Двухпутный железнодорожный тоннель I категории

КП_ТПТМ.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Сибирский государственный университет путей сообщения» (СГУПС)
Кафедра «Геотехника тоннели метрополитены»
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТОННЕЛЬ
Курсовой проект по дисциплине
«Тоннельные пересечения на транспортных магистралях»
Пояснительная записка
КП.ТПТМ-СМТ-313-044-2020
доцентстудент группы СМТ–313
(оценка по результату защиты)
Анализ исходных данных5
2 Инженерно-геологические условия5
4 Объёмно-планировочные решения5
Вариантное проектирование трасс тоннельного перехода7
1 Трассирование железнодорожной линии7
2 Технико-экономическое сравнение вариантов трассы.8
3 Определение целесообразности строительства одного двухпутного и двух однопутных железнодорожных тоннелей9
4 Продольный профиль тоннельного пересечения на транспортных магистралях10
Вариантное проектирование тоннельных конструкций сводового очертания12
1 Габарит приближения строений13
2 Выбор материалов тоннельных конструкций14
3 Инновационные материалы и конструкции15
3 Проектирование монолитной обделки сводового очертания15
3.1 Порядок конструирования монолитных бетонных обделок15
3.2 Проектирование внутреннего очертания16
3.3 Проектирование внешнего очертания16
4 Вариантное проектирование обделки (временной крепи) из набрызг – бетона17
5 Технико – экономическое сравнение тоннельных обделок19
Статический расчёт тоннельной обделки22
1 Подготовка исходных данных22
2 Нагрузки и их сочетания23
3 Анализ результатов расчёта25
4 Проверка прочности обделки27
5 Армирование сечения32
6 Расчет временной крепи33
Проектирование обделок кругового очертания35
1 Проектирование железобетонной обделки35
2Проектирование обделки из чугунных тюбингов39
3 Статический расчет круговой обделки42
4 Проверка прочности железобетонных элементов45
5 Проверка прочности стыка49
Устройства обеспечивающие бесперебойные и безопасные условия эксплуатации тоннелей51
1 Верхнее строение пути51
2 Водоотводные и дренажные устройства51
3 Устройство вентиляции в тоннеле52
4 Электроснабжение электрооборудование автоматика сигнализация и связь53
5 Противопожарная защита55
7 Конструкция камер и ниш57
Организация и планирование строительства тоннеля59
Мероприятия по охране окружающей среды и промышленной безопасности61
Производственная безопасность62
Список использованных источников64
Библиографический список по дисциплине65
Анализ исходных данных
В курсовом проекте требуется запроектировать двухпутный железнодорожный тоннель I категории сооружаемый горным способом. При проектировании тоннеля следует учитывать следующие исходные данные.
Назначение и категория дороги: железнодорожный тоннель I категории;
Район строительства: Алтайский край г. Бийск.
2 Инженерно-геологические условия
В задании к курсовому проекту заданы инженерно – геологические условия. Характеристики грунтов представлены в таблице 1.1:
Таблица 1.1– Физико-механические свойства грунтов
Наименование грунтов
Коэф. упругого отпора
4 Объёмно-планировочные решения
Проектируется двухпутный железнодорожный тоннель I категории. Из этого следует что тоннель будет с небольшим уклоном прямым или с кривыми большого радиуса. Таким образом будут увеличены траты на строительство тоннельного перехода и уменьшена стоимость его эксплуатации что оправдано учитывая требования к железнодорожным линиям первой категории.
Тоннель в течение всего срока службы должен удовлетворять требованиям:
- безопасности и бесперебойности движения транспортных средств;
- экономичности содержания строительных конструкций и постоянных устройств;
-обеспечения здоровья и безопасных условий труда обслуживающего персонала;
- соблюдение промышленной безопасности охрана окружающей среды.
Железнодорожные и автодорожные тоннели следует относить к I повышенному уровню ответственностисооружений отказы которых могут привести к тяжелым экономическим социальным и экологическим последствиям.
Принимаемые технические решения конструкции и материалы должны обеспечивать срок службытоннельных обделок не менее 100 лет. Межремонтные сроки строительных конструкций постоянных устройств должны составлять не менее 50 лет.
Вариантное проектирование трасс тоннельного перехода
Разрабатываемые варианты трассы должны быть конкурентоспособными и равноценными по основным функциональным параметрам сооружения.
Решение в пользу того или иного варианта принимают на основании технико – экономического сравнения или технико – экономического обоснования.
1 Трассирование железнодорожной линии
Трассу горных тоннелей проектируют между заданными пунктами по прилагаемому к заданию плану местности в горизонталях. Обычно конкурирующими являются нижнее и верхнее расположение трассы возможны промежуточные варианты. Соответственно конкурирующими вариантами тоннеля будут: базисный мысовой и перевальный.
Варианты трассы железнодорожной линии должны быть выполнены в соответствии с категорией и удовлетворять требованиям СП 119.13330.2012 «Железные дороги колеи 1520 мм». [3]
Трассу на плане местности прокладывают напряженным циркульным ходом определяя шаг трассирования по формуле:
где h — высота между соседними горизонталями на плане местности м; – руководящий уклон железнодорожной линии ; — смятение руководящего уклона учитывающее дополнительное сопротивление движению поезда на кривых (для горной местности ориентировочно принимают =05 1 ) ; М — масштаб плана местности (вводится в формулу в виде арифметической дроби например при М 1:50000 вводится М = 150000).
Точки циркульного хода накалывают на план местности; соединяющая их ломаная линия образует линию нулевых работ которую спрямляют вписывая в углы поворота трассы круговые кривые. Радиусы кривых длина прямолинейных вставок между ними и другие характеристики элементов трассы должны соответствовать требованиям СП 119.13330.2012 [3] и СП 122.13330.2012 [2].
План местности и варианты трасс тоннельного перехода в графической части курсового проекта на листе 1 где запроектированы варианты трассы с базисным перевальным и мысовым тоннелем.
2 Технико-экономическое сравнение вариантов трассы.
Варианты тоннелей сравниваются по техническим объемным и экономическим показателям.
К техническим относят:
-длину воздушной линии
-коэффициент развития линии трассы
-протяженность прямых и кривых
-протяженность участков с максимальным уклоном
-сумма преодолеваемых высот
-сумма углов поворотов и минимальных радиусов кривых
-объемы земляных работ
-объемы строительно-монтажных работ
-стоимость строительства
-эксплуатационные затраты
-нормативный срок эксплуатации
Для каждого варианта определяют приведенную стоимость. Вариант у которого приведенная стоимость минимальна является предпочтительным.
В рамках курсового проекта варианты трасс будут сравниваться лишь по техническим показателям.
Таблица 2.1 – Технические показатели вариантов трасс
Длина воздушной линии
Коэффициент развития линии h=LL0
Протяженность кривых участков
Протяженность прямых участков
Сумма преодолеваемых высот из А в начало трассы
Сумма преодолеваемых высот из В в конец трассы
По результатам сравнения выбор был сделан в пользу первого варианта тоннеля. Варианты трасс тоннельного перехода приведены на листе 1 графической части КП. Длина тоннеля с учетом припортальных выемок приведена на листе 2 графической части КП.
3 Определение целесообразности строительства одного двухпутного и двух однопутных железнодорожных тоннелей
Количество тоннелей и число полос движения в каждом из них выбирается по совокупности технико-экономических показателей.
Классическим примером является выбор между одним двухпутным и двумя однопутными железнодорожными тоннелями (на двухпутных железных дорогах).
Преимущества двухпутного тоннеля:
) объем разрабатываемого грунта и площадь поперечного сечения выработки у него на 25 - 35% меньше чем у двух однопутных;
) Объем бетона монолитной обделки — то же;
) Проходка выработки большего сечения позволяет применять крупногабаритные высокопроизводительные механизмы и позволяет увеличивать скорости проходки особенно в устойчивых скальных грунтах;
) Строительная стоимость его - на 15 — 20% ниже чем двух однопутных тоннелей.
