«Проектирование, строительства и эксплуатация транспортных туннелей»

Министерство Транспорта


Ташкентского Государственный Транспортный Университет




Тема: «Проектирование, строительства и эксплуатация транспортных туннелей»
Выполнил(а): ст (а) Хасанов Жавлонбек
Принял(а):ст.пр Мухаммаддин Аллаберганов


Ташкент -2022 г
Проектирование, строительства и эксплуатация транспортных туннелей
План:

1. Трассирование.

2. Вентиляция тоннеля
3. Проектирование тоннельных обделок.
4. Дополнительное обустройство в тоннеле
5. Статический расчет обделки
6. Организация производства работ

Литература.

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

Тоннели на путях сообщения служат средством для преодоления различных препятствий или для развития линии под землей с использованием ограниченного уклона.
К транспортнымотносятся тоннели железнодорожные, автодорожные, судоходные, пешеходные тоннели метрополитенов, а также тоннели большого поперечного сечения, в которых происходит движение транспорта нескольких видов
Классификация транспортных тоннелей определяются признаками, положенными в их основу. Так, по местоположению тоннели бывают горные, подводные и городские различного назначения.
Но способу постройки различают тоннели, сооружаемые открытым и закрытым способами. При открытом способе в предварительно разработанном котловане сооружают тоннельную конструкцию, которую после се завершения засыпают грунтом. Закрытый способ постройки или проходки тоннелей в свою очередь подразделяют на горный и щитовой.
При горном способе работ создают подземную выработку, обычно закрепляемую временной крепью, пол защитой которой в дальнейшем сооружают постоянную тоннельную конструкцию, называемую обделкой.
Такую конструкцию обычно выполняют из монолитного бетона.
Щитовой способ постройки связан с использованием проходческого щита -- подвижной стальной крепи, ограждающей места разработки фунта и сооружения обделки, которую при щитовом способе обычно выполняют сборной из железобетонных или чугунных элементов заводского изготовления.
Кроме перечисленных, существуют и другие способы постройки тоннелей, получившие название специальные. Они применяются в особых местных уеловиях, когда использование обычных способов вызывает значительные осложнения.
Преодоление препятствий при помощи тоннелей расширяет возможности трассирования и улучшает эксплуатационные показатели транспортной линии. Различаютвысотные и контурные препятствия. К высотным относятся горные хребты, водоразделы и другие возвышенности. Контурными препятствиями называют области на земной поверхности, по которым затруднительно или невозможно провести открытую транспортную линию без использования искусственных сооружений. К таким препятствиям вгорных районах относятся участки оползней, осыпей, лавин и снежных заносов, на равнинах -- водотоки, водоемы инаселенные пункты, в городах --участки густой застройки.
К недостаткам тоннельного решения относится необходимость вентиляции, постоянного освещения и водоотвода.
1. Трассирование
План и профиль железнодорожных и автодорожных тоннелей проектируют по нормам, установленным для отрытых участков трассы с учетом особенностей связанных с движением транспорта в ограниченном закрытом пространстве.
Для обеспечения нормальных условий движения транспорта, вентиляции, улучшения условий трассирования и проходки тоннеля план его трассы желательно проектировать прямолинейным. Формы плана и профиля тоннелей на путях сообщения зависят от их назначения. Тоннели, сооружаемые для преодоления препятствий, имеют преимущественно прямолинейный план и двускатный профиль. Если тоннель необходим для развития линии, то его план имеет криволинейную форму в виде петли или нитка спирали. Профиль таких тоннелей всегда односкатный.
Радиусы кривых в железнодорожных тоннелях должны быть не менее 600 м. Однако меньшие радиусы позволяют сократить длину тоннеля и уменьшить объем сравнительно дорогих подземных работ. Поэтому при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается радиус, равный 400 м, а в трудных местных условиях по согласованию с МПС -- 250 м.
