Материал: Мои

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

-------------------------------------------------------------------------------------------

Кафедра "Тоннели и метрополитены"

Курсовой проект

по дисциплине:

«Тоннельные пересечения на транспортных магистралях»

Выполнил студент _____________________________ И.Д. Алёхин

факультет Транспортное строительство группа IV – ТС – 204

Принял _________________________________ М.Ю.Соколов

Санкт – Петербург

2016

Оглавление

Введение 3

1.Исходные данные к проекту 4

2.Трасса тоннеля 5

2.1. Обоснование продольного профиля 5

2.2.Определение длины тоннеля 6

3.Проектированиетоннельныхконструкций 6

3.1.Выбор и обоснование конструктивных решений обделок 6

3.2.Обоснование конструктивного решения порталов 7

3.3.Дополнительные устройства в тоннеле 8

4.Вентиляция тоннеля 9

5.Выбор и обоснование расчетной схемы 12

6.Оценка несущей способности 13

6.1.Определение нормативных и расчетных нагрузок 13

6.2.Расчет на ЭВМ 14

6.3.Проверка прочности сечений обделки 20

Введение

Тоннель – это протяженное подземное (подводное) искусственное сооружение, предназначенное для пропуска транспорта, людей, жидкостей, воздуха и различных коммуникаций.

Тоннели в течение всего срока 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 отнести к I повышенному уровню ответственности сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям.

Сооружение тоннелей осуществляется по утвержденным проектам организации строительства и производства работ, разработанным в соответствии с требованиями СНиП 3.01.01-85 Проекты предусматривают механизацию основных наиболее трудоемких строительно-монтажных работ и содержат планы ликвидации возможных аварий.

1. Исходные данные к проекту

В данном курсовом проекте разрабатывается проект однопутного железнодорожного тоннеля, сооружаемого горным и щитовым способами. В состав проекта входит проектирование продольного профиля и плана трассы, разработка конструкций обделок для горного и щитового способа в заданных инженерно-геологических условиях и выполнение расчета конструкций. Поведенные в работе расчеты выполнены в соответствии с указаниями СП 122.13330.2012 «Тоннели железнодорожные и автодорожные».

Основные физико-механические свойства грунтов, составляющих горный массив, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Тоннель железнодорожный однопутный;

Руководящий уклон - 14‰;

Тип тяги - смешанный;

Контактная сеть – с несущим тросом.

2. Трасса тоннеля

2.1. 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 i_min=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 0,3 до 1 километров коэффициент смягчения m=0,9.

Максимальный допустимый уклон в тоннеле определяется как:

i_т = m · i_р – i_экв

где i_р- руководящий уклон;

i_экв- уклон, эквивалентный сопротивлению движения на кривой;в курсовомпроекте кривых нет, поэтому он равен 0.

В нашем случае:

i_т = m · i_р – i_экв = 0,9·14-0=12 ‰

Принимаем уклон на подходе к тоннелю i_т=12 ‰;

Уклоны в тоннеле принимаем равными 3, 7, 11,7, 8 ‰;

Алгебраическая разность – 10‰;

Минимальная длина площадки с уклоном 3‰ должна быть 200 м.

2.2.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 H_max=10-15 метров, а в грунтах с коэффициентом крепости f>3 составляет H_max=15-25 метров.

С учётом всех этих требований западный портал тоннеля устраиваем на пикете ПК275+68,00, а восточный портал - на пикете ПК285+26,00. Полная длина тоннеля составляет Lт=958 метров.

Продольный профиль представлен в Приложении 1.

3. Проектированиетоннельныхконструкций

   1. Выбор и обоснование конструктивных решений обделок

Для горного способа

Конструкции тоннельных обделок должны удовлетворять следующим требованиям: эксплуатационным, технологическим, экономическим. Для выполнения этих условий обделки проектируются следующим образом.

В крепких скальных грунтах, оказывающих лишь вертикальное горное давление, стены могут быть сделаны вертикальными с наибольшим приближением к контуру габарита.

В породах, где появляется вертикальное и горизонтальное давление, свод и стены выполняются выпуклыми в сторону действия давления.

В устойчивых крепких грунтах отступление 5-10 мм, в слабых - 10-15 мм. Для всех случаев обделок материал - монолитный бетон В25.

На железных дорогах принят габарит "С": высота Н= 6400 мм, ширина В = 4900 мм.

Для щитового способа

Тоннели в слабых и мягких грунтах, сооружаемые щитовым способом, как правило проектируют кругового очертания, обеспечивающего наиболее целесообразную статическую работу конструкции на всестороннее давление.

R_внутр=R₀+∆,

где R₀- радиус вокруг габарита;

∆-отступление от габарита, равное 5см.

Расстояние между внутренним и внешним очертание обделки вычисляется по формуле

h=(0,045…0,055)*D_внутр,

где D_внутр-диаметр внутренней обделки,7560мм.

В данном курсовом проекте h=400мм.

Конструкция железобетонной обделки состоит из блоков.Число элементов в обделках из железобетонных блоков зависит от диаметра кольца и определяется массой элемента, которая не должна превышать 2,5 т и длиной дуги по наружной стороне не более 2-3м. В данном случае получилось 7 блоков.

Вес блока: Q=2,5*S*1=2,5*0,86*1=2,15т

где

S - площадь блока, м²

1-погонный метр;

2,5-вес бетона,т/м³.

