Геодезические работы при строительстве тоннелей метро

Размеры забоя (ширина и  глубина) зависят от:

• рабочих параметров принятого типа экскаватора;
• расположения и габаритов подъездных путей;
• типа применяемых транспортных средств;
• категории и влажности грунта.

Принимаем одноковшовый экскаватор с  прямой лопатой Э-303. Его технические характеристики:

• ёмкость ковша – 0,3 м³;
• наибольший радиус резания – 5,9 м;
• наибольшая высота разгрузки – 4,0 м;
• наибольший радиус разгрузки – 5,4 м;
• высота разгрузки при наибольшем радиусе разгрузки – 2,66 м;
• наибольшая высота резания – 5,96 м;
• наибольший радиус резания на уровне стоянки – 3 м;
• вес экскаватора – 9,62 т;
• среднее давление на грунт – 0,55 кг/см²;
• усилие на блоке ковша 6000 кг;
• продолжительность цикла при угле поворота 90⁰ и работе в отвал – 15 сек;
• вид ходовой части экскаватора – гусеничный.

Найдём длину рабочей  передвижки – расстояние между двумя последовательными стоянками экскаваторами. Для прямой лопаты:

L_п = R_р – R_ст = 5,9 – 3 = 2,9 м,

где R_р – наибольший радиус резания;

R_ст – наибольший радиус резания на уровне стоянки.

Определим ширину забоя  поверху (в данном случае – лобовой  забой, прямая лопата, транспортные средства и экскаватор располагаются на одном  уровне):

= = 15,65 м.

Наибольшая глубина  забоя при разработке выемок прямой лопатой не должна превышать высоты резания H_р = 5,96 – что достаточно в нашем случае.

 

2. Выбор и определение количества транспортных средств.

Транспортирование разрабатываемого экскаваторами грунта может осуществляться с помощью автосамосвалов, тракторов с прицепами, железнодорожного транспорта широкой и узкой колеи, конвейеров и гидротранспорта. Окончательно принять тот или иной тип транспорта можно только после тщательного расчета. Необходимо, чтобы количество и ёмкость транспортных средств соответствовали производительности экскаватора и ёмкости его ковша, скорость транспортирования была максимальной, погрузка – непрерывной.

Количество транспортных средств определяют из условий непрерывной погрузки:

;

t_п – расчетное производительность погрузки;

;

;

n – (табл.) количество циклов черпания в 1мин при рабочем оборудовании, n = 3;

M – количество ковшей грунта, загружаемого в кузов:

;

D – объемный вес грунта, D = 1,6 – 1,9 т/м³;

Q – грузоподъемность транспортного средства, Q = 6 т;

q – геометрическая емкость ковша, q = 0,3 м³;

К₁ – коэффициент перехода от объема разрыхленного грунта к объему плотного грунта:

;

К_n – коэффициент наполнения, принимается по таблице (песок влажный, прямая лопата), К_n = 0,9 – 0,92;

К_р – коэффициент разрыхления грунта (песок средний) К_р = 1,14 – 1,2.

Так как ёмкость ковша экскаватора 0,3 м³ принимаем автомобиль самосвал МАЗ-5549 грузоподъемностью 6 т.

Определяем расчетную  продолжительность пробега, приняв среднюю скорость движения V_ср = 30 км/ч = 0,5 км/мин при L = 0,5 км.

 мин.

Определяем расчетную продолжительность разгрузки. По данным практики, принимаем ее равной 0,35 мин.

Определяем продолжительность  маневрирования самосвала. По данным практики, принимаем t_м = 0,5 мин.

Определяем потребное  количество самосвалов:

самосвалов.

 

3. Производительность одноковшового экскаватора.

Сменная производительность:

Ц = T × 60 × q × n × K₁ × K_в (м³) = 7×60×0,3×3×0,79×0,68 = 200 м³/смену.

Т – продолжительность  смены 7 часов;

q – геометрическая емкость ковша, q = 0,3 м³;

K₁ = K_н/К_р – коэффициент наполнения ковша разрыхленным грунтом в плотном теле.

Величина коэффициента использования (K_в) сменного времени зависит от потерь на передвижения экскаватора, условий подачи транспортных средств и т.п. К_в обычно принимают равным (в лобовом забое) 0,68.

К_н – коэффициент наполнения, принимается по таблице (песок влажный, прямая лопата) К_n = 0,9 - 0,92;

К_р – коэффициент разрыхления грунта (песок средний) К_р = 1,14 - 1,2.

 

4. Монтажные работы. Выбор монтажного крана.

При выборе монтажного крана  необходимо учитывать возможность установки этим краном самого тяжелого конструктивного элемента в наиболее высокую и отдаленную точку монтируемого здания или сооружения; перемещения монтажного крана без его демонтажа от одного объекта к другому; методы монтаж; вид сооружения и условия его сооружения; обеспечение хорошей видимости рабочего места.

Выбор монтажного крана  целесообразно начинать с определения  показателя монтажного веса. Этот показатель характеризует равновесность сборных элементов здания или сооружения. Чем меньше количество типов и типоразмеров конструкций в сооружении и ближе их весовые характеристики, тем полнее используется кран по грузоподъемности и другим параметрам.

Кран подбирают по наибольшей массе элемента конструкции. Мелкие элементы целесообразно укрупнять (пакетировать) до уровня весовой характеристики наибольшего элемента. Если нельзя добиться укрупнения элементов, то применяют несколько кранов разной грузоподъемности: для легких и тяжелых элементов. Показатель монтажного веса К определяется как отношение усредненной массы элемента Q_ср к максимальной массе Q_нб элемента в этой группе.

