Файл: Введение Целью данной курсовой работы является проектирование конструкций обделки железнодорожного транспортного тоннеля. Тоннель (англ tunnel) часть тоннельного сооружения,.doc

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 08.11.2023

Просмотров: 92

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

СОДЕРЖАНИЕ

2.2 Внешнее очертание Следующим этапом необходимо назначить толщину тоннельных обделок.Внешнее очертание монолитной обделки.При строительстве тоннельных пересечений широко применяются крепи, обделки и др. тоннельные конструкции из монолитного бетона и железобетона.Монолитные бетонные конструкции выполняются из бетонов различной прочности, которая характеризуется классом или маркой бетона. Монолитные железобетонные конструкции дополнительно усилены арматурой. Прочность бетона, геометрические характеристики рабочих сечений монолитных конструкций, а также потребное количество арматуры задаются расчетом.Монолитные бетонные и железобетонные конструкции при строительстве тоннелей применяют: при горных способах проходки; при реконструкции участков тоннелей; для устройства подземных выработок индивидуальных форм и размеров, выполнения конструкций сложной формы или больших габаритов Примем для монолитной железобетонной конструкции класс бетона по прочности на осевое сжатие B30, марку по водонепроницаемости W6, и марка по морозостойкости F150. Монолитные бетонные и железобетонные обделки должны иметь толщину не менее, мм: своды и стены тоннельной обделки из монолитного бетона и железобетона =200мм то же, из монолитного бетона на выпуклостях в крепких скальных грунтах прочностью, превышающей прочность бетона не менее чем в 1,5 раза =100мм блоки сплошного сечения сборной железобетонной обделки = 150мм Внешнее очертание сборной обделки.Сборная обделка тоннеля представляется собой ряд последовательно установленных в подземной выработке колец, которые в свою очередь состоят из отдельных элементов. Сборные элементы кольца обделки называются тюбингами.Отдельные элементы сборных тоннельных обделок изготавливаются в основном из железобетона или чугуна. Выбор материала для элементов зависит в первую очередь от инженерно-геологических и гидрогеологических условий заложения тоннеля, с учетом экономических факторов. 2.3. Назначение толщины сечений конструкции монолитной тоннельной обделки в характерных местах Высота сечения обделки в замке для двухпутного железнодорожного тоннеля определяется из выраженияdз =1,00-0,10fгде f- коэффициент крепости породы по Протодьяконову.Для внешнего очертания однопутного железнодорожного тоннеля с криволинейным очертанием стен, радиус, по которому очерчена верхняя дуга равен r*+d3, а радиус R*, которым очерчены боковые дуги, подбирается исходя из условия, что толщина обделки должна равняться назначенной величине dст.Размеры, получаемые по формулам, округляются до 5 см в сторону увеличения. При этом по СНиП минимальная высота сечения должна быть не менее 20 см.Принимаем высоту сечения обделки в замке равной 600 мм. В стене примем толщину сечения 1150 мм, а в основании 1350 мм. 2.4 Определение параметров кольца сборной тоннельной обделки Кольцо сборной тоннельной обделки собирается из железобетонных тюбингов - рёбристых элементов со сравнительно тонкими стенками и отверстиями для болтовых связей по продольным и поперечным бортам. Кольцо состоит из тюбингов трех разных типов: нормальных, двух смежных и одного замкового. Продольные стыки тюбингов, а также поперечные стыки между кольцами соединяются болтовой связью. Диаметр болтов 26-40 мм, диаметр болтовых отверстий на 4-6 мм больше. У нормальных и смежных тюбингов число болтовых отверстий по поперечным болтам от 2 до 4, у замкового тюбинга одно болтовое отверстие. В продольных бортах преимущественно по 2 болтовых отверстия. Отверстия для болтов укрепляются стальными закладными трубками с фланцами.Обделка из железобетонных тюбингов имеет следующие достоинства: уменьшается в два раза объем железобетона по сравнению с обделкой из блоков; облегчаются транспортные и монтажные работы ввиду небольшой массы элементов (

2.5. Лотковая часть тоннельной обделки

3. Выбор и обоснование расчетных схем обделок и определение действующих на них нагрузок

Сочетания нагрузок подразделяют на:

основные сочетания:

постоянные нагрузки и воздействия (собственный вес обделки, вертикальное и горизонтальное горное давление, внешнее гидростатическое давление, воздействие предварительного напряжения)

длительно действующие временные нагрузки и факторы (воздействия колебаний температуры, ползучести и усадки бетона, морозного пучения грунта и т.д.)

особые сочетания

постоянные нагрузки и воздействия

наиболее вероятные временные

одной из особых (сейсмической или др.) нагрузок или воздействий.

Вес железнодорожного подвижного состава в устойчивых грунтах передается непосредственно на грунт, а при наличии обратного свода – через него.

