Введение
Тоннели в течение всего срока службы 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.
Исходные данные к проекту.
В данной курсовой работе разрабатывается проект однопутного железнодорожного тоннеля, сооружаемого горным способом. В состав проекта входит разработка плана и профиля тоннеля, и конструирование тоннельной конструкции. Приведённые в работе расчеты выполнены в соответствии с указаниями СП 122.13330.2012 Тоннели железнодорожные и автодорожные а ктуализированная редакция СНиП 32-04-97
Основные физико-механические свойства грунтов, составляющих горный массив, приведены в таблице.
| Группа по СНиП | Наименование пород и грунтов | Коэффициент крепости, f | Объемная масса, т/м3 | Кажущийся угол трения | Коэффициент удельного отпора, Ко, кг/см3 |
Тоннель железнодорожный однопутный;
Радиус кривой –______________ м;
Руководящий уклон – ______________‰.
Трассирование линии. 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 =0,85.
Уклон в тоннеле определяется как:
iт = m · iр – iэкв
где iр - руководящий уклон;
iэкв - уклон, эквивалентный сопротивлению движения на кривой; в курсовом
проекте iэкв =1‰.
В нашем случае:
• Уклон на подходах к тоннелю
iт = т· iр – iэк = ____________________‰. Принимаем смягчённый уклон на подходе к тоннелю iт= _____‰;
• Уклоны в тоннеле принимаем равными 3 ‰.
Профиль представлен на чертеже.
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 =0,5-3 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 ПК_____________, а восточный портал – на пикете ПК_______.
Полная длина тоннеля составляет Lт =_______________метров.
Проектирование тоннельных конструкций.
Выбор и технико-экономическое обоснование конструктивных решений обделок.
Форма и размеры поперечного сечения тоннеля определяются его назначением. Внутри транспортного тоннеля должно быть свободное пространство, достаточное для пропуска подвижного состава, прохода людей, размещения необходимого оборудования и устройств. Поэтому поперечное сечение тоннеля должно удовлетворять утвержденному для данного вида транспорта габариту приближения строений.
Внутренние размеры транспортных тоннелей определяются габаритами приближения строений, представляющими условный контур, внутрь которого не должны выступать никакие части сооружений и оборудования.
Внутренние размеры обделок железнодорожных тоннелей должны соответствовать габариту приближения строений "С" (рис. 4.1), приведенному в ГОСТ 9238, с учетом размещения за пределами этого габарита устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), светильников и кабелей, а также строительных допусков на сооружение обделки тоннеля.
Между внутренним контуром обделки и угловыми (критическими) точками габарита должен быть обеспечен некоторый зазор, гарантирующий от появления негабаритности из-за неточности строительных работ и деформаций конструкции. В слабых породах этот запас достигает 15 см, в крепких скальных – 5…10 см.
Форма поперечного сечения тоннеля, удовлетворяющая перечисленным эксплуатационным требованиям, должна обеспечивать рациональную статическую работу конструкции под заданными нагрузками и соответствовать особенностям применяемых строительных материалов и способа производства работ. Необходимо стремиться к сокращению поперечного сечения выработки, с увеличением которого возрастают объемы работ и стоимость сооружения.
Практика проектирования определила ориентировочные границы геологических условий, в которых могут применяться обделки того или иного очертания, и выработала некоторые правила построения их контуров.
Основными из этих правил являются требования плавного изменения оси обделки и ее подъемистая подковообразная форма при преобладании вертикальных нагрузок. При отсутствии бокового горного давления стены подковообразной обделки могут проектироваться вертикальными, а свод очерчивается по круговой кривой (однопутные железнодорожные тоннели).
При воздействии вертикального и бокового горного давления обделки однопутных железнодорожных тоннелей имеют внутреннее очертание в виде подъемистого свода, контур которого очерчивается по пяти- или трехцентровой коробовой кривой.
В крепких скальных грунтах, оказывающих лишь вертикальное горное давление, стены могут быть сделаны вертикальными с наибольшим приближением к контуру габарита. В этом случае свод однопутного тоннеля обычно очерчивают по окружности.
Для обделки тоннеля, сооружаемого горным способом, в качестве материала обычно применяется монолитный бетон класса В20. Толщина монолитной обделки должна приниматься не менее: 20 см - в бетонных и 50 см - в каменной кладке.
Для прочности породы f=_____________принимается ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Обделка представлена на листе чертежа.
4.2. Дополнительные устройства в тоннеле.
Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и ремонтных рабочих во время прохождения поезда в железнодорожном тоннеле устраивают ниши шириной 2 м, глубиной 1 м и высотой (до шелыги свода ниши) 2 м. Ниши располагают через 60 м с каждой стороны тоннеля в шахматном порядке. Для размещения ремонтного оборудования, а также укрытия путевой дрезины через 300 м по каждой стороне тоннеля устраивают камеры шириной 4 м, глубиной 2,5 м и высотой (до шелыги свода) 2,8 м. При длине тоннеля 300—400 м в середине тоннеля устраивают одну камеру. Для обеспечения хорошей видимости контур ниш и камер выделя Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и ремонтных рабочих во время прохождения поезда в железнодорожном тоннеле устраивают ниши шириной 2 м, глубиной 1 м и высотой (до шелыги свода ниши) 2 м. Ниши располагают через 60 м с каждой стороны тоннеля в шахматном порядке. Для размещения ремонтного оборудования, а также укрытия путевой дрезины через 300 м по каждой стороне тоннеля устраивают камеры шириной 4 м, глубиной 2,5 м и высотой (до шелыги свода) 2,8 м. При длине тоннеля 300—400 м в середине тоннеля устраивают одну камеру. Для обеспечения хорошей видимости контур ниш и камер выделяют побелкой.
В тоннелях длиной 300 м и более для ремонтного оборудования должны быть устроены камеры шириной 2 м, глубиной 2 м и высотой (до шелыги свода) 2,5 м. Камеры располагают в обеих стенах тоннеля через 300 м в шахматном порядке. В тоннелях длиной до 400 м устраивают одну камеру посередине.
Вентиляция тоннеля
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.
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.
Рис.1. Схема продольной вентиляции тоннеля с шахтами.
В курсовом проекте принимаем продольную вентиляцию тоннеля с шахтами, схема которой представлена на рис.1. Для вентиляции используем стволы строительных шахт, заложенных с целью открытия дополнительных забоев и ускорения темпов строительства. Стволы оборудуем реверсивными вентиляционными установками, подающими воздух в направлении, совпадающем с направлением естественной тяги, что способствует уменьшению эксплутационных расходов на вентиляцию.\
Список используемой литературы.
1. “Проектирование тоннелей, сооружаемых горным способом.” Методические указания. Ю.С Фролов, ЛИИЖТ, 1983.
2. “Тоннели и метрополитены” под редакцией В.Г. Храпова и д.р. М., Транспорт,1989;
3. СНиП 32-04-97 “Тоннели железнодорожные и автодорожные” М., 1997.