Недостатки двухпутного тоннеля :
) В слабоустойчивых грунтах обеспечить устойчивость выработки сложнее чем в случае двух однопутных тоннелей;
) Если планируемая проектная интенсивность движения будет нарастать постепенно единовременные капитальные вложения будут меньше в случае двух 1-путных тоннелей.
Окончательно вопрос решается путем комплексного сравнения стоимости вариантов конструкций и сроков строительства.
В данном курсовом проекте принят один двухпутный железнодорожный тоннель.
4 Продольный профиль тоннельного пересечения на транспортных магистралях
В зависимости от количества участков с различными продольными уклонами тоннели могут быть односкатными (с уклоном одного знака) двускатными или многоскатными. Величина продольного уклона регламентируется в зависимости от типа тоннеля топографических условий и категории дороги.
Продольный уклон пути (проезжей части) должен соответствовать: в железнодорожном тоннеле СП 119.13330.2012 [3] в автодорожном тоннеле СП 34.13330.2012 [4] с учетом ограничений указанных в СП 122.13330.2012 [2]. Железнодорожные тоннели в продольном профиле при длине менее 400 м а автодорожные — при длине менее 300 м проектируют односкатными.
Рисунок 2.1 – односкатный профиль
Рисунок 2.2 –двускатный профиль
Так как длина тоннеля больше 400 м то он проектируется двухскатным. В таких тоннелях возможна организация проходки с двух сторон без устройства искусственного водоотлива.
где m- коэффициент смягчения уклона принимаемый равным 08 при длине тоннеля более 3 км; ; 18 ( п 4.3 СП 119.13330.2012 )
Смежные элементы продольного профиля тоннеля сопрягаются в вертикальной плоскости кривыми радиус которых принимают в зависимости от категории дороги. В железнодорожных тоннелях радиус вертикальных кривых должен составлять: 20 км – на скоростных линиях 15 км – на линиях I и II категории 10 км – на особогрузонапряженных линиях и линиях III категории 5 км – на линиях IV категории.
Сооружение горных тоннелей связано с необходимостью разработки припортальных выемок глубина и протяженность которых обусловлены конфигурацией массива и его геологическим строением.
В курсовом проекте максимальная глубина припортальной выемки может быть принята 12 15 м в слабых (f4) и 15 20 м в скальных грунтах (f>4) соответственно определяется место расположения порталов и фактическая длина тоннельного перехода [2 графической части КП].
Продольный разрез по оси тоннеля приведен на листе 2 графической части проекта с соответствующими горизонтальным и вертикальным масштабами. На разрезе условными обозначениями показаны геологические условия с данными характеристик грунтов. Физико-механические свойства грунтов приведены в таблице 1.1.
Вариантное проектирование тоннельных конструкций сводового очертания
Обделка тоннеля - это постоянная несущая конструкция воспринимающая внешние нагрузки ограждающая подземную выработку и образующая внутреннюю поверхность подземного сооружения. Обделки следует проектировать исходя из назначения сооружения и глубины его заложения инженерно-геологических условий ожидаемых нагрузок и технологии производства строительно-монтажных работ. Ограждающие несущие конструкции (обделки) и внутренние несущие конструкции тоннельных сооружений должны удовлетворять требованиям СП122.13330.2012 [2].
Форма и размеры транспортных тоннелей определяются видом транспорта заданными габаритами приближения строений и оборудованием принятой системой и объемами вентиляции.
Задача проектирования тоннельных обделок заключается в выборе типа и материала конструкций а также в установлении их внутреннего и наружного очертания. В курсовом проекте необходимо разработать несколько вариантов обделки тоннеля удовлетворяющих установленным в СП 122.13330.2012 [2] требованиям. Выбор наиболее рациональной конструкции обделки тоннеля следует производить на основе сравнения технико-экономических показателей различных вариантов строительства тоннеля.
1 Габарит приближения строений
Все транспортные сооружения проектируют исходя из габаритов приближения строений.
Габарит приближения строений – это контур внутрь которого не должны попадать никакие части сооружения.
При проектировании поперечного сечения железнодорожного тоннеля учитывались требования СП 122.13330.2012 [2]. Согласно этому документу поперечное сечение тоннеля проектируется в соответствии с габаритом приближения строений «С» по ГОСТ 9238-83 [7] согласно заданной категории железнойдороги(I).
Рисунок 3.1 - Габарит приближения строения «С» для двухпутного железнодорожного тоннеля
2 Выбор материалов тоннельных конструкций
Материалы для обделок и их гидроизоляции внутренних строительных конструкций а также отделочные материалы должны отвечать требованиям прочности долговечности пожарной безопасности устойчивости к химической агрессивности грунтовых вод другим видам агрессивного воздействия внешней среды в том числе воздействию микроорганизмов не выделять токсичных соединений в условиях строительства и эксплуатации сооружений соответствовать требованиям нормативных документов согласно п. 5.4.2 СП 122.13330.2012 [2].
При выборе материалов тоннельных обделок учитываются инженерно-геологические условия строительства а также его регион с указанием расчетной зимней температуры наружного воздуха ( -166°C).
Для бетонных и железобетонных обделок классы бетона по прочности на сжатие следует принимать не ниже указанных в табл.3 [2]. В проекте назначается класс бетона В25.
Марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости выбираются согласно [2 табл. 4 и 5] с учетом климатических данных района строительства по расчетной зимней температуре наружного воздуха. При расчетной зимней температуре ниже - 166°C принимается:
Марка по морозостойкости –
Марка по водонепроницаемости: W8.
Железобетонные обделки возводимые в обводненных грунтах и не имеющие сплошной наружной или внутренней гидроизоляции должны проектироваться из водонепроницаемого бетона с разработкой специального регламента на производство бетонных работ. Во всех остальных случаях бетоны для обделок должны иметь марку по водонепроницаемости не ниже W8.
В рамках курсового проектирования принимаем слабоагрессивную среду в зоне обводнения без гидроизоляции.
3 Инновационные материалы и конструкции
В качестве материалов для шумозащитных и светозащитных экранов конструкций лестничных маршей кронштейнов кабельных линий и трубопроводов стоек указателей следует отдавать предпочтение применению долговечных коррозионностойких армированных полимерных композитов с показателями пожарной опасности не выше чем КМ1.
Материалы для водоотводных устройств должны обладать высокой коррозионной стойкостью в соответствии с нормами на материалы и изделия применяемые в наружной хозяйственно-бытовой и ливневой канализации. Трубы колена отстойники и другую арматуру водоотводной системы рекомендуется предусматривать по сортаменту изделий применяемых в наружной канализации и для водоотвода.
Материалы для отделки тоннелей рамп и порталов должны быть удобными в эксплуатации допускающими промывку водой при давлении струи до 10 кгсм2 и не давать бликов.
В целях снижения электропотребления облицовку стен и потолков транспортных зон или их покрытия следует предусматривать светлыми матовыми материалами с коэффициентом отражения не менее 05.
Облицовку или покраску наружных поверхностей порталов и стен рамп предусматривать материалами темного матового цвета.
3 Проектирование монолитной обделки сводового очертания
При проектировании горного тоннеля заданные грунты необходимо объединить в группы по близким показателям прочности и устойчивости: f 4 f > 4 f > 8. Для каждой группы необходимо рассмотреть варианты обделок.
3.1 Порядок конструирования монолитных бетонных обделок
- Выбор материала обделки;
- Установление внутреннего очертания обделки;
- Назначение толщины обделки в характерных точках;
- Установление наружного очертания;
- Конструирование обделки;
- Проверка прочности конструкции;
- Внесение при необходимости изменений в конструкцию.
