Сооружение тоннеля щитовым способом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение.

1. Исходные данные

2. Продольный профиль и план тоннеля

3. Поперечное сечение тоннеля

4. Выбор конструкции обделок

5. Конструирование обделок кругового очертания

5.1 Установление основных параметров обделки

5.2 Путь и проезжая часть в тоннеле

5.3 Определение расчетных нагрузок

6. Производство работ по сооружению тоннеля

7. Выбор схемы щитового комплекса

7.1 Определение геометрических размеров щита

7.2 Расчет усилий передвижки щита

тоннель конструирование обделка

Введение

Тоннелем называют горизонтальное или наклонное подземное искусственное сооружение, имеющее значительную протяженность по сравнению с поперечным сечением и предназначенное для транспортных целей, пропуска воды, прокладки городских коммунальных сетей или размещения производственных предприятий.

Метрополитеном называют городской внеуличный электрифицированный рельсовый транспорт, оборудованный надежными системами безопасности движения и предназначенный для скоростных массовых пассажирских перевозок.

Подземные сооружения метрополитена - это комплекс объектов, создание которых - одна из технически сложных и трудоемких отраслей современного строительства с высоким уровнем стоимости.

В настоящее время роль тоннелей очень велика. Тоннели на путях сообщения служат для преодоления различных препятствий или для развития линии под землей с использованием ограниченного уклона. Применение транспортных тоннелей (железнодорожных, автодорожных, судоходных, пешеходных тоннелей метрополитенов) позволяет преодолевать значительные препятствия (горные массивы, воду), сокращать длину трассы, увеличивать безопасность движения. Применение метрополитенов в городах позволяет снизить интенсивность наземного транспорта.

Сооружение тоннеля дорогостоящее, трудоемкое и продолжительное мероприятие. Для сведения к минимуму сроков строительства и стоимости тоннеля, а также снижения трудоемкости в настоящее время необходимо стремиться к максимальной комплексной механизации проходческих работ. Применение современных технологий и конструкций позволяет не только увеличить скорость проходки, уменьшить стоимость и снизить трудоемкость, но и расширить возможный диапазон применения тоннелей - в слабых и сильно трещиноватых грунтах, в условиях вечной мерзлоты, позволяет сооружать тоннели под водой и в сильно обводненных грунтах.

1. Исходные данные

Назначение тоннеля: тоннель метрополитена перегонный подводный.

Характеристика грунтов:

Наименование	Коэффициент крепости,	Кажущийся угол внутреннего трения,	Объемная масса,
1. Разжиженный лесс	0, 8	9	1, 5
2. Глинистый грунт	1, 5	60	1, 8
3. Отвердевшая глина	4	60	2

Дополнительные условия: план трассы - прямая;

0/00

2. Продольный профиль и план тоннеля

Расположение трассы метрополитена в плане должно удовлетворять требованиям технических условий. Трасса метрополитена, в соответствии с заданием, располагается на прямой, что обеспечивает кратчайшую длину перехода, минимальные объемы разрабатываемой породы и минимум необходимых материалов, а также простоту и надежность всего производственного процесса.

Требование: алгебраическая разность смежных уклонов не должна превышать 8-10% 0, в подводных тоннелях не распространяется, так как трасса вписывается по вертикальной кривой.

Высота свода обрушения назначается из условия

м,

,

,

где - высота свода обрушения,

,

где = 5. 5 м - диаметр тоннеля.

Тоннель нужно заглублять на глубину двойного свода обрушения, равную , так как в моем случае сводообразование возможно:

=

Сопряжение тоннеля с открытой дорогой выполняю с помощью рампы. В ее состав входят две подпорные железобетонные стены, переменной высоты, усиленные распорками заделанными в лотковой плите. Рампы предназначены для предохранения портальных частей тоннеля от затопления. Отметки верха подпорных стен лотка в начальной верхней точке должны быть расположены выше исторического уровня воды не менее чем на 1 метр. У портала устраивают водосборник и водоотливную установку для перехвата дождевых вод. Над входом в тоннель устраиваю навес из железобетонных плит для предотвращения попадания атмосферных осадков.

Длина тоннеля получается 4620 м. Далее определяю черные отметки (отметки поверхности земли), красные отметки (отметки уровня головки рельса), глубину заложения тоннеля в характерных точках рельефа, план и пикетаж трассы тоннеля.

