1=889 мс;
скорость при движении на подъём V2=2083 мс;
k k=02 кгc при движении на подъём
k=001 кгc при движении на спуск.
qco- количество окиси углерода выделяемое при сгорании 1 кг топлива;
в курсовом проекте qco=051 г.
При запроектированном продольном профиле имеем 3 участков движения:
Время нахождения поезда в тоннеле
Таким образом получаем
Для того чтобы к концу расчётного времени (15 мин=900 с) концентрация СО в тоннеле достигла ПДК необходимо подать в тоннель свежий воздух в следующем объёме:
Проверка скорости движения воздуха в тоннеле:
Следовательно допустима продольная система вентиляции при которой воздуховодом служит тоннель вдоль которого перемещается воздух.
Эффективность продольной вентиляции в значительной степени зависит от направления и силы естественной тяги а также от поршневого эффекта подвижного состава. Для приспособления к этим факторам обычно применяют вентиляционные установки реверсивного типа позволяющие изменять направление подачи воздуха в соответствии с конкретной обстановкой в тоннеле.
Для усиления эффективности искусственной вентиляции наиболее целесообразна подача воздуха в тоннель в направлении движения подвижного состава с использованием его поршневого эффекта. Однако в однопутных железнодорожных тоннелях с тепловозной тягой рекомендуется подавать воздух навстречу поезду в особенности при его движении на крутой подъем.
В курсовом проекте принимаем продольную вентиляцию тоннеля.
Выбор и обоснование расчетной схемы
На участке с крепостью f=3 обделка подковообразного очертания с обратным сводом.
Основные геометрические размеры: высота H=9651 м толщина свода меняется от 065 до 17 м ширина B=1202 м.
Основные физико-механические характеристики горной породы: коэффициент прочности f=3 кажущийся угол внутреннего трения φ=60º объемная масса грунта γ=27тм3 модуль упругости E=3000000тсм2.Расчетная схема представлена на рис. 2.
Рис. 1 Расчетная схема горной обделки
Оценка несущей способности
1.Определение нормативных и расчетных нагрузок
Величину горного давления в зависимости от степени трещиноватости массива и коэффициента крепости рекомендуется принимать от массы грунта в объеме свода обрушения в соответствии с гипотезой М.М. Протодьяконова (см. рис. 3);
Рис. 2. Схема нормативных и расчетных нагрузок.
где В - пролет выработки;
h - высота выработки;
L - пролет свода естественного равновесия ;
H - глубина залегания выработки;
qн - нормативное вертикальное горное давление;
Pн - нормативное горизонтальное горное давление.
Тогда справедливы следующие формулы:
Собственный вес обделки определится по формуле:
ГдеG-вес сводчатой части обделки
*qн+12*qсв= 14*2606+12*333=4048 тм3
Коэффициент упругого отпора:
Статический расчет обделки выполняется на ЭВМ по методу Метрогипротранса (программа ПК-6). Этот метод предназначен для расчета конструкции произвольного очертания расчетную схему которой можно представить в виде плоской стержневой системы.
В основу расчетной схемы положены следующие допущения:
А). Плавное очертание оси обделки заменяются вписанным стержневым многоугольником переменной жесткости.
Б). Распределенные внешние нагрузки заменяются сосредоточенными в узлах многоугольника усилиями.
В). Сплошная грунтовая среда заменяется отдельными упругими опорами расположенными в вершинах многоугольника перпендикулярно наружной поверхности обделки.
Г). Силы трения возникающие в пятах разомкнутой обделки в расчетной схеме заменяются запретом перемещения узлов пяты по горизонтали.
Проверка прочности обделки.
После определения внутренних усилий (изгибающих моментов и нормальных сил) проверяют прочность бетонных сечений. Для этого вычисляют величину предельной нормальной силы NП которую может воспринять данное сечение и сравнивают её с величиной нормативной силы N полученной при статическом расчете для этого же сечения. При этом должно соблюдаться условие NП > N.
Проверку прочности тоннельной обделки проводим для наиболее загруженных сечений 1 и 12 .
е0=135 м 045*h=045*085=037 м;
гдеh – толщина стержня.
где - коэффициент условия работы ( =09);
- коэффициент учитывающий вид бетона ( =1 );
Rbt- расчетное сопротивление бетона растяжению (Rbt =180 кгссм2 ).
b - ширина сечения ( b=100 см );
h - высота сечения (85 см ).
- зависит от величины смещений (= 08)
- коэффициент учитывающий влияние прогиба ( = 1)
Производим проверку: =1577 тс >N=56214 тс. Проверка выполняется прочность обделки обеспечена.
е0=152 м 045*h=045*114=051 м;
h - высота сечения (114 см ).
Производим проверку: =2565 тс >N=947 тс. Проверка выполняется прочность обделки обеспечена.
Список использованной литературы:
)«Проектирование тоннелей сооружаемых горным способом» - методические указания Ю.С.Фролов ПГУПС 1983 г.
)«Тоннели и метрополитены» - В.Г.Храпов Е.А.Демешко – М.; Транспорт 1989 г.
)Методические указания для курсового и дипломного проектирования Тоннели сооружаемые горным способом. ФроловЮ.С. Иванес Т.В.