3.2 Проектирование внутреннего очертания
Контур внутреннего очертания обделки следует проектировать в виде трёх- или пятицилиндровой кривой описанной вокруг габарита приближения строений. При правильном построении очертания зазоры между «критическими» точками габарита и обделкой для железнодорожных тоннелей составляют 100 300 мм. Указанные зазоры предусматриваются на случай отклонения оси тоннеля или опалубки от проектного положения а также для размещения между ними внутритоннельного оборудования.
Внутреннее очертание обделки рекомендуется проектировать криволинейным не только в своде но и в стенах особенно при боковом гоном давлении в слабых грунтах. В устойчивых необводненных скальных грунтах допускается применять конструкции обделок с плоскими стенами.
3.3 Проектирование внешнего очертания
После построения внутреннего очертания от него откладывается толщина обделок в характерных сечениях (таблица 3.1). Соединив эти точки сопряженными радиусами получают внешнее очертание обделки. При этом толщина обделки должна монотонно увеличивается от замка к пяте.
Расстояние от нижней точки габарита до обреза фундамента определяется из условий размеров верхнего строения пути водоотводных лотков и смотровых колодцев принимаемая 1 метр.
Таблица 3.1 – Ориентировочная толщина обделок в характерных сечения см
Коэффициент крепости f
Сечения обделки толщина сечений мм
условная пята свода
Примечание: данная таблица сделана для класса бетона В20 в рамках курсового проектирования будем использовать данные размеры для класса бетона В25 что будет идти в запас прочности конструкции.
Чертежи всех типов обделок сводового очертания с их характеристиками приведены на листах 3 4 графической части курсового проекта.
4 Вариантное проектирование обделки (временной крепи) из набрызг – бетона
Набрызгбетонная крепь-обделка получила в подземном строительстве большое распространение как универсальный вид крепи которую применяют самостоятельно и в сочетании с анкерами и арками.
Набрызгбетон (нб) — материал состоящий из тех же компонентов что и бетон. Смесь портландцемента (обычно пуццоланового марки не ниже В-50) песка гравия крупностью до 25-30 мм и ускорителя схватывания и твердения. Нб наносят на поверхность выработки слоями толщиной от3—5 до 15 см посредством направленного потока сжатого воздуха. Материал выбрасывается из сопла со скоростью 60-80 мс что обеспечивает прочное сцепление покрытия со скальным грунтом.
В курсовом проекте необходимо определить категорию и степень устойчивости грунта ( таблица 3.2 )
Таблица 3.2 – Степень устойчивости грунта
Ориентировочный выбор набрызгбетонной крепи – обделки производят по таблице 3.3.
Таблица 3.3 – Выбор типа набрызгбетонной крепи – обделки
Конструктивные типы набрызгбетонной обделки в сочетании с арками и анкерами показаны на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 – Типы обделок из набызг - бетона
Таблица 3.4 – Конструкции обделок из нб и назначение ориентировочной толщины покрытия
На основе таблиц определим тип и толщину временной крепи.
Грунты первой группы:
Сиентиты (f=35) и глина твердая (f=21) – III категория устойчивости
Необходимо использовать набрызгбетон с арками. Толщина покрытия 20-15см.
Грунты второй группы:
Габбродиориты (f=6) – II категория устойчивости
Необходимо использовать набрызгбетон с анкерами. Толщина покрытия 15-10см.
Грунты третьей группы:
Диабазы (f=82) - I категория устойчивости так как в качестве основной обделки используется набрызг-бетон временная крепь не требуется. Толщина покрытия 5 см.
Обделки и временные крепи из нбрызг – бетона представлены на листах 3 4 графической части курсового проекта. Таким образом для тоннельной обделки 1 типа выбран набрызг – бетон в сочетании с арками с ориентировочной толщиной покрытия 20 см.
5 Технико – экономическое сравнение тоннельных обделок
Технико – экономические показатели тоннельных обделок приведены в таблицах в графической части курсового проекта на листах 3 и 4.
Укрупненная стоимость сооружения обделки тоннеля может быть определена по сборнику единых расценок ФЕР 81-02-29-2001 Тоннели и метрополитены. Сравниваются стоимости одного погонного метра.
Таблица 3.4 – Технико – экономическое сравнение типов обделок по укрупненным расценкам
Наименования основных работ по сооружению тоннеля
Стоимость на единицу руб
Устройство монолитной бетонной обделки свода и стен тоннелей
В зависимости от группы грунтов и средней толщины обделки
В зависимости от коэфициента крепости
Устроиство монолитных бетонных лотков ( обратных сводов )
В зависимости от группы грунта
Устройство набрызг-бетонной обделки
Итого на погонный метр тоннеля
Примечание: при составлении таблицы использовались ФЕР 29-01-147 ФЕР 29-01-142 ФЕР 29-01-151. Площади поперечных сечений выработки приведены на листах 3-4 графической части проекта.
Устройство монолитной бетонной обделки свода и стен тоннелей [ФЕР 29-01-147]:
Тип 2: Добавить стоимость единицы
Устроиство монолитных бетонных лотков или обратных сводов [ФЕР 29-01-142]
Устройство набрызг-бетонной обделки [ФЕР 29-01-151]:
Используется средня стоимость свода стен и лотка.
Общая стоимость тоннельных обделок:
Длины участков взяты из листа 2 графической части курсового проекта.
Статический расчёт тоннельной обделки
Статический расчет выполняется для обделки типа I расположенной в грунте №2 (конгломерат) на ЭВМ в программе TUN2 – расчёт подземных сооружений методом строительной механики.
1 Подготовка исходных данных
Так как обделка симметрична то при расчете рассчитываем только одну половину. Обделка разбивается на элементы каждый из которых заменяется стержнем. Элементы между собой соединяются узлами в которых в качестве грунта используются упругие элементы. При выборе расчетной схемы необходимо стремиться к тому чтобы она максимально точно отражала условия работы конструкции инженерно-геологические особенности и особенности материала обделки. К расчету принимается половина обделки а действие отброшенной части заменяется постановкой ползунов.
Очертание обделки делим шестью точками. Первая точка находится в подошве обделки. Последующие две на границе перехода обратного свода на боковую грань обделки. Оставшиеся две - пересечения дуг окружностей. Последняя точка – лежит вверху обделки на пересечении с осью симметрии. Для каждого участка задают коэффициент упругого отпора со стороны грунта. Точки обходят против часовой стрелки. Все характеристики обделки сводят в таблицу (3.3).
Таблица 3.3 – Геометрические характеристики обделки типа I
К-т упругого отпора кНм3
Реком. кол-во участков N
2 Нагрузки и их сочетания
Пролёт свода обрушения:
где – кажущийся угол внутреннего трения ; – пролёт выработки ; – высота выработки .
Действие вертикальной и горизонтальной нагрузки
Высота свода обрушения:
Таким образом в расчетах используется гипотеза свода обрушения так как 10020 > 22859 (h > 2h1).
Вертикальная нормативная нагрузка от горного давления:
где – удельный вес грунта .
Нормативная нагрузка от собственного веса обделки:
где – объём бетонной обделки ; – удельный вес бетона B25 .
Вертикальная расчётная нагрузка:
где – коэффициент надёжности для нормативной вертикальной нагрузки по [2 табл.8]; – коэффициент надёжности для собственного веса по [2 табл.8] -коэффициент надежности по ответственности принимаемый равный 11 для сооружений повышенного уровня ответственности в расчетах по первой группе предельных состояний согласно ГОСТ Р 54257.
Горизонтальная нормативная нагрузка от горного давления:
Горизонтальная расчётная нагрузка:
где – коэффициент надежности по нагрузке по [2 табл.8] .
3 Анализ результатов расчёта
Таблица 4.1 – Результаты усилий в стержнях
Рисунок 4.1– Загруженная расчетная схема тоннельной обделки
Рисунок 2.4 – Эпюра М
Рисунок 2.5 – Эпюра N
4 Проверка прочности обделки
К опасным относятся сечения с максимальными по абсолютной величине изгибающими моментами а так же в замке.
