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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 08.11.2023

Просмотров: 93

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

; z4= 2; z5= 2; z6= 2

rik- реакция в связи i прямого стержня постоянной жесткости от единичного смещения по направлению связи k

В матричной форме данные уравнения имеют вид:

где

;



Полная система канонических уравнений имеет вид:



Зная значения векторов перемещений концов стержней, входящих в расчётную систему, можно определить внутренние усилия в стержнях, загруженных лишь по концам, по формулам строительной механики.

Расчетная схема кольца является статически неопределимой; в качестве основной системы при расчете по методу сил для нее принимают ту же схему, но с удаленными связями, препятствующими взаимному угловому перемещению стержней, сходящихся в вершинах многоугольника в месте расположения упругих опор и в замке кольца (рис. 16). В местах удаления связей прикладывают парные изгибающие моменты, являющиеся лишними неизвестными.







4. Гидроизоляция тоннелей

Для обеспечения нормальной эксплуатации и долговечности тоннеля необходима защита его внутреннего пространства от подземных вод. Решить эту задачу можно двумя различными способами: герметизация или мероприятия по дренажу.

Гидроизоляция как наиболее надежная мера особенно необходима в тоннелях, внутреннее оборудование и облицовка которых должны быть полностью защищены от вредных воздействий воды.

Водонепроницаемость тоннеля может обеспечиваться с помощью различных материалов для гидроизоляции. Как правило, используют несколько систем гидроизоляционных материалов для получения лучшего эффекта и большей надёжности.

Гидроизоляция для монолитной обделки

Для монолитной обделки примем гидроизоляцию, включающую в свою конструкцию замкнутую водонепроницаемую мембрану.

Обделка из монолитного бетона может быть выполнена практически водонепроницаемой благодаря соответствующему подбору состава бетона и его качественному уплотнению при укладке. Течи обычно появляются в местах рабочих швов, организуемых при бетонировании. Они ликвидируются после нагнетания за обделку песчано-цементного раствора через трубки, заложенные в бетон при его укладке.



В современном тоннелестроении применяют разнообразные виды гидроизоляционных материалов для гидроизоляции монолитных обделок. Сплошную гидроизоляцию устраивают из стальных листов (металлоизоляция), из рулонных органических или синтетических пленочных материалов, различных композиций на основе синтетических смол (обмазочная), на основе пенетрирующих покрытий, а также из торкретбетона.

Материалы для гидроизоляции обделок тоннелей и притоннельных подземных сооружений, порталов, припортальных подпорных стен, рамп и т.д. должны отвечать требованиям прочности, огнестойкости, долговечности, устойчивости к химической агрессивности грунтовых вод и воздействию микроорганизмов, не выделять токсичных соединений в условиях строительства и эксплуатации тоннеля при нормальных и аварийных температурных режимах и иметь установленные в законодательном порядке обязательные сертификаты. Гидроизоляция должна выдерживать без разрыва допускаемые проектом деформации обделок.

Монолитные обделки тоннелей, заложенных в устойчивых скальных грунтах, защищают от грунтовых вод наружной гидроизоляцией, которую устраивают до возведения обделки заходками по 1030 м. Обделку также сооружают аналогичными заходками после завершения работ на очередной заходке гидроизоляции.

Одна из наиболее распространенных, долговечных и надежных систем гидроизоляциив тоннелестроении это гидроизоляция с использованием геосинтетиков. Системы гидроизоляциина основе геосинтетиков оптимальны для работы на подземных объектах, находящихся под уровнем грунтовых вод.

Геосинтетическими материалами называются материалы, в которых как минимум одна из составных частей изготовлена из синтетических или натуральных полимеров в виде плоских форм, ленточных или трехмерных структур.
В тоннелестроении применяют экологически чистые геосинтетические материалы, стойкие к ультрафиолетовому излучению и химической агрессии, морозоустойчивые не образующие никаких побочных продуктов, в то же это время легкие, гибкие и эластичные.