Тоннели на строящихся двухпутных железных дорогах должны быть рассчитаны на размещение двух путей. В тоннелях, сооружаемых для преодоления препятствий, зачастую имеется возможность использования минимального уклона. В тоннелях, предназначенных для развития линии, рационально использоватьмаксимально допустимые уклоны.
В тоннеле длиной более 300 м и на подходах к нему со стороны подъема на участке, равном длине поезда производится смягчение максимального уклона.
Коэффициент смягчения уклона учитывает дополнительное воздушное сопротивление движению поезда в тоннеле, а также снижение сцепления ведущих колес локомотива с рельсами в связи с повышенной влажностью.
Минимальный уклон в тоннеле определяется необходимостью обеспечения естественного водоотвода. Его значение не должно быть менее 3 ‰. Как исключение в пределах разделительных участков профиля допускается уклон, равный 2 ‰. Также в виде исключения допускается устройство горизонтальных разделительных площадок длиной не более 400 м. В этом случае необходимый для естественного водоотвода продольный уклон в пределах площадкипридают водоотводному лотку. Определяем длину тоннеля.
Длина тоннеля L_т= 1350 м
2. Вентиляция тоннеля
При отсутствии в тоннеле движения воздуха его качество ухудшается за счет повышения влажности и поступления из окружающих грунтов газов, проникающих через обделку. Во время эксплуатации тоннеля происходит загрязнение воздуха продуктами сгорания топлива. Одновременно в тоннеле повышается температура. Кроме того в длинных глубоко заложенных тоннелях следует учитывать повышенную температуру окружающего грунтового массива
Для обеспечения нормальных условий труда обслуживающего персонала, поездных к ремонтных бригад необходима постоянная подачи свежего наружного воздуха, уменьшающая влажность в тоннеле, снижающая концентрацию вредных примесей до допустимых пределов и поддерживающая температуру воздуха на уровнеопределяемом санитарно-техническими требованиями.
Вентиляция тоннелей может осуществляться естественным путем или искусственно при помощи вентиляционного оборудования.
Естественная вентиляция тоннелей основывается на естественном воздушном течении. Естественное проветривание допускается в железнодорожных тоннелях длиной до 300 м при тепловозной тяге и до 1000 м при электрической.
Искусственная вентиляция может быть приточной, вытяжной или приточно-вытяжной.
По способу обмена воздуха в тоннеле различают продольную, поперечную, полупоперечную и струйную вентиляции.
3. Проектирование тоннельных обделок
Тоннельная обделка закрепляет грунты, обнаженные выработкой. Ее форма, размеры элементов и выбор материала зависят от физико-механических свойств грунтов.
В очень крепких невыветривающихся и нерастворимых грунтах, не проявляющих горного давления и представляющих собой сплошной массив без трещин,выработку можно ничем не закреплять, тоннель эксплуатируется без обделки. Однако такие условия встречаются чрезвычайно редко и, как правило, даже в самых крепких грунтах выработку закрепляют постоянной обделкой, которая не выполняет функций несущей конструкции, а служит облицовкой. Внутреннее очертание обделок железнодорожных тоннелей должно описываться вокруг габарита приближения строений с учетом размещения за пределами габарита устройств сигнализации, централизации и блокировки, светильников и кабелей. На криволинейных участках пути габарит С вычерчивается с учетом необходимого уширения и наклона, в двухпутных тоннелях необходимо также увеличивать междупутье. Вертикальная линия, проведенная через середину отрезка соединяющего крайние точки уширенного габарита, является осью тоннеля.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рис. Внутреннее очертание обделки в крепких скальных грунтах
Рис. Внутреннее очертание обделки в грунтах, создающих боковое горное давление
Между внутренним контуром обделки и угловыми (критическими) точками габарита должен быть обеспечен некоторый зазор, гарантирующийот появления негабаритности из-за неточности строительных работ и деформаций конструкции. В слабых породах этот запас достигает 15 см, в крепких скальных -- 5-10 см.