Расчеты выполняются по предельным состояниям первой группы как для внецентренно сжатых элементов в соответствии с нормами 1. В расчет вводят следующие коэффициенты условия работы бетона учитывающие:
γb6 = 085 – попеременное замораживание и оттаивание в водонасыщенном состояние при температуре минус 20 – минус 40 для тяжелого и мелкозернистого бетона;
γb9 = 09 – отсутствие рабочей арматуры;
γd1 =09 – отклонение расчетной модели от реальных условий монолитных бетонных обделок;
γd3 = 09 – понижение прочности бетона в обделках без наружной гидроизоляции на обводненных участках.
Проверка прочности сечений обделки выполняется в следующем порядке:
Вычисление эксцентриситета приложения продольной силы м.
где M кНм и N кН - момент и продольная сила в рассматриваемом сечении;
– Коэффициент влияния прогиба конструкции на эксцентриситет (для обделок =1)
Если условие выполняется то проверку сечения выполняем по формуле внецентренного сжатия:
где Rb – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию для предельных состояний первой группы кНм2; Rb = 145 МПа
b=1м – расчетная ширина проверяемого сечения.
Если условие выполняется то необходимо проверить дополнительное условие
Если оба условия выполняются то проверка прочности производится по формуле
) Вычисление эксцентриситета
Условие не выполняется.
Оба условия по эксцентриситетам не выполняются следовательно в замковом сечении требуется армирование.
Условие не выполняется
Условия выполняются следовательно проверку прочности выполняется по формуле
Условие выполняется.
Условие выполняется следовательно в сечении растягивающие напряжения не возникают проверка прочности по формуле:
сечение – обратный свод.
В результате проверки прочности сечений обделки было выявлено что применение бетонной монолитной конструкции обделки допустимо в условной пяте стене обрезе и в обратном своде. В замковом сечении требуется армирование.
5 Армирование сечения
Арматуру подбирают как для внецентренно сжатых железобетонных конструкций задаваясь предварительно коэффициентом армирования =05-20%.
Примем в замке процент армирования 15.
Площадь сечения тоннельной обделки в данном сечении:
Возьмём количество арматуры равное 10. Площадь сечения одного стержня арматуры вычисляется по формуле:
Вычислим диаметр необходимой арматуры dg. Из формулы S1ар=dg24 выразим dg:
В результате проверки прочности сечений обделки было выявлено что применение бетонной монолитной конструкции обделки допустимо везде кроме замка.
Запроектированную монолитную бетонную обделку сооружать с армированием в замке 10 стержней диаметром 40 мм класса А 400.
Конструктивный чертеж обделки сводового очертания приведен на листе 6 графической части КП.
6 Расчет временной крепи
Толщину покрытия из набрызг-бетона м применяемого совместно с анкерной или арочной крепью определяют по формуле:
где - нормативное сопротивление бетона осевому растяжению для класса бетона В50
- коэффициент принимаемый равным 061 при нормальном сцеплении покрытия с грунтом и 085 при ослабленном сцеплении (например вследствие повышенной влажности грунта)
-коэффициент принимаемый в зависимости от от крепости грунта и расстояния между анкерами или арками в рамках КП примем равным 1;
- коэффициент условий работы набрызгбетона определяемый как произведение следующих частных коэффициентов учитывающих:
- попеременное замораживание и оттаивание по СП 52-105-2009 таблица 4.2.
-понижение прочности бетона вводится для обводненных участков;
- вводится при установлении проектного класса набрызгбетона по испытаниям на растяжение;
- для набрызгбетона на глиноземистом цементе;
- степень трещиноватости грунтов (принимать 07 -для слабо трещиноватых 05 -для трещиноватых и 03 - для сильно трещиноватых скальных грунтом).
q- расчетная вертикальная нагрузка кНм2 .
Таким образом толщину набрызг – бетона во временной крепи для обделки сводового очертания типа 1 в сиенитах f=35 следует увеличить с ориентировочной 20 см до расчетной 40 см.
Проектирование обделок кругового очертания
1 Проектирование железобетонной обделки
Исходные данные изложены в разделе 1. Инженерно-геологические условия приведены в таблице 1.2.
Железобетонная обделка и обделка из чугунных тюбингов проектируется в сиенитах f = 35.
Из условий размещения габарита приближения строений определим внутренний радиус обделки:
В решение задачи об установлении основных параметров обделки входят:
– выбор конструкции материала обделки конструкции продольных стыков и типа связей между элементами;
– определение ширины кольца обделки количества и расположения элементов в кольце;
– расчёт высоты (толщины) сечения обделки.
Таблица 5.1 – Выбор типа сборной обделки
Инженерно-геологические условия
Конструкции и материалы
Неустойчивые водонасыщенные грунты и другие с гидростатическим давлением свыше 015 МПа. f = 03 – 04
Усиленные чугунные тюбинги с болтовыми связями нормальные или облегченные чугунные тюбинги с болтовыми связями
Cлабоустойчивые мало обводненные грунты с f=05-1 ( пески супеси суглинки )
Железобетонные блоки сплошного сечения крупные ребристые блоки
Мягкие устойчивые грунты естественной влажности ( супеси суглинки глины ) разрабатываемы механизированным щитом. f = 05 – 15
Железобетонные железобетонные блоки и тюбинги обжатые в грунт. Монолитно – прессованная обделка
Продолжение таблицы 5.1
Устойчивые связные и разрушенные полускальные грунты с гидростатическим давление до 015 МПа. f = 15 - 3
Железобетонные блоки сплошного и ребристого сечения.
Разрушенные полускальные и скальные сильно-трещиноватые мало обводненные грунты f=30-40
Железобетонные облегченные блоки ребристого сечения железобетонные тюбинги
Таким образом для сиенитов принимаем железобетонные блоки ребристого сечения.
Исходя из инженерно-геологических условий трассы проектируемого тоннеля и принятой консктрукции круговой сборной обделки класс бетона принят B40 по[2 табл.3]. Блоки ребристого поперечного сечения с цилиндрическими омоноличенными стыками с учетом сейсмичности в городе Бийске 8 баллом [5 Приложение А]. Такая конструкция обеспечит устойчивость при монтаже и сейсмоустойчивость.
Кольцо обделки состоит из элементов разных типоразмеров: лотковых замковых нормальных и смежных.
В данном курсовом проекте ширина кольца принята 10 м (R 6 м) а количество элементов 12соответственно.
Высоту сечения для железобетонных блоков h (см) назначают по формуле:
где k – коэффициент зависящий от выбора материала обделки (принимать k=12 для классов бетона ниже B30 и k=75 10 для классов B30 и выше); Rв2 – внутренний радиус обделки; f – коэффициент крепости грунта.
Полученную толщину обделки корректируют с учётом размеров типовых конструкций и окончательно устанавливают на основании статического расчёта.
Разбивку кольца на элементы в обделках без болтовых связей начинают с установки дуги замкового элемента (по осевой линии). Для клинового замкового элемента можно принимать длину дуги lз=025 040 м. Центральный угол замкового элемента составляет:
где h – высота сечения обделки м.
Сборная обделка как правило должна иметь лотковый элемент с плоской внутренней поверхностью исключающей трудоёмкие работы по его очистке.
Ширину лоткового элемента (по хорде) принимают равной 28 32 м для железнодорожных и автодорожных тоннелей что позволяет применить автомобильный транспорт при проходке тоннеля.
Центральный угол плоского лотка определяют из условия ( одинаковый для двух типов):
Центральный угол всех остальных элементов определяется по формуле:
где n – количество нормальных и смежных элементов в кольце.
Рисунок 5.1 – Схема разбивки кольца на элементы
а) без болтовых связей; б) с болтовыми связями; З – замковый (ключевой) элемент; Л – лотковый элемент; С – смежный элемент; Н – нормальный элемент
Характеристики железобетонной обделки представлены в табличной форме.