Геосинтетические материалы технологичны, удобны в монтаже, адаптируются к неровностям и усадке изолируемой конструкции.

В конструкциях гидроизоляции на основе геосинтетиков в тоннелестроении чаще всего используются следующие материалы:

  1. геотекстиль;

  2. геомембрана;

  3. дренажная сетка;

  4. полимерная пленка.

Основным гидроизолирующим элементом в такой системе являются геомембраны.
Гидроизоляция для сборной обделки

В настоящее время при сооружении транспортных тоннелей со сборными обделками в большинстве случаев применяются высокоточные железобетонные обделки.

Гидроизоляция сборных высокоточных железобетонных обделок обеспечивается комплексом технических мероприятий:

  1. применением для изготовления блоков специальных составов бетонов, обеспечивающих повышенную плотность тела конструкции блока;

  2. применение конструктивных решений, обеспечивающих трещиностойкость блоков при транспортной, монтажной и эксплуатационной нагрузках;

  3. применением уплотнений стыков блоков;

  4. применением нагнетания специальных уплотняющих и изолирующих растворов в контур между наружной поверхностью обделки и окружающим породным массивом;

Наиболее распространённой гидроизоляцией для сборных обделок является уплотнение стыков блоков.

Все блоки кольца сборной высокоточной железобетонной обделки имеют специальные канавки, в которые устанавливаются уплотнители из

упругих пористых эластомеры прокладок. Уплотнения устанавливают по периметру торцов блоков кольца. Сжимаясь в межблочном пространстве под действием нагрузок при сборке кольца и при передвижке тоннелепроходческого комплекса, эти уплотнения могут выдерживать большое внешнее гидростатическое давление и противостоять проникновению воды в тоннель.



Расположение уплотнителей в процессе монтажа блоков кольца в тоннеле: а) в процессе монтажа блока; б) после сборки кольца; в) после передвижки ТПК

Дополнительно уплотнители обжимаются в радиальных стыках кольца затяжкой.

Подготовка элементов обделки (блоков) к монтажу должна включать последовательную установку в проектное положение упругих эластомерных уплотнителей и распределительных прокладок.

Подготовку блоков допускается проводить при температуре окружающей среды и блоков не ниже +10°C на открытом воздухе или в помещении, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией, после входного контроля качества торцевых поверхностей блоков на соответствие требованиям ТУ.

Крепить прокладки и уплотнители необходимо к сухой поверхности бетона. Наличие в местах крепления масляных пятен не допускается. Установку упругих уплотнителей в специальные пазы на торцевых поверхностях блоков следует выполнять с использованием водостойких клеевых составов в заводских условиях.


Железобетонные тюбинги с наклеенными уплотнителями и распределительными прокладками



Схема расположения распределительных прокладок на блоке

Нагнетание бетона за сборную обделку.

При проходке тоннелей с помощью ТПК со сборной обделкой обязательным условием является заполнение зазоров между обделкой и контуром выработки – нагнетание за обделку специальных растворов. Обеспечение качественного выполнения первичного нагнетания за обделку особенно важно в тех условиях проходки, когда деформации поверхности недопустимы (проходка в условиях плотной городской застройки на небольшой глубине).

Основные элементы комплекса для нагнетания:

  • растворомешалка;

  • растворонасос с системой регулирования давления подчи;

  • система наружных трубопроводов с запорной арматурой для

подачи раствора – система наружных трубопроводов присоединена к внутренней системе трубопроводов, встроенных в оболочку ТПК, раствор за обделку подается через отверстия в оболочке ТПК;

  • в комплекс для нагнетания входит также система уплотнения, предназначенная для перекрытия зазора между тоннельной обделкой и оболочкой ТПК в процессе нагнетании раствора за обделку (рис. 18).

При проходке тоннелей с помощью ТПК со сборной обделкой обязательным условием является заполнение зазоров между обделкой и контуром выработки – специальных растворов.

Состав растворов для нагнетания за обделку разрабатывается для конкретных условий строительства – состав в основном зависит от геологических и гидрологических условий проходки тоннеля.