Материал – бетон B35, марка по водонепроницаемости – W10.

Все типы обделок представлены на чертеже Приложение 1.

2. Обоснование конструктивного решения порталов

Переход оттоннеля в предпортальнойвыемкеосуществляется при помощипортала для обеспечения устойчивости лобового и боковых откосов выемки, отвода воды с лобового откоса и архитектурного оформления входа в тоннель.Порталы тоннелей устраивают в зависимости от состояния грунтов на склонах горного массива и подходов ктоннелю врезными или наклонными с торцовой подпорной стеной либо выносными с искусственной засыпкойдля уположения лобового откоса в случае неустойчивых склонов. При расположении торцовой стены под углом к оси тоннеля устраивают ступенчатый портал.Кроме торцовой стены, в состав портала входят водоотводная канава и первое кольцо обделки, в наибольшей степени подвергающееся выветриванию и иногда облицовываемое кладкой из естественного камня. Для устройства портала выполняют срезку и укрепление лобового откоса.

Торцовая стена связывается с первым кольцом обделки с помощью арматуры или отрезков прокатных профилей и опирается на боковые откосы выемки, в которые заделывается на необходимую глубину. В недостаточно устойчивых грунтах торцовая стена может опираться на продольные подпорные стены, поддерживающие откосы предпортальной выемки. Такое решение облегчает статическую работу торцовой стены и одновременно способствует уменьшению объема предпортальной выемки. Подошвы торцовой и боковых портальных стен заглубляют относительно низа кюветов в соответствии с глубиной промерзания в их основании.

Наибольшей опасности повреждения от сейсмических воздействий подвергаются входные участки тоннеля, выполняемые поэтому из железобетона, если расчетная сейсмичность более 7 баллов. К ним относятся торцовая стена портала и тоннельная обделка от входа до глубины заложения шелыги свода, меньшей трех максимальных попереч­ных размеров выработки.Предпортальные подпорные стены следует разделять по длине сквозными вертикальными швами на секции протяже­нием не более 15 м, а в районах сейсмичности 8 и 9 баллов не более 10 м, распо­лагая подошвы каждой секции на однородном по сжимаемости грунте.Откосы и дно канав защищают от размыва и просачивания воды мощением или бетонным покрытием. Дно канавырасполагают не ниже чем на расстоянии 1,5 м от верха тоннельной обделки для обеспечения слоя породы, достаточного для амортизации возможных ударов камней, скатывающихся с лобового откоса. Ввиду возможности падения камней с лобового откоса и для предотвращения попадания их на пути или проезжую часть дороги расстояние от низа лобо­вого откоса до портальной стены принимают не менее 1,5 м, а парапет стены - не менее чем на 1 м выше верха канавы.

3. Дополнительные устройства в тоннеле

Камеры и ниши

В целях безопасности обслуживающего персонала в железнодорожном тоннеле предусматриваются ниши 200x200x100 см, располагающихся в шахматном порядке через 60 м. Для хранения ремонтного оборудования через каждые 300 м по обоим сторонам железнодорожного тоннеля вместо ниш сооружаются камеры 400х280х250.

Верхнее строение пути

Конструкция верхнего строения пути должна обеспечивать возможность механизированного ремонта и содержания пути.

Балластная конструкция верхнего строения пути должна быть выполнена на щебеночном балласте, слой которого под шпалой в подрельсовых зонах должен иметь толщину не менее 0,35 м.

В курсовом проекте используется тип рельса Р65.

Дренажные и водоотводные устройства

В тоннелях отвод воды от промывки тоннелей и пожаротушения, случайных протечек через обделку следует осуществлять по закрытым лоткам или коллекторам дренажных устройств.

Вода к лоткам стекает по поверхности бетонного заполнения, имеющей уклон 0,02.

4. 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.

Расчет воздухообмена по содержанию вредных веществ в воздухе транспортной зоны тоннеля производится по окиси углерода (СО). К моменту выхода локомотива из тоннеля, концентрация вредных газов составит:

(г/м³);

где С_к - предельно допустимая концентрация;

V - объем транспортной зоны тоннеля; М - количество вредного газа, выделяемого в тоннеле.

Объем транспортной зоны тоннеля определяется по формуле:

;

Количество вредного газа, выделяемого в тоннеле, определяется по формуле:

(г);

где - время нахождения транспортного средства в тоннеле (с);

l_i – длина участка тоннеля, м;

V_i – скорость локомотива на данном участке, м;

скорость при движении на спуск V₁=25 м/с;

скорость при движении на подъём V₁=13,9 м/с, V₂=8,75 м/с, V₃=15,28 м/с

k_i - количество сжигаемого топлива; k=0,2 кг/c при движении на подъём,

k=0,01 кг/c при движении на спуск.

q_co - количество окиси углерода, выделяемое при сгорании 1 кг топлива;

в курсовом проекте q_co=0,51 г.

При запроектированном продольном профиле имеем 3 участков движения:

На подъём:

1. i=8; l₁=200 м, k₂=0,2 кг/c=200 г/с

2. i=11,7 ;l₂=358 м, k₁=0,2 кг/c=200 г/с;

3. i=7 ; l₃=200 м, k₁=0,2 кг/c=200 г/с