Таблица 5.1 – Характеристики железобетонной обделки
Объём железобетона на кольцо
Конструкция железобетонной обделки кругового очертания представлена на Листе 8 графической части КП.
2Проектирование обделки из чугунных тюбингов
Высоту сечения h (см) назначают по формуле:
Ширину кольца принимаем равной b=10 м.
Далее разбиваем кольцо обделки на элементы (примем конструкцию кольца из 12 элементов – 10 нормальных 1– лоткового и 1 замкового ).
Центральный угол нормальных элементов вычислим по формуле:
Чугунный тюбинг представляет собой элемент коробчатой формы. Кольцо тюбинговой обделки включает следующие типоразмеры: замковый (ключевой) смежный нормальный и лотковый железобетонный блок Л плоская поверхность которого покрыта чугунными плитами заанкеренными в тело бетона. В радиальных торцах лоткового блока расположены закладные детали для болтовых соединений с соседними тюбингами.
При ширине кольца 1 м и более отливают тюбинги с промежуточным (средним) кольцевым ребром (рис. 5.2)
Рисунок 5.2 – Схема к определению размеров поперечного сечения тюбинга
При конструировании тюбинга были приняты размеры указанные в таблице 5.2 .
Таблица 5.2 – Основные размеры поперечного сечения чугунного тюбинга
Внутренним граням продольных и поперечных бортов придается уклон 1:15 1:30. Переход от оболочки тюбинга к бортам осуществляется посредством вутовых утолщений с уклоном 1:6 1:9. В местах установки болтов устраиваются приливы для придания параллельности внутренним и наружным граням бортов тюбинга.
Геометрические характеристики поперечного сечения должны быть вычислены по следующим формулам:
– статический момент относительно оси 1-1
– момент инерции относительно оси 1-1
Проведем расчет по формулам (5.6)-(5.8) для выбранных геометрических размеров чугунного тюбинга:
3 Статический расчет круговой обделки
Выполним статический расчет сборной обделки кругового очертания из железобетонных блоков ребристого сечения в сиенитах (f=35). Использовать будем схему кольца в упругой среде так как приняли железобетонные элементы ребристого сечения с цилиндрическими омоноличенными стыками.
Длина свода обрушения L:
где φk – кажущийся угол внутреннего трения грунтового массива
D – наружный диаметр обделки равный 12276 м.
Высота свода обрушения
При расчете нагрузок используем гипотезу свода обрушения:
Нормативное вертикальное давление грунта :
гдеγгр – нормативный удельный вес грунта кНм3;
Собственный вес определяется следующим образом:
Нормативная нагрузка:
гдеγb – удельный вес тяжелого бетона 240 кНм3;
V – объем обделки на 1 м вычисленный по уравнению:
где A – площадь сечения обделки тоннеля посчитанная с помощью чертежа.
b – расчетная ширина сечения принимаемая 1 м;
Нормативная горизонтальная нагрузка:
Расчетная вертикальная нагрузка:
где f – коэффициент надежности.
Расчетная горизонтальная нагрузка:
Таблица 5.3 – Геометрические характеристики круговой железобетонной обделки
Анализ результатов расчета
Полученные эпюры изгибающих моментов и продольных сил
Расчет выполняется в программе TUN2. Результаты расчета:
Рисунок 5.3-Эпюры моментов и продольных усилий
Таблица 5.4- Результаты расчета круговой обделки
4 Проверка прочности железобетонных элементов
Проверка прочности сечений и подбор арматуры железобетонных блоков производится как для внецентренно сжатых элементов.
В сборных конструкциях тоннельных обделок применяется как правило двойное армирование элементов т.к. в зависимости от расположения в кольце они могут воспринимать изгибающие моменты разных знаков. Площадь рабочей арматуры принимается по самому неблагоприятному сечению а именно по наибольшему положительному и наибольшему отрицательному моментам и соответствующим им продольных сил.
Методика расчета основывается на следующих исходных положениях.
Определяется эксцентриситет приложения силы N как расстояние от линии действия силы до оси растянутой арматуры (рис. 6.3).
Рисунок 5.4 – Схема усилий и напряжений в сечениях нормальном к продольной оси внецентренно сжатого железобетонного элемента
Определяется эксцентриситет приложения силы N как расстояние от линии действия силы до оси растянутой арматуры.
где e0=MN – расчётный эксцентриситет; h – высота сечения обделки; a=003м – толщина защитного слоя растянутой арматуры; – коэффициент продольного изгиба.
где Ncr – критическая (Эйлерова) сила при центральном сжатии элемента.
Критическую силу рассчитывают по формуле:
где Eb – начальный модуль упругости бетона класса В40 (); Ib –момент инерции бетонного сечения;
– коэффициент учитывающий влияние длительного действия нагрузки на прогиб элемента в предельном состоянии(где – коэффициент принимаемый для тяжёлых бетонов равным 1); – коэффициент учитывающий относительную величину прогиба ( должен быть не менее чем . кПа.
Расчётную длину для сборных обделок определяют как:
где S – длина блока по осевой линии.
Рассчитаем критическую силу
Тогда критическая сила будет равна
Коэффициент продольного изгиба.
Определение эксцентриситета
Загружение элемента продольной силой с большим эксцентриситетом вызывает его разрушение начиная со стороны растянутой грани сечения. Такой вид разрушения наблюдается при R (случай 1).
При действии продольной силы с малым эксцентриситетом может оказаться полностью сжатым либо иметь незначительную растянутую зону. Разрушение элемента в этом случае начинается со стороны сжатой зоны что соответствует условию >R (случай 2).
Разграничивать случаи 1 и 2 удобно по величине эксцентриситетов: при e0>03h0 – Случай 1
Расчет необходимо вести как для Случая 1
Загружение элемента продольной силой с большим эксцентриситетом (сила N расположена за пределами сечения) вызывает его разрушение начиная со стороны растянутой грани сечения.
где Ne – продольная сила от внешней нагрузки; h0 – рабочая высота сечения; Rb – расчётное сопротивление бетона сжатию; Rsc – расчётное сопротивление арматуры сжатию; As’ – площадь сжатой арматуры; a’ – защитный слой сжатой арматуры 003 м; x – высота сжатой зоны.
Высоту сжатой зоны можно определить:
При симметричном армировании принимают As=As’ и Rs=Rsc.
В первом приближении будем использовать арматупу класса А400 Rs=Rsc=280 МПа согласно СП 63.13330.2012 табл. 6.15.
Минимальная площадь рабочей арматуры предписываемая нормами и
Примем арматуру d=12мм2 в количестве 8 стержней
Проверка прочности жб элемента выполняется
5 Проверка прочности стыка
Прочность стыков бетонных и железобетонных необходимо проверять на действие расчётных (наибольших по величине) продольных сил в монтажной и эксплуатационной стадиях.
Предельная продольная сила которую может выдержать цилиндрический стык определяется по формуле:
где =09 – коэффициент работы стыка; – толщина обделки в стыке
Прочность стыков обеспечивается если расчётная продольная сила в обделке не превышает предельного значения продольной силы
Прочность стыка обеспечена
В результате выполнения проверки прочности стыка и проверки прочности сечения можно убедиться что запроектированная конструкция пригодна к эксплуатации. Железобетонный элемент необходимо армировать арматурой класса А400 d=12мм количество стержней – 8.
Устройства обеспечивающие бесперебойные и безопасные условия эксплуатации тоннелей
1 Верхнее строение пути
Железнодорожный путь в тоннеле устраивается на щебёночном балласте с железобетонными шпалами согласно требованиям предъявленным к пути I категории.
Балластная конструкция верхнего строения железнодорожного пути в тоннеле и на подходах к нему на расстоянии не менее 200 м должна быть выполнена на щебеночном балласте слой которого под шпалой в подрельсовых зонах должен иметь толщину не менее 035 м согласно [2 п. 7.1.3].