Рис. Система уплотнения, предназначенная для перекрытия зазора между тоннельной обделкой и оболочкой ТПК в процессе нагнетании раствора за обделку: 1 – тоннельной обделки; 2 - оболочка ТПК; 3 - щитовой домкрат; 4 - положение уплотнения после монтажа кольца обделки; 5 - положение уплотнения перед монтажом кольца обделки.

5. Технологические решения при строительстве и эксплуатации тоннелей

Тоннели в течение всего срока их службы (по ГОСТ 27.002) должны удовлетворять требованиям бесперебойности и безопасности движения транспортных средств, экономичности и наименьшей трудоемкости содержания строительных конструкций и постоянных устройств, обеспечения здоровья и безопасных условий труда обслуживающего персонала, а также требованиям охраны окружающей среды.

Железнодорожные тоннели следует относить к I повышенному уровню ответственности сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям .

Основные технические решения, принимаемые при проектировании тоннелей, - расположение их в плане и профиле, определение целесообразности строительства двухпутного или двух однопутных железнодорожных тоннелей, тип и форма поперечного сечения обделки, способы ее защиты от грунтовых вод и др. - должны обосновываться путем сравнения технико-экономических показателей вариантов с учетом приведенных затрат на строительство и эксплуатацию сооружения.

Следует избегать расположения тоннелей в зонах тектонических разломов, оползневых участков, в местах повышенного водосбора (в логах, под седловинами водоразделов и т.д.), в карстоопасных районах, а порталов и припортальных участков тоннеля - в местах возможного схода снежных лавин, селевых потоков и камнепадов.

Принимаемые технические решения, конструкции и материалы должны обеспечивать срок службы тоннельных обделок не менее 100 лет. Межремонтные сроки строительных конструкций постоянных устройств должны составлять не менее 50 лет.

Тоннели, штольни и другие притоннельные сооружения,

располагаемые в подземных выработках, должны иметь постоянную крепь-обделку, за исключением притоннельных сооружений, располагаемых в крепких невыветривающихся скальных грунтах.

Входы в тоннель и штольни, имеющие выход на поверхность, должны быть укреплены и архитектурно оформлены в виде порталов, оголовков, рамп.

В зонах опасных геологических процессов (оползней, обвалов, селевых потоков, снежных лавин и др.) необходимо иметь защитные сооружения или предусматривать мероприятия в соответствии со СНиП 2.01.15, обеспечивающие необходимую защиту порталов и припортальных участков тоннеля от этих процессов.

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.

Ниши следует располагать между камерами через 60 м с каждой стороны тоннеля.

В тоннелях длиной более 1500 м или у их порталов должны находиться специализированные помещения и помещения с санитарно-бытовыми устройствами для нужд служб эксплуатации и охраны.

Железнодорожные тоннели протяженностью более 3000 м должны иметь дополнительные эвакуационные выходы в рядом расположенные тоннели или в специально сооружаемые штольни безопасности, имеющие выходы на поверхность, либо иметь камеры безопасности (в автодорожных тоннелях), оборудованные герметичными затворами и местной вентиляцией.

Расстояние между эвакуационными выходами (сбойками) должно быть не более 300 м, а между камерами безопасности - не более 600 м.

Пройденные в период строительства вспомогательные штольни, имеющие
выход на поверхность, следует переоборудовать в штольни для

обслуживания тоннелей при их эксплуатации (сервисные штольни) с одновременным использованием в качестве штолен безопасности.

Тоннели должны быть защищены от неорганизованного проникновения в них подземных и поверхностных вод и иметь водоотводные, а при необходимости и дренажные устройства. Уровень защиты тоннелей от подземных вод должен обеспечивать отсутствие капежа со свода (перекрытия), стекание воды по стенам и исключать образование наледей.

В строящихся тоннелях длиной свыше 100 м с односторонним движением со скоростью более 100 км/ч в железнодорожных и 90 км/ч в автодорожных во въездной зоне надлежит устраивать раструбный участок.