Внутреннее очертание обделки зависит также от геологических условий. Практика проектирования определила ориентировочные границы геологических усилий, в которых могут применяться обделки того или иного очертания, и выработала некоторые правила построения их контуров.
Основными из этихправил являются требования плавного изменения осиобделки и ееподъемистая подковообразная форма при преобладании вертикальных нагрузок. При отсутствии боковою горного давления стены подковообразной обделки могут проектироваться вертикальными, а свод очерчивается покруговой кривой или трехцентровой кривой.
При воздействия вертикального бокового горного давления обделки двухпутного железнодорожного тоннеля имеют внутреннее очертание в виде трехцентровой коробовой кривой.
Нижняя часть обделки проектируется в соответствии с заданными геологическими, гидрогеологическими и климатическими условиями, в зависимости от которых решается вопрос о необходимости обратного свода, устраиваются верхнее строение пути и водоотводные лотки.
Основными материалами для сооружения обделок горных тоннелей являются монолитный бетон, железобетон и набрызгбетон. Выбор того или иного из них производится в зависимости от географических, геологических, сейсмических и других условий, характеризующих особенности расположения тоннеля, с учетом способов производства тоннельных работ.
Значения проектной марки бетона по прочности на сжатие следует применять для монолитных бетонных и железобетонных конструкций тоннельных обделок в пределах М4200 -- М400, для порталов М300 -- М400, для набрьзгбетонаМ300 -- М500. Для обделки тоннеля, сооружаемого горным способом, в качестве материала обычно применяется монолитный бетон марки М200.
4. Дополнительное обустройство в тоннеле
Для укрытия людей, находящихся в тоннеле при прохождении поезда, в обделке устраивают углубления -- ниши. Углубления большего размера, называемые камерами, предназначены для хранения рабочего инвентаря, материалов и инструментов.
Ниши располагаются с обеих сторон тоннеля в шахматном порядке через 60м по каждой стороне, а камеры -- соответственно через 300 м.
Портал сооружают для сопряжения конструкции тоннеля с подходной выемкой. Он обеспечивает устойчивость лобового и боковых откосов, а также отвод от тоннеля воды, стекающей с лобового откоса.
Портал -- единственный элемент тоннеля, открытый для обзора, поэтому естественно стремление придать этой части ответственного сооружения надлежащее архитектурное оформление.
Самое простоя конструктивное решение портала возможно, когда направление оси в начале тоннеля совпадает с направлением горизонтальной проекции линии наибольшего ската лобового откоса.В этом случае плоскость портальной стены устанавливают перпендикулярно оси тоннеля. Такой портал принято называть прямым в отличие от косого портала -- более сложного решения, к которому приходится прибегать, если направление оси тоннеля составляет с проекцией линии наибольшего ската некоторый угол ?. Практически необходимость такого решения возникает, если этот угол превышает 30°. При этом плоскость портальной стены составляет с осью тоннеля угол, меньший 90° на величину, близкую к углу ?.
Устройство косого портала существенно снижает возможность архитектурного оформления входа в тоннель и усложняет конструкцию сопряжения портальной стены с тоннелем. Поэтому в таких осложненных условиях стремятся устроитьпортал прямым, разместив портальную стену перпендикулярно оси тоннеля, но тогда изменение отметок лобового откоса в плоскости портала становится значительным и для сопряжения конструкции с откосом необходимо лобовой портальной стене придать ступенчатую форму.
В состав портала входят:
торцовая стена;
водоотводная канава;
- первое кольцо обделки.
Для устройства портала выполняют срезку и укрепление лобового откоса.
Торцовая стена портала связывается с первым кольцом обделки с помощью арматуры или отрезков прокатных профилей и опирается непосредственно на боковые откосы выемки, в которые заделывается на необходимую глубину.
Вода, стекающая с лобового откоса, перехватывается поперечной водоотводной канавой. Дно канавы располагается не ниже, чем на расстоянии 1.5 м от верха тоннельной обделки.