В обоих случаях воздействие подвижного состава в малой степени влияет на усилие в верхней, наиболее напряженной части обделки.

Наибольшее практическое значение имеет расчёт на основное сочетание нагрузок и воздействий. На другие сочетания обычно производят проверку.

Нагрузка от горного давления

Горным давлением называется силовое воздействие грунтов на крепь

Для монолитной обделки

Определение величины пролета свода обрушения

L=B+2htg(45°-φH/2)

где, В ширина выработки (м)

В=13.490 м

h высота выработки (м)

h=11.375 м

φH- нормативный угол внутреннего трения

φH=arctg(f)= arctg(4) = 80°

L= 13.490 + 2*11.375 *tg 7°= 16.3 м

Определение высоты свода обрушения

h1= L/2f = 16.3/(2*6)=1,36 м

Определение нормативного вертикального давления

q^H=γ∙h_1∙k_p,

kp=1- коэффициент условия работы грунта

γ-объемный вес грунта

qн=γ*h1=2,3*1,36 =3.128 тс/м2;

Определение нормативного горизонтального давления:

p^H=γ∙(k_P∙h_1+0,5∙h)∙tg^2 (45°-φ^H/2)

рн в = 2,3*(1,36 +0,5*11.375)*tg2(7) = 0,24 тс/м2.Расчетные нагрузки:

q^P=q^H∙η_q

qрасч=qн*ηq= 3.128 *1,2 = 3,75 тс/м2;

p^P= p^H∙η_p

рр в= рн в*ηp=0,24*1,5=0,315тс/м2

где, η_(q ) и η_p – коэффициент надежности

Для сборной обделки

Определение величины пролета свода обрушения

L=B+2htg(45°-φH/2)

где, В ширина выработки (м)

В=4.495 м

h высота выработки (м)

h=4.495 м

φH- нормативный угол внутреннего трения

φH=arctg(f)= arctg(4) = 80°

L= 4.495+ 2*4.495*tg 7°= 5.59 м

Определение высоты свода обрушения

h1= L/2f = 5.59/(2*6)=0.465 м

Определение нормативного вертикального давления

q^H=γ∙h_1∙k_p,

kp=1- коэффициент условия работы грунта

γ-объемный вес грунта

qн=γ*h1=2,3*0.465=1.069 тс/м2;

Определение нормативного горизонтального давления:

p^H=γ∙(k_P∙h_1+0,5∙h)∙tg^2 (45°-φ^H/2)

рн в = 2,3*(0.465+0,5*4.495)*tg2(7) =0.094 тс/м2.

Расчетные нагрузки:

q^P=q^H∙η_q

qрасч=qн*ηq= 1.069 *1,2 =1.282 тс/м2;

p^P= p^H∙η_p

рр в= рн в*ηp=0.094 *1,5=0.141 тс/м2

где, η_(q ) и η_p – коэффициент надежности

Нагрузка от гидростатического давления





Введение

Целью данной курсовой работы является проектирование конструкций обделки железнодорожного транспортного тоннеля.

Тоннель (англ. tunnel) – часть тоннельного сооружения, горизонтальное или наклонное подземное искусственное сооружение, имеющее непосредственный выход на поверхность в виде портала, предназначенное для транспорта, пропуска воды, размещения коммуникаций, других целей, и длина которого значительно превышает его поперечные размеры.

Тоннели — один из древнейших видов строительных работ, который мог существовать даже у обитателей пещер, расширяющих свои жилища. Однако задачи человечества меняются и усложняются, и потому история тоннелей чем далее, тем более насыщается сложными инженерными решениями.

Трудно переоценить значение тоннеля в различных сферах деятельности человека. По назначению тоннели делят на следующие типы:

1. на путях сообщения;

2. гидротехнические;

3. коммунальные;

4. горнопромышленные;

5. специальные.

Наибольшее распространение имеют тоннели на путях сообщения, к которым относят тоннели: метрополитенов, железнодорожные, автодорожные, судоходные и пешеходные, и другие.

Для строительства тоннеля необходима выработка — искусственная пустота в земной коре. В устойчивых породах выработку обычно оставляют без закрепления, в неустойчивых — сооружают временную крепь, основными элементами которой являются рошпаны, а затем обделку. Обделка является важнейшим элементом тоннеля, воспринимающая давление окружающих горных пород и обеспечивающая гидроизоляцию тоннеля. Участки тоннеля, находящиеся возле его выходов, называются порталами. Порталы придают архитектурный вид входам в тоннель на фоне окружающего ландшафта.

Для гидроизоляции тоннелей по технологии ново-австрийского метода (NATM) применяется геомембрана с сигнальным слоем.