3. Поперечное сечение тоннеля

Внутреннее очертание обделки назначаю с учетом габарита приближения строения и с учетом зазоров между характерными точками габарита и внутреннего очертания обделки. В итоге получаю внутренний диаметр обделки 5100 мм.

4. Выбор конструкции обделок

Конструкцию тоннельных обделок выбираю исходя из инженерно-геологических условий и размеров поперечного сечения тоннеля.

В устойчивых мягких грунтах (f=1, 5) применяют облегченные конструкции обделок из ребристых блоков. При сооружении перегонных тоннелей метрополитенов, залегающих в глинистых грунтах применяются обделки из монолитно - пресованного бетона.

В слабосвязных, неустойчивых обводненных грунтах (f=0, 8), у которых практически отсутствует упругий отпор, обделка, помимо большой несущей способности и водонепроницаемости, должна обладать достаточной жесткостью, так как слишком податливый грунт не способен противостоять чрезмерным деформациям обделки. В этих условиях применяют облегченные чугунные тюбинги с болтовыми связями, т. к. D < 6м.

5. Конструирование обделок кругового очертания

5.1 Установление основных параметров обделки

В решение задачи по установлению основных параметров обделки входит:

- выбор конструкции материала обделки, конструкции продольных стыков и типа связей между элементами;

- определение ширины кольца обделки, количество и расположение элементов в кольце;

- расчет внутреннего радиуса и высоты (толщины) сечения обделки.

Внутренний радиус обделок перегонных тоннелей метрополитена принимается стандартным и равным Rв = 2550 мм для прямолинейных участков пути и кривых радиусом более 200 м.

Высоту сечения обделки h (см) назначают по эмпирическим формулам

а) для сборных железобетонных обделок

k=10 для класса бетона B30 (для железобетонных монолитных обделок)

б) для обделок из чугунных тюбингов

Полученную толщину обделки корректируют с учетом размеров типовых конструкций и окончательно устанавливают на основании статического расчета.

Ширину кольца b принимаю равной 1 м, т. к. D<6м. Кольцо обделки состоит из элементов разных типоразмеров: лоткового и нормального. Ширина лоткового элемента В =2. 4 (для станционных и перегонных тоннелей метрополитена), что позволяет применять автомобильный транспорт при проходке тоннеля.

Для железобетонной обделки

Центральный угол замкового элемента составляет

Центральный угол плоского лотка определяют из условия

Центральный угол остальных элементов

Для чугунной обделки

Центральный угол замкового элемента составляет

Центральный угол плоского лотка определяют из условия

5.2 Путь и проезжая часть в тоннеле

Путь в ж/д тоннеле устраивают на бетонном или железобетонном основании, на котором размещается верхнее строение пути: рельсы, шпалы, балластный слой и т. п. Тип рельсов, скреплений, количество шпал на 1 км устанавливаются соответствующими нормами.

Для балластной конструкции пути в качестве балласта используют камень твердой породы, при этом толщина балластного слоя под шпалой в подрельсовых зонах должна быть не менее 0, 35 м. Допускается применение безбалластной конструкции пути.

Для удаления воды к порталам в тоннелях предусматриваются водоотводные лотки, которые должны иметь продольный уклон, соответствующий уклону тоннеля, но не менее 0. 003. Лотки не должны проходить под рельсовыми путями, их следует располагать по бокамщегося тоннеля. Для отвода воды из балласта поверхности бетонного основания придают поперечный уклон не менее 0. 03 от оси пути к лоткам.

Водоотводные лотки изготавливают из сборных ж/б коробчатых элементов с толщиной стенок и дна 50... 70 мм. Размеры поперечного сечения лотков принимают в зависимости от ожидаемых водопритоков, но обычно не менее 0. 3*0. 3 м в свету. По длине на расстоянии не более 40м друг от друга в лотках устраивают смотровые колодцы с отстойниками ила и грязи. В качестве утеплителя применяют теплоизолирующие материалы с замкнутой структурой пор (например, пенопласт марок ПС, ПУ, ППУ), обладающие малыми теплопроводностью и водопоглощением.

