Аналитический расчет трассы метрополитена

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный университет геодезии и картографии

Кафедра прикладной геодезии

Курсовая работа

"Аналитический расчет трассы метрополитена"

Москва 2016

Введение

В подземном строительстве наибольшее распространение получили тоннели, отличающиеся от других подземных сооружений тем, что их длина значительно превосходит поперечные размеры, что повышает требования к точности их геодезического обеспечения. Строительство тоннелей метрополитена позволяет разгрузить наземный транспорт и обеспечить скоростную переброску населения в пределах города. Необходимо запроектировать трассу тоннеля на заданном участке.

геодезический туннель полигонометрия тахометр

1. Физико-географические условия района работ

Белгород расположен на южной окраине среднерусской возвышенности, на левом и правом берегах реки Северский Донец на расстоянии около 700 километров к югу от Москвы, в 42 км от границы с Украиной. Ближайший город Украины -- Харьков. Пролегает с севера на юг, и с запада на восток, образуя на карте прямоугольник слегка вытянутый по сторонам света.

Климат Климат Белгорода умеренно-континентальный, с жарким сухим летом и изменчивой прохладной зимой. Зима умеренно-морозная, часто бывают оттепели, сопровождающиеся дождями (особенно в декабре), так же довольно часто бывают понижения температуры ниже ?20 °C, которые могут продолжаться до недели и более. Лето тёплое, в отдельные годы -- дождливое или засушливое. Осень мягкая и дождливая. Белгородское водохранилище покрывается льдом в конце ноября -- начале декабря, весенний же ледоход длится с марта по апрель.

· Среднегодовая температура воздуха: + 7,7 °C

· Среднегодовая влажность воздуха: 76 %

· Среднегодовая скорость ветра: 5-7 м/с

· Среднегодовое количество осадков 480--550 мм, в основном летом.

2. Топографо-геодезическая изученность района работ

На территорию современной Москвы, созданы карты и планы различных масштабов. Проектирование линии метрополитена выполняется по топографической основе масштаба 1:5000 с высотой сечения 1м. На территории района работ находятся пункты городской полигонометрии и триангуляции, расположенные в юго-западной и северо-восточной частях карты

3. Общие сведения о туннелях

Туннели являются ответственными инженерными сооружениями и подразделяются на туннели на путях сообщения, гидротехнические туннели, промышленные и горнопромышленные, коммунальные туннели а также специальные.

Туннели мелкого заложения обычно сооружают открытым способом. Ось запроектированной трассы в этом случае переносят в натуру и закрепляют знаками. По контуру будущего туннеля сооружают свайное или шпунтовое ограждение, разрабатывают грунт и производят бетонные и изоляционные работы. Сооружают подготовку из бетона, устраивают защитную кирпичную стену далее возводят стены, лоток и перекрытие. Работы завершают обратной засыпкой котлована.

Туннели глубокого заложения сооружают через порталы, или через вертикальные стволы шахт и специальные камеры. Туннели метрополитена глубокого заложения сооружают обычно посредством вертикальных стволов шахт, которые для удобства при дальнейшем эксплуатации располагают на расстоянии около 40 м от трассы туннеля. После проходки до проектной глубины и закрепления ствола под землей сооружают приствольные выработки и штольни для выхода от ствола на трассу туннеля. Для механической разработки грунта может служить проходческий щит - устройство цилиндрической формы диаметром, равным диаметру туннеля, оборудованное ножами и гидравлическими домкратами, продвигающими щит вперед по оси выработки.

При сооружении туннелей на путях сообщения установлено три вида габаритов: Габарит подвижного состава определяется контуром, внутри которого помещается подвижной состав со всеми выступающими частями с учетом наклона вагонов и поломки рессоры; Габарит приближения оборудования определяется контуром, соединяющим наиболее выступающие точки различного оборудования, устанавливаемого в туннелях; Габарит приближения строения определяется контуром, соединяющим выступающие внутрь точки обделки туннеля. Пространство между габаритом подвижного состава и габаритом приближения оборудования называют габаритным запасом. Габаритный запас, обычно равный 100 мм, устанавливается проектировщиками и служит исходной величиной при расчете требуемой точности производства геодезических работ.

Проектирование туннелей осуществляют двумя способами: геометрическим и аналитическим. Геометрический способ чаще всего применяют при проектировании туннелей мелкого заложения на путях сообщения и гидростатических сооружений при несложных топографических условиях района работ. Ось туннеля трассируют непосредственно в натуре на поверхности земли. Измеренные углы и линии вынесенной на поверхности и закрепленной оси туннеля принимают за основу при его строительстве, поэтому ошибки геодезических измерений оказывают влияние на точность сбойки подземных встречных выработок, что является существенным недостатком.