В виду возможности паления камней с лобового откоса и предотвращения их падения на пути, расстояние от низа лобового откоса до портальной стены принимают не менее 1.5 м , парапет стены не менее, чем 0.5 м выше верха канавы.
Крутизну откосов предпортальной выемки назначают в зависимости от коэффициента крепости породы.
В крепких скальных породах с лобовыми откосами близкими к отвесным отпадает необходимость в их поддержании и отводе воды, собирающейся с небольшой площади. В этом случае для архитектурного оформления входа в тоннель устраивают параллельные лобовому откосу оголовки, представляющие собой облицовки из бетона или естественною камня по контуру входного отверстия.
5. Статический расчет обделки
Составление расчетной схемы
Выбор расчетной схемы статической работы конструкции - наиболее важный этап расчета. Расчетную схему обделки тоннеля необходимо выбирать таким образом, чтобы она возможно большим приближением отражала действительные условия работы конструкции в зависимости от инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей и материала обделки, а также принятых методов производства работ. Одной из особенностей статической работы тоннельных обделок, определяющей выбор той или иной схемы, является взаимодействие подземной конструкции с окружающим грунтовым массивом. Это взаимодействие тем активнее, чем крепче грунты, в которых сооружается обделка.
В слабых грунтах f<1 наряду с вертикальным давлением на обделку действует активное боковое давление. В этом случае грунтовый массив рассматривается как податливая среда, и расчет обделки следует производить на комбинацию вертикальной и соответствующей eй горизонтальной нагрузки.
В грунтахобладающих упругими свойствами f>1, окружающая обделкусреда рассматривается как упругая, способная противодействовать деформациям стен в ее сторону под воздействием преимущественно вертикальной нагрузки(горизонтальная может не учитываться в запаспрочности конструкции при f> 3). Эта деформации вызывают реактивное давление породы на контакте с обделкой - упругий отпор породы.
Практической значение при расчете обделок в упругой среде получил метод метрогипротранса, отличающийся наибольшей достоверностью расчетной схемы, возможностью машинного счетаи универсальностью.
Определение нормативных нагрузок
Все виды нагрузок можно разделить, на постоянные, оказывающие на обделку регулярное воздействие, временные - характеризующиеся периодическим длительным или кратковременным воздействием и особые возникающие в результате каких-либо аварийных ситуаций.
К постоянным нагрузкам относят: собственный вес конструкции; вертикальное и горизонтальное горное давление; внешнее гидростатическое давление.
Равномерно распределенную по обделке нормативную нагрузку от вертикального горного давления определяют в зависимости от возможности или невозможности образования над выработкой свода обрушения.
6. Организация производства работ
Способы сооружения тоннеля следует выбирать из инженерно-геологических условий, длины тоннеле, размера поперечного сечения, конструкции обделки.
Применим способ сплошного забоя. Он применяется для проходки тоннеля высотой до 10 м с монолитной обделкой в устойчивых скальных грунтах с f>=4, в данном курсовом проекте f=12. Раскрытие выработки производят за один прием. Грунт разрабатываюбуровзрывным способом.
Буровзрывные работы
Разработка полускальных и скальных грунтов с коэффициентом крепости, равным или более 2,осуществляется буровзрывным способом.
Эффективность проходки тоннелей во многом определяется правильным выбором параметров буровзрывных работ, к которым относятся: взрывчатые вещества и средства взрывания, количество, глубина и диаметр шпуров, схема их расположения в забое и конструкция зарядов.
С целью получения контура выработки, близкого к проектному, уменьшения переборов и снижения сейсмического воздействия на окружающий выработку массив следует использовать технологию контурного взрывания.
Определение параметров буровзрывных работ
В качестве расчетных параметров БВР принимаются:
q₀- удельный расход ВВ;
W - линия наименьшею сопротивления;
а - расстояние между шпурами;
N - количество шпуров;
Q - расход ВВ