Так как длина тоннеля более 300 м то следует укладывать бесстыковой рельсовый путь плетями длинной до 800 м. Расположение стыков рельсовых плетей в пределах тоннеля длиной 300 м и менее не допускается.
В тоннелях длиной более 300 м конец плети бесстыкового пути должен выноситься за пределы тоннеля не менее чем на 200 м согласно [2 п. 7.1.6].
В местах сопряжения безбалластной конструкции пути в тоннеле с балластной на подходах к тоннелю должны укладываться участки переходного пути переменной жесткости на длине не менее 25 м с каждой стороны тоннеля.
Так же не допускается укладка в тоннеле рельсов легче типа Р50. По этому принимаем рельс марки Р65.
2 Водоотводные и дренажные устройства
В тоннелях сервисных штольнях и штольнях безопасности отвод воды от промывки тоннелей и пожаротушения случайных протечек через обделку следует осуществлять по закрытым лоткам или коллекторам дренажных устройств. [2 п. 7.2.6.1]
При расположении тоннеля в грунтовой среде подверженной суффозии дренирование подземных вод не допускается.
Водоотводные лотки в тоннелях не должны проходить под рельсовыми путями. В случае конструктивной необходимости водоотведение должно осуществляться посредством закрытых дренажных коллекторов. Уклон дна лотков или коллекторов должен быть не менее 3. Лотки или коллекторы должны иметь смотровые колодцы с отстойной частью (отстойниками) объемом не менее 004 куб.м располагаемые не реже чем через 40 м. Отстойники должны быть доступны для периодической очистки. [2 7.2.6]
Для очистки лотков по оси тоннеля через 20 - 30 м устраивают смотровые колодцы. Через 10 - 20 м водоприемные колодцы из которых по поперечным чугунным трубкам вода поступает в коллектор.
3 Устройство вентиляции в тоннеле
В железнодорожных тоннелях с движением на электровозной локомотивной тяге без выделения вредных веществ природного характера при наличии эвакуационных выходов оборудованных противодымной вентиляцией устройство механической общеобменной вентиляции (MOB) не требуется при условии обеспечения 15-кратного воздухообмена в час за счет естественной тяги и поршневого эффекта. [2 п. 7.2.5.1]
Наличие или отсутствие механической общеобменной вентиляции для обеспечения нормируемых параметров ПДК в воздухе транспортной зоны тоннеля при проведении плановых осмотровых и ремонтных работ в каждом случае определяется расчетом.
В железнодорожных тоннелях с движением на тепловозной локомотивной тяге расчет необходимости в механической вентиляции производится по разбавлению до ПДК оксида углерода и оксидов азота в воздухе транспортной зоны тоннеля за временной интервал в период между движениями поездов. При этом интервал времени в течение которого необходимо осуществить удаление загрязненного воздуха из тоннеля должен соответствовать периоду времени между поездами. При отсутствии возможности или экономической нецелесообразности сооружения стволов (штолен) сооружаемых по трассе тоннелей подачу в тоннель необходимого количества свежего воздуха следует обеспечивать с помощью струйных вентиляторов через порталы. При невозможности размещения вентиляторов в сечении тоннеля их следует устанавливать в специальных галереях сооружаемых у порталов. При экономическом обосновании допускается использование сопел Саккардо.
В курсовом проекте применяется комбинированная система вентиляции: продольно-поперечная вентиляция с дополнительной эвакуационно-вентиляционной штольней. Такая система является наиболее оптимальной применительно к данному проекту т.к. тоннель железнодорожный и его длинна больше 2 км.
Рисунок 6.1 – Схема продольно-поперечной вентиляции
4 Электроснабжение электрооборудование автоматика сигнализация и связь
Железнодорожные тоннели и сервисные штольни длиной более 200 м на прямых и более 100 м на кривых участках должны иметь искусственное стационарное а также аварийное освещение.
Питание электрической энергией силовых осветительных и технологических потребителей должно быть на переменном токе промышленной частоты на напряжение 380220 В от собственных трансформаторных подстанций для питания силовых и осветительных нагрузок. Трансформаторные подстанции тоннелей должны получать электрическую энергию по кабельным или воздушным линиям напряжением 610 или 275 кВ от энергетических систем или электростанций.
Трансформаторная подстанция или распределительный пункт при допустимой перегрузке должны обеспечивать полную рабочую мощность всех одновременно работающих потребителей. К потребителям I категории относятся: вентиляционные установки; осветительная и заградительная сигнализации; установка водоотлива; электроосвещение тоннелей ниш камер проходов сервисной штольни; обогрев лотков тоннеля; установки пожарной автоматики. Силовые и осветительные кабели следует прокладывать с одной стороны тоннеля а кабели слабого тока по другой согласно [2 п.7.2.1.18].
Охраняемые железнодорожные тоннели должны иметь прямую двухпроводную телефонную связь с ближайшими раздельными пунктами по обе стороны тоннеля с караульными помещениями а также с поездным диспетчером.
Телефонные аппараты должны быть установлены:
- в транспортных зонах тоннелей у всех пожарных шкафов;
у дверей эвакуационных выходов;
- в кабельных коллекторах в каждом противопожарном отсеке;
- в притоннельных сооружениях: трансформаторных подстанциях водоотливных установках аварийных выходах на поверхность;
- в технологических и служебных помещениях эксплуатационно-технических комплексов.
Места расположения аппаратуры связи установленной в тоннеле подлежат оснащению знаками.
Железнодорожные тоннели должны оборудоваться системой громкоговорящего оповещения которая входит составной частью в СОУЭ. Динамики в тоннелях надлежит устанавливать через каждые 60 м согласно [2 п.7.2.3.3].
5 Противопожарная защита
Противопожарная защита тоннеля должна осуществляться в соответствии с ГОСТ 12.1.004. Для каждого тоннеля эксплуатирующей организацией должны быть разработаны инструкции по распределению обязанностей между персоналом обслуживающим тоннель и план тушения пожара согласованный с органами ответственными за противопожарную защиту. В плане должны быть отражены данные о тоннеле со схемой всех эксплуатационных устройств и систем указан орган ответственный за противопожарную защиту приведены сведения о средствах пожаротушения о системе водоснабжения местах нахождения огнетушителей указаны правила провоза по тоннелю огне- и взрывоопасных грузов а также меры по безопасной эвакуации людей при пожаре.[2. п. 5.12.1.2]
У порталов железнодорожных тоннелей на постах охраны следует предусматривать места хранения техники для доставки в тоннель пожарного и аварийно-спасательного оборудования.
Эвакуационные выходы места доступа аварийно-спасательных служб пожарные лестницы пункты подключения пожарных машин к сухотрубам площадки для размещения специальной техники аварийно-спасательных служб должны быть обозначены указателями согласно [2 п.5.12.2.7].
Железнодорожные и автодорожные тоннели длиной более 600 м должны иметь дополнительные эвакуационные выходы (сбойки) в рядом расположенные тоннели сервисные тоннели или эвакуационную штольню имеющие выходы на поверхность или в другие безопасные зоны отделенные от тоннеля противопожарными преградами. Расстояние между эвакуационными выходами в безопасную зону должно быть не более 300 м согласно [2 п.5.12.3.1].
Сигнализацию о пожаре осуществляют с помощью специальных датчиков устанавливаемых в тоннеле и передающих сигналы на диспетчерский пункт. Управление противопожарной системой дистанционное частично автоматическое сблокированное с диспетчерскими пунктами контактной сети (при электрифицированной дороге) так как система должна включаться в работу только после снятия напряжения в контактной сети в тоннеле.
При пожаре необходимо в первую очередь удалить из тоннеля горящий состав затем тушить источник пожара за пределами тоннеля. При невозможности удаления – пожар локализовать и тушить в месте его возникновения используя необходимые мероприятия по пожаротушению.
