Проектирование тоннеля, сооружаемого горным способом

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агенство железнодорожного транспорта

Самарский государственный  университет путей сообщения

Кафедра «Мосты и транспортные тоннели»

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект по дисциплине

«Тоннели»

«Проектирование тоннеля, сооружаемого горным способом»

 

 

 

 

 

 Выполнила: студентка

Группы 09-МТ-6099

Иванова С.А.

 Проверила: старший преподаватель

 Кулишева Е.Ф.

 

 

 

 

 

 

Самара 2013

 

 

Содержание

Введение             3

1. Проектирование тоннельных конструкций.        4

1.1 Основные параметры поперечного  сечения, продольного профиля и плана тоннеля.  4

1.2 Инженерно-геологические условия.         4

1.3 Материалы тоннельных обделок.         4

1.4 Конструкции обделки, порталов, камер и ниш с указанием  основных параметров.  6

1.4.1 Конструкции обделок.          6

1.4.2 Конструкции порталов.          6

1.4.3 Конструкции камер и ниш.          7

1.5 Статический расчет обделок.          7

1.5.1 Выбор расчетной схемы.          7

1.5.2 Подготовка исходных данных.         7

1.5.3 Нагрузки и их сочетания.          8

1.5.4 Анализ результатов расчета.         9

1.5.5 Проверка прочности сечений  обделки.        9

1.6 Постоянные сооружения.          11

1.6.1 Проезжая часть.           11

1.6.2 Водоотведение.           11

1.6.3 Вентиляция тоннеля при его эксплуатации.       11

1.6.4 Электроосвещение.          11

1.6.5 Электроснабжение, электрооборудование, автоматика, сигнализация, связь.  12

1.6.6 Противопожарная защита.         12

1.6.7 Участки аварийной остановки.         13

2. Производство работ.           14

2.1 Выбор и обоснование способа сооружения тоннеля.      14

2.2 Разработка грунта.           14

2.2.1 Бурение шпуров.           14

2.2.2 Шпуровые заряды и вруб.         14

2.2.3 Взрывчатые вещества и средства  инициирования.      15

2.2.4 Расчет параметров БВР для  контурного взрывания.      15

2.2.5 Паспорт БВР.           15

2.3 Временная крепь.           15

2.4 Погрузка и транспорт грунта.         16

2.5 Производительность проходческого оборудования.      16

2.5.1 Буровое оборудование.          16

2.5.2 Породопогрузочные машины.         17

2.5.3 Транспортные средства.          17

2.6 Возведение тоннельной обделки.         18

2.6.1 Расчет набрызгбетонной обделки.        18

2.6.2 Технология производства бетонных работ.       18

2.7 Циклограмма проходки тоннельной выработки.       18

2.8 Вспомогательные работы.          18

2.8.1 Вентиляция выработки в период  строительства.      19

2.8.2 Освещение, энергоснабжение.         20

2.8.3 Водоотлив.            21

2.9 Охрана окружающей природной среды.        21

Приложения             21

Список использованной литературы         22

 

 

 

 

 

Введение

 

Тоннель – горизонтальное или наклонное  подземное сооружение, предназначенное  для пропуска транспорта, воды, размещения коммуникаций и других целей. Наибольшее распространение тоннели имеют на путях сообщения, к которым относятся тоннели метрополитенов, железнодорожные, автодорожные, судоходные, пешеходные, а также тоннели для нескольких видов транспорта.

Строительство тоннеля  необходимо на участках, где нецелесообразен обход естественного или искусственного препятствия. Препятствия делят на высотные и контурные. К высотным относятся холмы, хребты и водоразделы. К контурным – участки оползней, лавин, снежных заносов, а также водотоки и водоёмы.

Пересечение водного препятствия при помощи тоннеля значительно сокращает длину пути и позволяет уменьшить уклоны, вследствие чего создаётся возможность увеличения весовых норм транспорта и скоростей движения, ликвидируются лишние подъёмы и пробеги, улучшаются эксплуатационные показатели путей сообщения.