Системы вентиляции с естественным или искусственным побуждением должны обеспечивать нормируемые параметры воздуха в транспортной и других обслуживаемых зонах согласно действующим санитарным нормам и требованиям настоящего документа.

Тоннели должны иметь средства противопожарной защиты.

Способы сооружения тоннелей и средства механизации строительства следует выбирать на основе результатов технико-экономического сравнения вариантов из условия обеспечения наименьших трудозатрат и продолжительности строительства, безопасных условий труда и минимального воздействия строительства на окружающую среду.

При проектировании и строительстве тоннелей следует обеспечивать выполнение законов, стандартов, строительных норм и правил, нормативных документов органов государственного управления и надзора.

В исполнительной документации, передаваемой заказчику, должна быть отмечена техническая зона вдоль трассы тоннеля, где запрещается производить работы без разрешения эксплуатирующей организации.

6.Список литературы

  1. Федеральный закон от 30.12.2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий».

  2. Постановление Правительства РФ от 16.02.2008 г. № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию».

  3. Постановление Правительства РФ от 26.12.2014 г. № 1521 «Об утверждении перечня национальных стандартов и сводов правил , в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

  4. ГОСТ 7.1-2003. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления. – введ.2004-07-01. -М: ИПК. Издательство стандартов, 2004, - 48с.

  5. ГОСТ Р 54257-2010. Надежность строительных конструкций и оснований. —введ. 2011-09-01.М.: ИПК. Издательство стандартов, 2011. — 18 с.

  6. ГОСТ Р 21.1101-2009 Система проектной документации для строительства. Основные требования к проектной и рабочей документации.

  7. СП 34.13330.2012. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*. -М.: ФГУП ЦПД. - введ. 2012-06-30.

  8. СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003. - М.: ФГУП ЦПП. - введ. 2011-12-29.

  9. СП 119.13330.2012. Железные дороги колеи 1520 мм. Акгуализированная редакция СНиП 32-01-95. - М.: ФГУП ЦПП.- введ. 2013-01-01.

  10. СП 122.13330.2012. Тоннели железнодорожные и автодорожные. Актуализированная редакция СНиП 32-04-97. - М.: ФГУП ЦПП. - введ. 2013-01-01.

  11. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*

  12. СП 14.13330.2011 Строительство в сейсмических районах.

  13. Богомолов, Г.М. Справочник инженера-тоннельщика / Г.М.Богомолов, Д.М. Голицынский, В.Е. Меркин. — М.: «Транспорт», 1993, — 389 с.

  14. ВСН132-92. Правила производства и приемки работ по нагнетанию растворов за тоннельную обделку. — введ. 1993-03-01. — М.: Транспорт,1992, — 70 с.

  15. Волков, В.П. Тоннелии метрополитены/ В.П. Волков, С.Н. Наумов, А.Н. Пирожкова. — М.: «Транспорт», 1975, — 552 с.

  16. Гоппе, В.Р. Строительство тоннелей/ В.Р. Гоппе. - М.: МГУПС (МИИТ), 2016.-446 с.

  17. Гринев А.А. Слемзин А.Е. Просктирование тоннелей, сооружаемых горным способом. Методические указания к курсовому проектированию. —М.: МИИТ 1988 — 33с.

  18. Маковский, Л.В. Проектирование автодорожных и городских тоннелей / Л.В. Маковский М.: Транспорт,1993, - 352 с.

  19. Храпов, В.Г. Тоннели и метрополитены / В.Г. Храпов [и др.]. - М.: «Транспорт», 1989,—383 с.

  20. Herrenknecht Tunnelling Systems [Электронныйресурс]. – http://www.herrenknecht.com



























КП-2019-ВЖД-311-14-ПЗ


Лист





















-


Им.

Кол.уч.

Лист

док.

Подп.

Дата




Взам. Инв. №




Подп. И дата




Инв. №подл.