Аналитический способ применяют на застроенных территориях и в сложных топографических условиях. Он заключается в том, что трассу проектируют на плане города крупного масштаба и графически определяют координаты углов поворота. По этим координатам, решая обратные задачи, вычисляют длины линий и дирекционные углы прямых участков. По разностям дирекционных углов находят углы поворота трассы. Такой метод расчета позволяет получать строго математически согласованные между собой элементы трассы.

4. Принципы проектирования линий метрополитена

Гео подосновой для проектирования линии метрополитена служит топографический план масштаба 1: 5000 на заданный участок города.

Положения из "СП 120.13330.2012. Свод правил. Метрополитены. Актуализированная редакция СНиП 32-02-2003":

5.3.1. При сопряжении прямых участков линии радиусы круговых кривых в плане должны быть не менее, м:

а) на главных и станционных путях - 600;

б) на соединительных путях - 150.

В трудных условиях величины радиусов могут быть уменьшены соответственно до 300 и 100 м.

5.3.2 Минимальную глубину заложения подземных сооружений следует принимать с учетом защиты верха строительных конструкций от промерзания, а также возможности устройства дорожного покрытия.

5.3.5 Прямые и кривые участки главного пути в плане радиусом 2000 м и менее, а также составные круговые кривые разных радиусов следует сопрягать посредством переходных кривых.

5.3.9. Продольный уклон подземных и закрытых наземных участков линий надлежит принимать не менее 3 ‰. В обоснованных случаях допускается располагать отдельные участки линий на горизонтальной площадке. При этом продольный уклон дна водоотводного лотка следует принимать не менее 3 ‰.

Продольный уклон подземных и закрытых наземных участков линий следует принимать не более 40 ‰.

Длину прямой вставки между смежными кривыми следует принимать не менее 50 м.

5.4.1.1. Станции необходимо располагать в плане на прямых участках пути, в профиле на односкатном уклоне, равном 3 ‰. Допускается размещение станции в плане на кривых участках пути радиусом не менее 800 м и на продольном уклоне до 5 ‰ или на горизонтальной площадке. При этом продольный уклон дна водоотводного лотка должен быть не менее 3 ‰.

5. Геодезическое обоснование трассы туннеля

Геодезическое плановое и высотное обоснование трассы туннеля можно условно разделить на две части: геодезическое обоснование на поверхности и в самом туннеле. Геодезическая основа является исходной для всех разбивочных работ и предназначена для обеспечения точного совпадения осей при сбойках туннелей, сооружаемых встречными забоями.

Основным нормативно-техническим документом для геодезистов при сооружении транспортных туннелей является “Инструкция по геодезическим и маркшейдерским работам при строительстве транспортных туннелей. ВСН 160-69”. В инструкции приведены нормы точности производства геодезических и маркшейдерских работ на всех стадиях строительства транспортных туннелей.

5.1 Проектирование геодезических сетей на поверхности

1) Проектирование геодезической разбивочной основы

Для создания ГРО выбран метод полигонометрии, являющийся оптимальным методом в условиях плотной городской застройки. В качестве основным геодезическим обоснованием в строительстве служит основная полигонометрия. Длины сторон находятся в пределах 150-500 м. Относительная невязка основного полигонометрического хода не должна превышать 1:30000.

Основным требованием для создания ГРО является сохранность пунктов как в плановом, так и в высотном положении. Для этого проектируемая сеть не должна попадать в зону просадки линии метрополитена, которая рассчитывается по формуле:

К=2Н,



где К-зона просадки относительно оси метрополитена, м

Н-глубина заложения линии метрополитена, м

Так как средняя глубина заложения Н=40 м, то зона просадки будет шириной 160 м и это было учтено в проектировании.

Запроектированный полигонометрический ход опирается на пункты геодезической основы 126 и 391 с известными дирекционными направлениями Ход представлен в приложении 1.

2) Проектирование подходной полигонометрии.

На строительных площадках стволов шахт для передачи координат в подземные выработки создают подходную полигонометрию в виде замкнутых полигонов или ходов с узловыми точками. Подходная полигонометрия должна опираться на пункты основной полигонометрии. Длина сторон хода не должна быть менее 80 м. Относительная ошибка измерения сторон не должна превышать 1:20000.