Вид гидроизоляции для обделок разных типов определяется инженерно-геологическими условиями строительства величиной гидростатического давления наличием агрессивного воздействия внешней среды возможностями обеспечения водонепроницаемости бетона припринятой технологии ведения строительных работ другими производственными условиями.
В зависимости от инженерно-геологических условий строительства и принятой технологии работ могут быть применены следующие виды гидроизоляции подземных сооружений: оклеечная обмазочная наплавляемая напыляемая гибкая и стальная гидроизоляция обделок.
К качеству гидроизоляции предъявляют повышенные требования так как ремонт или заменена поврежденного или неудовлетворительно выполненного водозащитного покрытия в процессе эксплуатации тоннеля во многих случаях представляет существенные трудности.
Гидроизоляция должна выполняться из сертифицированных материалов соответствующим стандартам ГОСТ и отвечать в условиях строительства следующим требованиям:
- водонепроницаемость
- пожарная безопасность
7 Конструкция камер и ниш
Тоннели должны иметь камеры и ниши.
Камеры следует устраивать с каждой стороны тоннеля не более чем через 300 м располагая их в шахматном порядке. При длине тоннеля от 200 до 400 м необходима одна камера в середине тоннеля а при длине от 400 до 600 м — две камеры с двух сторон на равных расстояниях между ними и порталами. При нашей длине тоннеля мы проектируем одну камеру и располагаем её по центру.
Ниши следует располагать между камерами через 60 м с каждой стороны тоннеля.
По нормам [1 Таблица 1] установлены следующие нормы размеров камер и ниш для железнодорожных тоннелей (таблица 6.1).
Таблица 6.1 – Размеры камер и ниш.
Рисунок 6.2- Схема конструкций ниш и камер
Портал сооружается для сопряжения конструкции тоннеля с подходной выемкой. Обеспечивает устойчивость боковых откосов а также отвод от тоннеля воды стекающей с лобового откоса. Место расположения портала назначается исходя из минимальных нарушений естественного равновесия горных склонов. Для слабых грунтов глубина предпортальной выемки достигает 12-15 м для скальных 15-20 м.
Портал целесообразно располагать в таком месте где стоимость сооружения выемки (одного погонного метра) равна стоимости 1 метра тоннеля.
Для устройства портала предусмотрена срезка и укрепление лобового откоса. Торцевая стена связывается с первым кольцом обделки с помощью отрезков прокатных профилей и опирается на боковые откосы выемки.
Откосы подходной выемки в случае недостаточной их устойчивости поддерживаются помимо торцевой подпорной стены боковыми подпорными стенами непосредственно примыкающей к стене портала.
В верхней части лобовой стенки устраивают парапет с козырьком возвышающийся не менее чем на 11 м над верхом головного звена обделки. Между задней гранью парапета и горным склоном оставлено пространство шириной не менее 15м заполняемое амортизирующей засыпкой из песка и крупнообломочных материалов (высотой не менее 15м) для смягчения ударов падающих камней. По верху засыпки устраивается водоотводной лоток с уклоном 2 в обе стороны от оси тоннеля по которому вода сбрасывается в кюветы подходной выемки.
Материалом для портала служит монолитный бетон бутобетон и железобетон (класс бетона по прочности на сжатие не нижу В15).
Организация и планирование строительства тоннеля
График организации работ важный организационно-технический документ позволяющий конкретно оперативно руководить работами и контролировать их. График является организующим началом обеспечивающим ритм в работе и выполнение необходимого объема в предусмотренный срок а также действительным средством выявления резервов для перевыполнения производственного плана. График должен быть основан на рациональной организации процесса строительства и на современных технических средствах. Планирование работ и контроль за ходом строительства может быть осуществлен при помощи обычного календарного графика и сетевого графика основанного на методе критического пути. В календарном графике работ по оси абсцисс откладывают длину тоннеля а по оси ординат продолжительность работы. График в координатах дает возможность изображать также и скорость ведения работ через котангенс угла наклона соответственного отрезка прямой к оси абсцисс. Такой график для отображения процессов щитовой проходки достаточно прост так как скорости выполнения отдельных видов работ должны соответствовать скорости ведения ведущих процессов проходки и монтажа сборной обделки. Аналогичен график строительного процесса по сооружению тоннеля горным способом сплошного забоя рис. 10.1
Рисунок 7.1-График производства работ
План выполнения производственных процессов за время цикла оформляют в виде циклограммы которая содержит последовательность и объемы работ цикла нормативное время требуемое для их выполнения и графическое изображение распределения членов бригады по рабочим местам с указанием принятого времени выполнения отдельных операций.
Рисунок 7.2 – Пример циклограммы на проходку однопутного тоннеля
Мероприятия по охране окружающей среды и промышленной безопасности
Строительство тоннеля и последующая его эксплуатация не должны вызывать загрязнения в недопустимых пределах атмосферы водоемов водотоков подземных вод истощение источников водопользования возникновение и развитие эрозионных процессов карстообразование и другие неблагоприятные явления.[2 5.14.2]
Отвод территорий под строительство и охрану недр следует выполнять в соответствии с действующим законодательством.
В процессе строительства необходимо обеспечивать пожарную безопасность прилегающих лесных массивов заторфованных участков территории ограничивать и регулировать вредные криогенные процессы.
После окончания строительства тоннеля необходимо восстановить почвенный и растительный покров закрепить и одерновать образовавшиеся откосы выработанные карьеры и отвалы.
Мероприятия и технические решения направленные на охрану окружающей среды и осуществляемые в процессе строительства необходимо согласовать в установленном порядке с территориальными органами Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов а также с территориальными центрами Госкомсанэпиднадзора.
Производственные хозяйственно-бытовые и поверхностные сточные воды образующиеся на строительной площадке и в тоннеле подлежат очистке степень которой определяется в соответствии с санитарными нормами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения. Следует предусматривать раздельное отведение нормативно чистых и загрязненных производственных сточных вод. Система отведения и очистки производственных поверхностных и хозяйственно-бытовых сточных вод в процессе строительства и эксплуатации тоннеля должна соответствовать техническим требованиям.
Проекты очистных устройств следует разрабатывать в увязке с видом водопользования водных объектов в которые намечается осуществлять сбросы из тоннелей и припортальных помещений.
При сооружении железнодорожных тоннелей в жилой или промышленной зоне в необходимых случаях следует предусматривать мероприятия по гашению вибрации создаваемой движением поездов с таким расчетом чтобы уровень вибрации в жилых и общественных зданиях не превышал допустимых значений установленных санитарными нормами а в производственных зданиях - не превышал соответствующих требований для конкретного производства.
Необходимо обеспечить защиту тоннелей от проникания в них опасных для здоровья людей вредных веществ от производств находящихся вблизи тоннеля.
Производственная безопасность
Работы по строительству подземных сооружений относятся к категории опасных поэтому проект организации строительства тоннелей или их участков сооружаемых подземным способом должен включать раздел "Промышленная безопасность". В разделе должны найти отражение проектные решения направленные на обеспечение технической безопасности при строительстве тоннеля или отдельных его участков закрытым способом.
В разделе должен быть приведен перечень работ выполнение которых связано с повышенной опасностью. При строительстве особо сложных и уникальных объектов а также с применением нестандартных оборудования или технологий проектная организация должна разработать дополнительные мероприятия обеспечивающие техническую безопасность строительства.
При строительстве тоннелей закрытым способом в рамках горно-экологического мониторинга осуществляется прогноз ожидаемых деформаций земной поверхности для обследования зданий разрабатывается проект усиления зданий и наблюдательных станций для фиксации осадок земной поверхности и расположенных в зоне возможного влияния проходки зданий сооружений коммуникаций и других объектов повреждение которых может привести к аварийной ситуации включая смету затрат по проведению наблюдений в течение всего периода строительства.
Проектирование работ связанных с использованием взрывчатых материалов должно осуществляться в соответствии с требованиями Единых правил безопасности при взрывных работах.