По состоянию на июль 2006 года на сети ОАО «РЖД» эксплуатировалось 162 тоннеля общей протяженностью 119 километров. Самым длинным железнодорожным тоннелем в России считается Северо-Муйский тоннель, являющийся частью Байкало-Амурской магистрали и открытый 5 декабря 2003 года. Тоннель имеет протяжённость в 15 343 м и проходит под Северо-Муйским хребтом (максимальная глубина 1,5 км). Строительство заняло 27 лет.


Так, 15 километровый Северо-Муйский тоннель, по сложности проходки не имеет аналогов в мире. Специалисты - тоннельщики всего мира, признали его проходку самой сложной из имеющего у человечества опыта проходок.

Самым же длинным железнодорожным подводным тоннелем в Российской Федерации является тоннель под Амуром в Хабаровске протяжённостью 7198 метров.

По положению относительно рельефа местности тоннели можно разделить на:

1. горные;

2. подводные;

3. равнинные.

К равнинным относят в основном городские тоннели

(метрополитены, переходы на перекрёстках, подземные гаражи).

Глубина заложения тоннеля в значительной степени влияет на его конструкцию и способы постройки.



  1. Геологические и гидрогеологические условия заложения тоннельного сооружения


Грунты в месте предполагаемого проектирования сложены из трех слоев: верхний массивный аргиллит мощностью 15 м, средний слой-сланцы глинистые средней крепости и слабо выветривавшиеся мощностью 25м, нижний слой представлен конгломератом из осадочных пород на глинистом цементе мощностью 50 м.

Аргиллит является твёрдой, камнеподобной глинистой горной породой, которая образуется при уплотнении и испарении воды из глины. От последней аргиллиты отличает большая твёрдость и неспособность к размоканию в воде. Основой состава минерала являются гидрослюдистые глины, монтмориллониты и хлориты, примесью в которых является кварц, слюда, полевые шпаты. Аргиллиты встречаются в виде массивных пластов или микрослоистых плитчатых разновидностей в областях, которые подвергались действию высокой температуры и давления.

Крепость по шкале М.М. Протодъяконова около f=3, коэффициент упругого отпора пород к=30-45 кгс/см3, а его плотность составляет р=2 т/м3.

Второй слой представлен осадочным грунтом - сланцы глинистые средней крепости и слабо выветривавшиеся. Мощность пласта 25 метров.
Глинистый сланец является частично отвердевшей разновидностью глины и ила. Действительно, можно утверждать, что ил, глина, глинистый сланец и плитчатый сланец образуют непрерывный ряд. Исходный материал для ила

следует искать в материнских породах для всех осадочных пород, а именно в изверженных породах. Наиболее распространенной изверженной породой является гранит. В изверженной породе в среднем содержится 59 % полевых шпатов. Поэтому большинство глин состоит из полевых шпатов. В изверженных породах присутствуют также темные минералы, например, роговые обманки, пироксены и сходные с ними минералы. Все они подвергаются химическому разложению, в результате которого образуются мельчайшие частицы, которые нельзя различать даже под сильным микроскопом.


Глинистые сланцы и глины сами по себе пористы и обычно пропитаны минерализованной водой, поэтому они имеют хорошую электропроводность, которая повышена за счет поверхностной проводимости. Эту проводимость иногда не совсем правильно приписывают электропроводящим твердым веществам. Кроме того, размеры пор в глине настолько малы, что фактически движение жидкости невозможно. Следовательно, глинистый материал независимо от того, отложен ли он тонкими слоями или диспергирован в порах, способствует электропроводности пласта, не увеличивая его эффективную пористость. Поэтому зависимость между удельным сопротивлением пласта и пористостью более сложная, чем при чистых пластах. Тем не менее когда содержание глинистого материала не слишком высоко, то, как показали экспериментальные наблюдения, при достаточно низких значениях удельного сопротивления воды это отношение остается почти постоянным, поскольку проводимость глинистого сланца будет тогда ничтожной по сравнению с проводимостью воды; кроме того, установлен предельный параметр пористости, который находится в такой же зависимости от открытой пористости, как и параметр пористости чистого песка.

Коэффициент крепости породы шкале профессора М. М.Протодьяконова (f) = 2-4 метров. Коэффициент упругого отпора пород (k) = 25-35 кгс/см3. Плотность грунта (ρ) = 2,7 т/м3

Третий слой представлен конгломератом из осадочных пород на глинистом цементе. Мощность пласта 50 метров.

Конгломерат (от лат. Conglomero — собираю в тесную кучу) — осадочная горная порода, которая представляет собой сцементированные три составных элемента: гальку или окатыши, обломки с более тонким заполняющим веществом (песок, алеврит и пр.), и связывающее вещество (цемент).