5.2 Аналитический расчет точности выполнения угловых и линейных измерений в ГРО и подходной полигонометрии

Установления формы полигонометрического хода

пунты	S (м)	б (°)	з (м)	L (м)	D (м)	D^2 (м2)
пп126			71		834	695556
	201	82
пп1			269		847	717409
	277	19
пп2			362		652	425104
	328	71
пп3			51		440	193600
	160	19
пп4			103		303	91809
	462	14		1442
пп5			216		270	72900
	448	65
пп6			191		398	158404
	163	65
пп7			339		538	289444
	193	18
пп8			398		720	518400
	240	50
пп9			210		786	617796
	321	117
пп391			70		615	378225
?S	2793				?	4158647

Критерий вытянутости хода

1) з_max?1/8*L з_max =398м 1/8*L=180м 398>180 следовательно критерий не выполняется;

2) б_max?24? ; б_max=117?; 117>24; следовательно критерий не выполняется;

3) ; ; 1,94>1,3 следовательно критерий не выполняется ;

Ход является изогнутым

Так как ход является изогнутым , то СКП положения конечного пункта после уравнивания будет вычисляется формулой :

Для основной полигонометрии имеет место следующее соотношения:

СКП положения конечного пункта после уравнивания будет: =2793 м =0,046 м Ошибка измерения стороны ms=2мм на км

Число сторон n=10 Рассчитаем с какой точностью надо выполнять угловые измерения чтобы получить допустимую точность :

Чтобы обеспечить необходимую точность надо измерять углы 2 приемами с рекомендованным прибором:

, ,

где n-число приемов измерения угла.

Подходная полигонометрия

пунты	S (м)	б (°)	з (м)	L (м)	D (м)	D^2 (м2)
пп2			86		462	213444
	150	142
ппп10			6		572	327184
	308	52
ппп11			249		457	208849
	263	38
ппп12			85		196	38416
	218	40		1049
ппп13			56		57	3249
	126	35
ппп14			16		94	8836
	112	30
ппп15			40		194	37636
	137	29
ппп16			107		328	107584
	164	52
ппп17			20		412	169744
	212	30
пп6			86		600	360000
?S	1690				?	529744



Критерий вытянутости хода

1) з_max?1/8*L з_max =249м 1/8*L=131м 249>131 следовательно критерий не выполняется;

2) б_max?24? б_max=142? 142>24 следовательно критерий не выполняется ;

3) ?S/L?1,3 ?S/L=1,6 1,6>1/3 следовательно критерий не выполняется ;

Ход является изогнутым

Для подходной полигонометрии имеет место следующее соотношения:

СКП положения конечного пункта после уравнивания будет:

=1690 м =0,042 м

Ошибка измерения стороны ms=2мм на км

Число сторон n=9

Рассчитаем с какой точностью надо выполнять угловые измерения чтобы получить допустимую точность :

Достаточно измерят углы в ходе одним приемом.

5.3 Выбор прибора для выполнения геодезических работ

Рекомендуется использовать тахеометр Leica TS06 power. Данный прибор с запасом удовлетворяет для выполнения работ с требуемой точностью.



Технические характеристики электронного тахеометра Leica TS06 power

Производитель: Leica Geosystems

· Угловая точность: 5"

· Дальность без отражателя: 400 м

· Порты RS232, USB, Bluetooth

· Рабочая температура: -20°C до + 50°C

Основные преимущества:

· самый узкий лазерный пучок дальномера в классе

· непревзойденная точность линейных измерений: 2 мм + 2 мм/км

· непревзойденная скорость измерения расстояний: 1.0 с

· бесконечные наводящие винты

· двухпозиционная программируемая боковая клавиша измерений Trigger

· полный набор функций полевого ПО FlexField plus

· внутренняя память 100 000 точек / 60 000 измерений

· индустриальная USB-флэш память ёмкостью 1ГБ (в комплекте; -40°С)

· Bluetooth, USB, mini-USB, RS232

· створоуказатель EGL (опция);

· возможность установки дополнительной клавиатуры (опционально)

· возможность расширения функциональности за счёт дополнительной опции для FlexField plus LEICA Mining (TS02/TS06/TS09)

5.6 Проектирование высотной основы для передачи отметок на дно шахты и наблюдений за деформациями

Проходка тоннелей будет выполняться встречными забоями, т.е. отметки будет необходимо через стволы передать в подходную штольню, далее на трассу тоннеля и вести по ним щит до сбойки со встречным забоем. Величина несбойки общая равняется 100 мм, на геодезические работы отводится 100/5мм, что составляет 20 мм.

Необходимо передать отметку в шахту с точностью не хуже 5мм. Поскольку глубина проектируемого тоннеля 40 м, наблюдения можно выполнять двумя нивелирами, делая пометки на 50 м поверенной рулетке. Наблюдения необходимо выполнять двум наблюдателям одновременно, по команде и не менее чем тремя приемами.