Однако, наряду с этим, строительство тоннеля имеет свои особенности и трудности, которые будут освещены в моём курсовом проекте.

Первый  раздел проекта посвящен проектированию самого тоннеля, тоннельных конструкций, постоянных сооружений действующих при работе тоннеля, а также статическому расчету тоннельной обделки. Второй раздел рассматривает вопросы производства работ при строительстве тоннеля.

Графическая часть проекта  представлена тремя листами чертежей. Первый лист проекта содержит продольный профиль по оси тоннеля с инженерно-геологическим разрезом, а также чертежи конструкции обделок двух типов.

Второй лист содержит чертеж конструкции одного из порталов, общеувязочную схему, схему вентиляции тоннеля, схему расчета и эпюры внутренних усилий в обделке – М и N.

Третий лист посвящен технологической схеме сооружения тоннеля, а также содержит циклограмму  проходки тоннеля. В работе использовались требования СНиП 32-04-97.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Проектирование  тоннельных конструкций.

1.1 Основные  параметры поперечного сечения,  продольного профиля и плана  тоннеля.

При проектировании поперечного  сечения, продольного профиля и  плана автодорожного тоннеля  учитывались требования СНиП 32-04-97. Согласно этому документу поперечное сечение тоннеля проектируется в соответствии с габаритом приближения строений «Г» по ГОСТ 24451-80 согласно заданной категории автодороги (II). Над габаритом предусмотрено пространство для размещения продольных вентиляционных каналов и вентиляционного оборудования. Тоннель расположен на прямой, поэтому габарит не требует уширения.

Проектируемый автодорожный тоннель имеет две полосы движения с шириной проезжей части 8500 мм, двумя  служебными проходами 2x750 мм.

Длина тоннеля 1261 метр. Запроектирован двускатный тоннель с уклонами 10 ‰ и 8.4 ‰. Данные уклоны являются оптимальными. Отметка трассы в южном портале  1313,00, а в северном – 1314,00. Профиль удовлетворяет всем требованиям к проектированию тоннелей:

• Минимальный уклон в автодорожных тоннелях составляет 3 ‰
• В автодорожных тоннелях максимальные продольные уклоны не должны превышать 40.

Смежные элементы продольного  профиля тоннелей сопрягаются в  вертикальной плоскости кривыми, радиус которых принимают в зависимости  от категории дороги и расчетной скорости движения в тоннеле.

Двускатность тоннеля  упрощает выбор способа проходки тоннеля и сами работы. При проходке с двух сторон оба портала будут  сухими, т.е. в работы не будут вовлечены  дополнительные средства. Особенности  работ будут описаны далее.

 

1.2 Инженерно-геологические  условия.

Продольный разрез по оси тоннеля показан на первом листе графической части проекта.

На разрезе условными обозначениями показаны геологические условия с данными характеристик грунтов. На первом участке тоннель проходит в зоне сиенитов, на втором – в гранитной скале.

Физико-механические характеристики грунтов представлены в таблице 1.1

Таблица 1.1

Физико-механические свойства грунтов.

Наименование  грунтов	Коэффи циент f	Плотность, т/м3	Кажущ угол вн. трения φ0	Прочность, МПа	Коффициент  упругого отпора, K0, кН/м3	Степень
						Трещиноватости	Обводнен ности
Сиениты	3	2,8	70		1,3	трещин.	обв.
Граниты	7,9	2,8	80		4,2	Слабо	слабо

 

1.3 Материалы  тоннельных обделок.

При выборе материалов тоннельных обделок учитывались инженерно-геологические условия строительства, а также его регион (Сочи).

В проекте предусмотрено  два типа обделок.

В первом случае используется бетон класса В 20 согласно методическим указаниям.