В качестве цемента могут выступать карбонаты, мергели, оксиды железа. Внутри конгломератов могут быть другие конгломераты.
Грубослоистые толщи конгломератов мощностью до нескольких сотен метров
образовались в предгорных и горных областях, где в соответствующие периоды времени имели место значительные вертикальные движения земной коры, сопровождавшиеся активным размывом суши горными потоками.

Коэффициент крепости породы шкале профессора М. М.Протодьяконова (f) = 3-5 метров. Коэффициент упругого отпора пород (
k) = 25-45 кгс/см3. Плотность грунта (ρ) = 2,1 т/м3



  1. Проектирование поперечного сечения монолитной и сборной
    тоннельной обделки
    2.1. Внутренне очертание

Конструирование тоннельной обделки начинают с определения ее внутреннего очертания. Форма и размеры поперечного сечения тоннеля определяются, в первую очередь, его назначением. Внутри транспортного тоннеля должно быть свободное пространство, достаточное для пропуска подвижного состава, прохода людей, размещения необходимого оборудования и устройств. Поэтому проектируемое сечение тоннеля должно удовлетворять утвержденному для данного вида транспорта габариту приближения строения.

Габаритом приближения строений называют перпендикулярный оси тоннеля контур, внутрь которого не должны выступать никакие части сооружений и устройств.

Высоту габарита С и его ширину поверху назначают в зависимости от конструкции подвески контактного повода. В сети с напряжением 1,5-25 кВ для контактной подвески с несущим тросом принимают Н=6400 мм (b=2040 мм).

На кривых участках пути габарит приближения строений должен быть увеличен с учетом выноса концов и середины вагона в стороны от оси пути и его наклона, обусловленного возвышением h наружного рельса.

Угловые точки габарита на кривой смещаются наружу от оси пути. Кроме того, на контуре увеличенного габарита возникает дополнительная точка, координаты которой: x=190 мм, у=6620 мм.

Внутренний рельс в кривых участках пути оставляют на том же уровне, что и в соседних прямых участках, а наружный рельс повышают на высоту h.

Для двухпутных тоннелей на кривой габарит приближения строений получается построением уширенных габаритов однопутных тоннелей расстояние, между осями которых увеличивают в зависимости от

соотношения возвышения рельсов внешнего и внутреннего путей. Наиболее неблагоприятно наличие возвышения наружного рельса внешнего пути при отсутствии возвышения наружного рельса внутреннего пути.

Для этого случая должно быть уширено междупутье.

Проектирование конструкции обделки железнодорожных тоннелей необходимо вести в соответствии с требованиями главы 4 СНиП [3].

Обделка по своему внутреннему очертанию и конструкции должна быть однотипной по всей длине тоннеля.

По заданию назначаем в качестве материала тоннельной обделки для однопутного тоннеля – сборный железобетон, для двухпутного – монолитный железобетон.


Внутреннее очертание монолитной обделки.

Между обделкой и габаритом приближения строений располагают все устройства, необходимые для нормальной эксплуатации тоннеля и обеспечения безопасности обслуживающего персонала и ремонтных рабочих.

В скальных породах, создающих боковое горное давление, стенам обделки придают криволинейное очертание. При этом внутреннюю поверхность обделки очерчивают по пяти- или трехцентровой коробовой кривой.

Расстояния от угловых точек габарита до обделки следует назначать с запасом на неточность выполнения строительных работ в зависимости от крепости грунтов и принятого способа сооружения тоннеля.

Принимаем запасы: Примем радиусы:

∆1=145 мм R=6785 мм

∆2=145 мм r=5695 мм

∆3=465 мм

∆4=170 мм

Форма поперечного сечения тоннеля 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.

Значительное влияние на выбор внутреннего очертания тоннеля при заданных габаритах оказывают геологические и гидрогеологические условия его заложения, определяющие в большинстве случаев форму, материал и конструкцию обделки, способ работ по сооружению тоннеля.

Особенностью бетона как основного материала для возведения тоннельных конструкций является небольшое сопротивление растяжению, которое составляет примерно одну десятую часть прочности бетона на сжатие. Поэтому для лучшего использования прочности материала и получения более экономичного решения следует стремиться к заданию такого очертания конструкции, при котором в ее сечениях преобладают сжимающие напряжения.

Внутреннее очертание сборной обделки.

Сборные обделки состоят из отдельных колец, элементов, возводимых над оболочкой щита.

Основные требования, применяемые к сборным тоннельным обделкам

Высокая прочность, достаточная для восприятия нагрузок и воздействий, возникающих в процессе строительства и эксплуатации

  1. Долговечность

  2. Водонепроницаемость

  3. Огнестойкость. Тоннельная обделка не должна разрушаться под действием огня и высоких температур

  4. Экономичность. Тоннельная обделка должна состоять из минимального числа типоразмеров элементов, удобно и безопасно монтируемых в кольцо

Смотрите также файлы