5.3 Определение расчетных нагрузок

В инженерных методах расчета взаимодействия породы и обделки заменяется более простым. Контактные напряжения представляются в виде двух самостоятельных компонентов - активной нагрузки на обделку со стороны массива и реактивного отпора породы прикладываемого на тех участках контактного контура, где обделка стремиться в сторону породы.

Активная нагрузка складывается из вертикального горного давления, собственного веса обделки, внешнего давления воды и т. п. Реактивный отпор определяется в результате расчета модели Винклера, базирующийся на гипотезе местных деформаций.

При сооружении тоннеля в слабых неустойчивых грунтах, не оказывающих отпора (f=0, 8), применяют расчетную схему виде свободно деформирующегося кольца постоянной жесткости, находящегося по воздействием внешних нагрузок и уравновешивающей реакции грунта, равномерно распределенной по его горизонтальной проекции

Рис. Расчетная схема упругого свободно деформирующегося кольца

Постоянная нагрузка от вертикального горного давления.

Равномерно распределенную по пролету обделки нормативную нагрузку от вертикального горного давления определяют в зависимости от возможности или невозможности образования над выработкой свода обрушения.

Когда сводообразование возможно:

,

учитывая расчетный коэффициент n=1. 4

q*1. 4=13, 36 т/м2

где - высота свода обрушения определяется по формуле

где - пролет свода обрушения:

Сводообразование считается возможным, когда в толще пород от верха тоннеля до земной поверхности можно разместить не менее чем две высоты свода обрушения, то есть .

Постоянная нагрузка от горизонтального горного давления.

Равномерно распределенную по высоте обделки нормативную нагрузку от горизонтального (бокового) горного давления Рн, при невозможности сводообразования над тоннелем определяют по формуле:



учитывая расчетный коэффициент n=1. 2

Р*1. 2= 7, 9т/м2

Постоянная нагрузка от собственного веса обделки.

За нормативную нагрузку от собственного веса обделки и внутритоннельных конструкций принимают вес одного квадратного метра обделки. Нагрузку от собственного веса обделки в расчетах не учитываю, так как она мала по сравнению с расчетной нагрузкой от веса толщи пород залегающих над тоннелем.

6. Производство работ по сооружению тоннеля

Щитовой способ сооружения тоннелей - щитовая проходка, основан на применение в забое специального агрегата - проходческого щита. Щит представляет собой подвижную металлическую крепь надежно ограждающую забойную зону от окружающего грунтового массива. Под его защитой выполняются основные операции проходческого цикла:

разработка грунта,

укрепление забоя,

уборка грунта,

возведение обделки.

Достоинства щитового способа:

место возведение обделки более приближено к забою,

контур выработки надежно защищен щитом,

отсутствие временной крепи контура выработки,

меньшее использование труда и материала на возведение временной крепи,

широкий диапазон применения,

высокая безопасность работ, полная механизация работ,

максимально приближенное очертание выработки к обделке.

В данном курсовом проекте сооружение тоннеля осуществляется щитовым способом с применением проходческого щита. Проходческий щит предназначен для защиты призабойной зоны от обрушения на период выполнения всех основных операций производственного процесса от разработки забоя до возведения обделки. Под защитой ножевого кольца за один или несколько приемов разрабатывается забой на одну заходку длиной равной ширине кольца обделки (0. 5м), с одновременной уборкой разрыхленного грунта. После разработки забоя включаются щитовые гидравлические домкраты, расположенные по всей окружности опорного кольца. Отталкиваясь от готовой обделки, щит передвигается вперед в разрабатываемый массив грунта. Затем, включая обратный ход, убираются штоки гидроцилиндров в исходное положение и под защитой оболочки щита возводят обделку из сборных элементов, одновременно разрабатывая забой на следующую заходку. Таким способом обеспечивается поточный метод ведения работ. Организация работ при сооружении тоннеля щитовым способом зависит от типа принятого щита, вида и конструктивных особенностей обделки тоннеля. Комплексная механизация технологического процесса достигается не только за счёт оборудования, расположенного на щите, но и за счет оборудования, расположенного за щитом на технологической платформе. Такой комплекс, основу которого составляет проходческий щит, называют щитовым комплексом.