Содержание токсичных веществ в вентиляционных выбросах не должно превышать значений предельно допустимых по каждому его ингредиенту в соответствии с нормами установленными органами Роспотребнадзора.
Горнопроходческие строительные грузоподъемные транспортные машины механизмы и оборудование должны соответствовать требованиям правил техники безопасности правил устройства и безопасной эксплуатации а также инструкций заводов-изготовителей.
Список использованных источников
Тоннели и метрополитены Под ред. В. Г. Храпова. М. 1989. - 383 с.
СП 122.13330.2012 «Тонели железнодорожные и автодорожные». М. 2012. - 126 с.
СП 119.13330.2012 «Железные дороги колеи 1520 мм». М. 2012. - 52 с.
Проектирование тоннелей сооружаемых горным способом. Методические указания по курсовому проектированию для студентов факультета «Мосты и тоннели» Сост. А. К. Поправко Б. Е. Славин Ю. Н. Третьяков Г. Н. Полянкин Ю. Н. Савельев. Часть 1. Н. 1999. - 26 с.
СП 14.13330.2011 «Строительство в сейсмических районах». М. 2011. - 84 с.
СП 131.13330.2012 «Строительная климатология». М. 2012. 109 с.
ГОСТ 9238-83 «Габариты железнодорожного подвижного состава и приближения строений». М. 2014. - 173 с.
Справочник инженера-тоннельщика Под ред. Г. М. Богомолова Транспорт 1993. – 389 с.
СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84»
Проектирование вентиляции железнодорожных и автодорожных тоннелей. Учебное пособие Сост. Б. Е. Славин В. С. Молчанов. Новосибирск 1994. – 72 с.
Методические указания по оформлению курсовых и дипломных проектов по тоннелям и метрополитенам: методические указания В. С. Молчанов Ю. Н. Савельев Г. Н. Полянкин; отв. ред. Ю. Н. Третьяков; Сиб. гос. ун-т путей сообщ. - Новосибирск: СГУПС 2002. - 45 с.
Правила безопасности при строительстве подземных сооружений. ПБ03-428-02. – М. 2002. - 425 с.
СТО СГУПС 01.01С.02-2015. Выпускная квалификационная работа. Курсовой проект. Требования к оформлению. – Новосибирск: Издательство СГУПС 2015;
Библиографический список по дисциплине Тоннельные пересечения на транспортных магистралях
Федеральный закон от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании».
Градостроительный кодекс российской федерации от 29 декабря 2004 г. №190-ФЗ.
ГОСТ 9238-2083. Габариты приближения строений и подвижного состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм .М. 1984 дата актуализ. 2016 г. 27 с.
ГОСТ 24451-80. Тоннели автодорожные. Габариты приближения строений и оборудования М 1981 дата актуализ. 2016 г. 7 с.
ГОСТ 23961-80. Метрополитены. Габариты приближения строений оборудованияи подвижного состава. М 1981 23 с.
ГОСТ Р 52748-2007 «Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки расчетные схемы нагружения и габариты приближения строений» изд-во Стандартинформ . -М. 2008 дата актуализ. 2016 г. 8 с. ГОСТ Р 21.1101-2013 Основные требования к проектной и рабочей документации. - 56 с.
ГОСТ 21.302-2013 СПДС. Условные графические обозначения в документации по инженерно-геологическим изысканиям. – М.: Стандартинформ 2015. – 55с.
ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения. –М.: Стандартинформ 2014. – 23 с.
СП 63.13330.2011 Бетонные и железобетонные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. – М.: Минрегион России 2011. – 147c.
СП 119.13330.2012 Железные дороги колеи 1520 мм. Актуализированная редакция СНиП 32-01-95. – М.: Минрегион России 2012. – 52с.
СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02- 85. – М.: Минрегион России 2013. – 106с.
СП 122.13330.2012. Тоннели железнодорожные и автодорожные. – М.: Минрегион России 2012. (с изменениями №1 2016 г.) – 165с.
СП 120.13330.2012. Метрополитены. – М.: Минрегион России 2012. – 215с.
СП 47.13330.2012 Инженерные изыскания для строительства. Актуализированная ре- 3 3 дакция СНиП 11-02-96. – М.: Минрегион России 2012. – 127c.
СП 4.13130.2013 Системы противопожарной защиты. Ограничение распространения пожара на объектах защиты. Требования к объемно-планировочным и конструктивным решениям. – М.: ФГУ ВНИИПО МЧС России 2013. – 184c.
СП 16.13330.2016 Стальные конструкции
ПБ 03-428-02. Правила безопасности при строительстве подземных сооружений. – М.: Госгортехнадзор России 2002г. – 118с.
Инструкция по применению габаритов приближения строений ГОСТ 9238–83 (Утверждена МПС СССР 18.11.86 No ЦП4425)
СТО СГУПС 1.01С.02-2015 Выпускная квалификационная работа. Курсовой проект. Требования к оформлению. -75 с.
Тоннели и метрополитены Под ред. В.Г. Храпова. – М: Транспорт 1989. – 383с.
Справочник инженера-тоннельщика Под ред. В.Е. Меркина. – М: Транспорт 1993. – 389 с.
Руководство по проектированию и строительству тоннелей щитовым методом. Перевод с англ. С дополнениями и комментариями В.Е. Меркина В.П. Самойлова. -М: Изд. Метро и тоннели 2009 446 с.
Ю.С. Фролов Д.М. Голицинский А.П. Ледяев. Метрополитены. Учебник для вузов Под ред. Ю.С. Фролова.-М.: «Желдориздат»2001 -528 с.
Проектирование тоннелей сооружаемых горным способом: Метод. указ. по курсовому и дипломному проектированию. Ч. 1. Новосибирск СГУПС (НИИЖТ) 1999. переиздание 2002 г 26 с.
Проектирование тоннельных обделок кругового очертания. Метод. указ. по курсовому и дипломному проектированию. Новосибирск СГУПС (НИИЖТ) 1999 переиздание 2002 г. 49 с.
Проектирование тоннелей сооружаемых горным способом: Методическое пособие по курсовому проектированию для студентов специальности 1-70 03 02 “Мосты транспортные тоннели и метрополитены”. Минск БНТУ 2005. 96 с.
ВСН 126-90. «Инструкция по применению анкеров и набрызгбетона в качестве временной крепи выработок транспортных тоннелей»
ВСН 132-92 Правила производства и приемки работ по нагнетанию растворов за тоннельную обделку
ВСН 193-81 Инструкция по учету сейсмических воздействий при проектировании горных транспортных тоннелей
ВСН 130-92 Правила производства и приемки работ по герметизации стыков и отверстий 4 4 сборной тоннельной обделки при закрытом способе строительства
Маренный Я. И. Тоннели с обделкой из монолитно-прессованного бетона. М.Транспорт 1985. 271 с.
Б.Е.Славин. Основы научных исследований подземных сооружений Под ред. Г.Н.Полянкина. Учеб.пособие. -Новосибирск: Изд-во СГУПСа 2005-138 с.
Н.И. Карпущенко. Виброзащитные конструкции пути для транспортных тоннелей и метрополитенов Н.И. Карпущенко А.В. Яковлев Д.В. Величко В.А. Гурский.-Новосибирск: Наука 2011. -200 с.
Б.Е.Славин В.С. Молчанов. Проектирование вентиляции железнодорожных и автодорожных тоннелей: Учебн. пособие. -Новосибирск: Изд-во СГАПС 1994.-72 с.
СТО НОСТРОЙ 2.27.125-2013 Освоение подземного пространства. Конструкции транспортных тоннелей из фибробетона.
СТО НОСТРОЙ 2.27.128-2013 Освоение подземного пространства. Строительство подземных сооружений горным способом с применением обделок из набрызгбетона. Правила производства работ контроль выполнения и требования к результатам работ