Таблица 1.2

Классы и  расчетные характеристики используемых бетонов

Показатели	Числовые значения
1. Класс по  прочности на сжатие	В 20	В 30
2. Бетон, расчетное  сопротивление для предельных  состояний первой группы, МПа: Осевому сжатию Rв Осевому растяжению Rвt	11,5 0,9	- -
3. Бетон, расчетное  сопротивление для предельных состояний второй группы, МПа: Осевому сжатию Rв,ser Осевому растяжению Rвt,ser	15,0 1,40	- -
4. Набрызгбетон, расчетные сопротивления осевому  сжатию Rв в конструкциях, МПа: армированных неармированных	- -	16,4 14,5
5. Набрызгбетон, расчетные сопротивления осевому растяжению Rвt в конструкциях, МПа: армированных неармированных	- -	1,4 1,2
6. Бетон, начальные  модули упругости при сжатии  и растяжении Eв • 10-3, МПа	27	-
7. Набрызгбетон, начальные модули упругости при  сжатии и растяжении Eв • 10-3, МПа	-	27

Проектные марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости  выбираются с учетом климатических  данных района строительства по расчетной  зимней температуре наружного воздуха.

Проектные марки бетона:

- F200 по морозостойкости;

- W4 по водонепроницаемости.

Во втором случае принимается  конструкция из  набрызгбетонного покрытия класса В 30. Такое решение  принято в связи с достаточной  крепостью грунтов на этом участке. Марка цемента для набрызгбетона  – 500. Тип цемента – портландцемент. Водоцементное отношение 0,35 - 0,4. В состав набрызгбетона вводятся различные добавки-ускорители схватывания и твердения. Вода для затворения бетонной смеси должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732-79. В качестве заполнителей применяется песок (ГОСТ 8736-85) без примеси глинистых частиц, а также щебень или гравий крупностью до 20 мм (ГОСТ 10268-80 и ГОСТ 8268-82).

1.4 Конструкции  обделки, порталов, камер и ниш  с указанием основных параметров.

1.4.1 Конструкции обделок.

Конструкция обделки  зависит от инженерно-геологических условий местности.

1 тип обделки. Для данного типа грунта (сиенит f = 3) в проекте предусматривается подковообразное очертание обделки с обратным сводом. Наличие обратного свода также обусловлено обводненностью и трещиноватостью грунта. Контур внутреннего очертания обделки проектируется в виде пятицентровой кривой, описанной вокруг габарита.

Толщина обделки постепенно увеличивается от свода к пятам.

2 тип обделки. В условиях крепкого малообводненного грунта, каким является гранит (f = 7,9) было принято решение об использовании облегченной обделки из набрызгбетона по анкерной крепи с вертикальными стенами. Свод обделки очерчен по окружности и плавно сопрягается с ее вертикальными стенами.

При конструировании  учитывается минимальное расстояние от габарита до внутренней поверхности обделки.

Над габаритом предусмотрено  пространство для размещения вентиляционных каналов.

Расстояние  от нижней точки габарита до обреза фундамента определяется из условий  размещения под габаритом проезжей части и водоотводных лотков, а также расчетной глубины промерзания.

Таблица 1.3

Габаритные  характеристики обделок.

Тип обделки	Пролет выработки, м	Высота выработки, м
1	11	10,795
2	12,365	11,559

 

1.4.2 Конструкции порталов.

Переход от тоннеля в  предпортальной выемке осуществляется при помощи портала для обеспечения устойчивости лобового и боковых откосов выемки , отвода воды с лобового откоса и архитектурного оформления входа в тоннель. Место расположения портала назначается исходя из минимальных нарушений естественного равновесия горных склонов. Для слабых грунтов (южный портал) глубина предпортальной выемки достигает 12-15 м для скальных (северный портал) 15-20 м.

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. Уклон откосов 1:0,3 для южного портала выбран по причине недостаточной устойчивости грунтов в этом месте.