7. Выбор схемы щитового комплекса

При выборе типа щита и способа проходки следует иметь ввиду следующее: в неустойчивых, слабых, обводненных породах применяют специальные гидромеханические механизированные щиты с жесткими рассекающими перегородками. В перегонных тоннелях метрополитена применяют щиты со средними размерами (d = 3, 5-6м; A = 16-30 м2). В мягких породах (f = 0, 8) применяют механизированный щиты, оснащенные специальным породоразрушающим органом в закрытых забоях. Так как порода обладает большим горным давлением используется тяжелый щит, весом 120-350 т.

Технология проходки тоннелей комплексом с механизированными щитами предусматривает ведение основных производственных процессов:

- разработку грунта с применением ручного механизированного инструмента (пневматические молотки, перфораторы) ;

- крепление забоя вручную с помощью инвентарного деревометаллического крепления и приспособлений в щите;

- погрузку грунта в транспортные средства с помощью автономных породопогрузочных машин в вагонетки и его транспортирование на поверхность или к порталу тоннеля;

- передвижение щита в разработанное в грунте впереди него пространство;

- монтаж с применением укладчиков сборной железобетонной обделки;

- проведение первичного нагнетания в первое кольцо, сошедшее с оболочки щита;

- гидроизоляционные работы - повторное нагнетание, гидроизоляцию болтовых и пробковых отверстий, чеканку швов;

- транспортировку конструкций и материалов.

Условия применения механизированных щитов включает весь диапазон инженерно-геологических условий, встречающихся при строительстве. Установку крепления производят по ячейкам сверху вниз на основании технологической карты и паспорта крепления забоя, утвержденного главным инженером строительного управления. Крепление забоя осуществляют с помощью горизонтально расположенных досок, прижимаемых к забою через брусья забойными гидроцилиндрами с металлическими распорами. Кровлю забоя и бока по мере разработки грунта закрепляют в пределах верхней половины щита по всему периметру или его части различными способами:

- деревянной затяжкой, закладываемой в штрабу в забое и за ножевую часть щита;

- специальными выдвижными домкратами-шандорами, устраиваемыми в верхней и боковой ножевой частях щита.

7.1 Определение геометрических размеров щита

Для детального конструирования щита необходимо произвести расчет, чтобы установить размеры основных элементов щита, определить сопротивление преодолеваемое щитом при продвижении его в выработке.

Определяем диаметр щита:

,

где - величина строительного зазора между внутренней поверхностью оболочки щита и наружным контуром обделки,

- толщина оболочки щита равная 60 мм;

- наружный диаметр обделки равный 5. 1 м.

Полная длина щита складывается из длины ножевого кольца, длины опорного кольца и длины свободной части оболочки:

,

где - длина ножевого кольца по верху зависит от степени устойчивости грунтов в забое. В неустойчивых грунтах равна 1, 3ч1, 9 м. длину ножевого кольца по низу уменьшают на 0, 4ч0, 5 м, получаем м;

- длина опорного кольца, зависит от длины щитового домкрата и назначается м;

- длина свободной части оболочки равна:

,

где - длина перекрытия обделки оболочки м;

- длина свободного промежутка между опорной площадкой плунжера и плоскостью кольцевого борта обделки, равна 0, 2м;

- длина выступающей части домкрата - 0, 7 м.

м.

Длина и диаметр связаны соотношением ,

Где М - числовая величина, характеризующая маневренную способность щита.

7.2 Расчет усилий передвижки щита

Для обеспечения передвижки щита необходимо:

,

где F - расчетное усилие передвижки щита,

R - расчетное предельное сопротивление этому передвижению,

- коэффициент условий работы,

- коэффициент надежности.

, где

- сила трения по наружной поверхности щита,

- сила трения между внутренней поверхностью щита и наружной поверхностью обделки,

- лобовое сопротивление передвижению щита.

= 850 т - вес щита

- коэффициент трения металла по грунту, равный 0, 55.

Силы трения между оболочкой и обделкой отсутствуют, т. к. хвостовая оболочка щита имеет вырез в лотковой части нижние блоки обделки укладываются на породу.

W2 = 0

(при шандорном закреплении забоя).

= 1191+0+207, 11=1398, 11 т/м2.

Определяем суммарное усилие щитовых домкратов:

,

где - коэффициент запаса, равный 2;

т,

т.

Определяем усилие, приходящееся на один домкрат:

т,

где - количество домкратов.

Размещено на Allbest.ru

...