,

m- величина несбойки тоннелей, равная 100мм,

m_нх - СКП наземного высотного обоснования,

m_п1(2) - СКП передачи отметки через ствол,

m_в1(2) - СКП высотного хода щита,

m_h - СКП измерения превышения на 1 км двойного хода.



,

где - случайная погрешность,

l-длина хода.

Обычно принимается m_п1= m_п2=5 мм, тогда получим:

Принимая m_в1= m_в2, получим:

Следовательно, отметки необходимо определять геометрическим нивелированием III класса. Высотную сеть рекомендовано совместить с плановой сетью.

6.Аналитический расчет положения трассы на кривой

Расчет ведется от станции №1 по направлению к станции №2, определяется тангенс кривой так чтобы поезд входил на станцию по прямой линии следом определяется радиус кривой, положение начала круговой кривой №1 снимается графически вместе с дирекционным углом линии НКК1-ВУ1, все остальные вычисления производятся аналитически.

Параметры круговой кривой

?	R,м	Т,м	К,м
44	500	202,01	366,3

Пикетаж трассы на кривой

Пикетаж ведется по оси пути. После ставки переходных кривых проектный радиус кривой изменяется на величину р. Величина р вычисляется :

Длина кривой

=82939

a=1,524 -ширина колеи V=30км/час i=0.003 g=9,8

Длина переходной кривой =166

Смещение оси пути =2,29 м

Радиус укладки рельсов R?=R-p=497,71 м

Расстояние между тоннелями D=25,4 м

Смещение тоннеля d=D*tg ц/2=10,3 м, так как неправильный пикет лежит на оси внешнего туннеле то длина неправильного пикета будет

е=100+2*d=120,6 м

внешний	внутренний
ПК 1	100	ПК 1	100
ВУ	ПК3+12,31	ВУ	ПК 3+2,01
Т	202,01	Т	202,01
НКК	ПК1+10,3	НКК	ПК 1
К	366,3	К	366,3
ККК	ПК4+76,60	ККК	пк3+66,3
ПК2	200	ПК 2	200
ПК 3	300	ПК 3	300
ПК 4	ПК 4 +20,6	ПК 4	400
ПК5	500	ПК5	500
НПК1	ПК0+27,3	НПК1	ПК0+17
КПК1	ПК1+93,3	КПК1	ПК1+83
НПК2	ПК5+59,6	НПК1	ПК4+49,3
КПК2	ПК3+93,6	КПК2	ПК2+83,3

Расчет координат проходки щита

Возвышение наружного рельса

=0,027 м

Смещение оси проходки

=0,033 м, где

w - высота центра вагона над оголовками рельсов,

a - колея, равная 1,524 м

Радиус проходки

R??=R-p-q=497,667 м

Координаты НКК :

Х=79665,2м У=65484,5м

б_ЦК-НКК=348?30' б_ЦК-НКК=32?30'

X_Ц=79175,238м X_ККК=79596,933м

У_Ц=65584,184м У_ККК=65852,834м

Ведение щита при проходке перегонного тоннеля.

Координирование щита было выполнено через 5?.

N	X	Y
НКК+5	79669,704	65527,846
НКК+10	79672,733	65571,156
НКК+15	79671,975	65614,566
НКК+20	79667,437	65657,744
НКК+25	79659,153	65700,362
НКК+30	79647,186	65742,096
НКК+35	79631,627	65782,628
НКК+40	79612,595	65821,650
НКК+45	79590,432	65858,995
НПК1	79641,187	65406,021
КПК1	79672,577	65566,166
НПК2	79546,391	65917,495
КПК2	79633,087	65779,236

Заключение

На топографическом плане масштаба 1:5000 было запроектировано три наземных станции метрополитена (вестибюля), а так же тоннели метро соединяющие эти станции путем построения круговой кривой.

Для производства геодезических работ был запроектирован ход полигонометрии 4-го класса вблизи проектируемой линии метро.

Также был произведён аналитический расчёт трассы тоннеля и расчёт координат проходки щита на круговой кривой.

Список используемой литературы

1. СП 120.13330.2012 Метрополитены. Актуализированная редакция СНиП 32-02-2003

2. Прикладная геодезия. Геодезическое обеспечение строительного производства / В.В. Авакян

3. Курс инженерной геодезии / Н.Н. Лебедев

4.Инструкция по топографической съёмке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 (ГНИНП-02-033-82);

Размещено на Allbest.ru

...