 

Наименование элементов	Монтажная масса 1-го элемента, т	Количество элементов в здании, шт.	Общая масса элементов, т
сборные железобетонные плиты ФЛ 20.24-3	4	30	120
сборные бетонные блоки ФБС 24.6.6-т	2	120	240
опалубка для колонн (1 каркас)	0,2	15	3
опалубка для перекрытий (1 секция)	0,3	72	21,6
инвентарные подмости (1 секция)	0,2	36	7,2
Итого:		273	391,8
Усреднённая масса элемента	1,4

 

Q_ср (средняя масса элемента) равна 391,8/273 = 1,4.

Тогда К = 1,49/4 = 0,36. Такое  значение К позволяет обойтись одним  краном. Примем пневмоколёсный кран КС-5363 (характеристики крана на рис.).

 

5. Грузоподъемность крана.

Q = Q_э + g_тп + g_к + g_м (т) = 4 + 0,1 + 0,1 + 0,1 = 4,3 т

g_м – масса навесных монтажных приспособлений;

g_к – масса конструкций усиления;

g_тп – масса такелажного приспособления;

Q_э – наибольшая масса поднимаемого элемента, 4 т.

 

6. Минимальная необходимая высота подъема крюка.

H_кр = h_о + h_э + h_з + h_с + h_п = 10 + 0,6 + 1 + 2 + 1,5 = 15,1 м.

где h_о – превышение  опоры монтируемого  элемента  над уровнем стоянки монтажного крана, м;

h_э – высота монтируемого элемента, м;

h_з – запас по высоте, необходимой для заводки элемента над местом установки или переноса через ранее установленные элементы, м;

h_с – высота строповки, м;

h_п – высота полиспаста в стянутом состоянии, м.

 

7. Минимальный вылет стрелы.

Определяем по формуле:

м.

Здесь d =0,5м; e = 0,2 м; b/2 = 1,5/2=0,75.

 

8. Максимальная длина стрелы.

м.

 

Для монтажа конструкций  станционного комплекса и перегонных тоннелей используется козловой кран ККТС-20 .

 

 

Характеристики ККТС - 20:

максимальная грузоподъёмность, т	20
высота подъёма крюка  от уровня головки рельс, м	9
глубина опускания крюка ниже уровня головки рельс, м	16

 

Козловой кран ККТС-20:

Конструкция подкранового пути:

 

 

 

 

Пневмоколёсный кран КС-5363:

 

 

 

Таблица характеристик крана КС-5363:

4. Технология строительства перегонного тоннеля.

1. Общие сведения о способах строительства.

Линии метрополитена  располагают чаще всего ниже земной поверхности. Различают два вида подземного заложения тоннелей – мелкое и глубокое. Глубина заложения тоннелей метрополитена назначается исходя из существующей застройки и планировки города, ширины городских проездов, расположения подземных коммуникаций, а также топографических, геологических и гидрогеологических условий строительства.

При сооружении линий  метрополитенов мелкого заложения, главным образом для городских магистралей, применяют открытый способ работ, имеющий несколько разновидностей. Открытым способом на линиях мелкого заложения сооружают перегонные тоннели (однопутные или двухпутные), станции, раструбы камеры съездов, тупики и все притоннельные и пристанционные сооружения (вентиляционные камеры и канаты, перекачки, совмещённые тягово-понизительные подстанции и др.).

При сооружении тоннелей открытым способом могут быть применены три способа работ – котлованный, траншейный и щитовой.

Котлованным принято  называть такой способ работ, при  котором возводимое сооружение опирается на дно предварительно разработанного котлована, после чего котлован засыпают.

Траншейный способ применяют в тех случаях, когда линия мелкого заложения проходит под сравнительно узкой улицей или вблизи от зданий и когда время перерыва движения городского должно быть максимально сокращено. Этот способ заключается в том, что в первую очередь сооружают стены тоннеля в узких траншеях, а затем вскрывают поверхность на всю ширину и на небольшую глубину и быстро сооружают перекрытие, опирающееся на готовые стены. Остальное ядро выбирают позже под защитой перекрытия.

Щитовой способ предназначается  для сооружения перегонных тоннелей мелко заложенных линий с цельносекционной обделкой при помощи комплекса оборудования, состоящего из проходческого щита прямоугольного сечения, технологической платформы, механизмов для выемки грунта и козлового крана.

2. Котлованный способ.

Котлованным принято  называть способ работ, при котором  конструкцию подземного сооружения возводят в предварительно вскрытом на полную глубину котловане. После монтажа конструкции подземного сооружения и устройства гидроизоляции осуществляют обратную засыпку котлована и восстанавливают дорожное покрытие или благоустраивают поверхность земли.

Форма и размеры котлованов в плане и их глубина зависят  от формы и габаритов подземного сооружения, особенностей городской застройки и инженерно-геологических условий.

В зависимости от вышеназванных  условий стены котлованов могут  быть с естественными откосами, вертикальными стенами и комбинированными.

Котлованы с естественными откосами применяют в устойчивых грунтах  при наличии достаточно свободной городской территории (на незастроенном или малозастроенном участке города или на очень широких улицах). Широкий котлован выгодно отрывать с откосами, чтобы избежать большого расхода материалов на крепление стен. Крутизна склонов котлована определяется его глубиной и физико-механическими свойствами грунтов.

Котлованы с вертикальными  стенами применяют при невозможности устройства котлованов с естественными откосами. Чаще всего такую конструкцию котлованов используют при строительстве подземных сооружений вблизи зданий в условиях плотной городской застройки.

Если позволяет планировка территории, то стены котлованов могут  быть комбинированными. Комбинированные  стены применяют для частичной  разгрузки откосов и в том случае, если грунты по глубине котлована неоднородны. Такие конструкции позволяют уменьшить материалоемкость крепи котлованов.