Основные физико-механические характеристики горной породы. Проектирование трассы горного тоннеля в профиле, конструкций обделки, порталов и дополнительных обустройств. Определение нагрузок и других параметров обделки и грунта. Статический расчет обделки.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

1. Исходные данные к проекту

Тоннель железнодорожный двухпутный.

Заданием предусматривается проектирование трассы горного тоннеля в профиле, конструкций обделки, порталов и дополнительных обустройств с технико-экономическим обоснованием принятых решений.

Геологический разрез по трассе тоннеля: Вариант 7..

Характеристики грунтов:

1). Песчаные сланцы слабо трещиноватые.

Коэффициент крепости: f = 12.

Объемная масса: 2,8 т/м3.

Кажущийся угол внутреннего трения: ц = 82,5°.

Коэффициент удельного отпора: k0 = 2000.

2). песчаник глинистый,плотный.

Коэффициент крепости: f = 5.

Объемная масса: 2,5 т/м3.

Кажущийся угол внутреннего трения: ц = 70°.

Коэффициент удельного отпора: k0 = 800.

3). Супесь с примесью гравия,гальки.

Коэффициент крепости: f = 0,7.

Объемная масса: 1,6 т/м3.

Кажущийся угол внутреннего трения: ц = 40°.

Коэффициент удельного отпора: k0 =60..

Руководящий уклон: imax = 11 ‰.

Дополнительные условия:

- Тепловозная тяга.

2. Трасса тоннеля

2.1.Продольный профиль и план тоннеля

Так как длина тоннеля превышает 300 метров, проектируем тоннель двускатным.

Для уменьшения длины тоннеля, подходы к нему на открытом участке выполняются с руководящим уклоном imax = 14 ‰.

Из-за менее благоприятных условий эксплуатации тоннеля, чем открытых участков, на расстоянии примерно 400 метров до тоннеля производим смягчение руководящего уклона.

где: im - максимальный уклон в тоннеле.

- руководящий уклон для открытого участка трассы.

iэкв - уклон эквивалентный сопротивлению на кривой. Определяется в зависимости от радиуса кривой. В курсовом проекте принимаем iэкв = 1 ‰.

m - коэффициент смягчения руководящего уклона. Зависит от длины тоннеля.

При длине тоннеля в пределах 1 - 3 км принимаем m = 0,85.

Со стороны северного портала ‰.

Принимаем уклон im = 11 ‰.

Со стороны южного портала.

‰.

Принимаем уклон im = 11 ‰.

Так как отметки порталов находятся примерно на одном уровне, то проектируем тоннель с уклоном минимальной величины im = 3 ‰ (по условиям водоотвода).

Для железнодорожных тоннелей рекомендуется алгебраическая разность смежных уклонов, равная 10 ‰, что выполняется.

В итоге получаем следующий профиль тоннеля (с севера на юг):

1) Подъем с отметки 110,7 м. уклоном 11 ‰ на протяжении 550 метров до отметки 117,2 м.

2) Подъем с отметки 117,2 м. уклоном 3 ‰ на протяжении 750 метров до отметки 119.6

3) Спуск с отметки 119.6 клоном 3 ‰ на протяжении 400 метров до отметки 118.4м

4) Спуск с отметки 118.4м . уклоном 11 ‰на протяжении 1050 до отметки 104.2м

Глубина предпортальной выемки назначается по данным строительной практики и составляет 10 - 15 м. в грунтах с коэффициентом крепости 0,5 - 3 и 15 - 25 м. в более прочных грунтах.

Глубина предпортальной выемки со стороны северного портала составляет 13.6 м. (f = 0.7), со стороны южного портала - 20,8 м (f = 2). Для сооружения тоннеля горным способом требуется, чтобы высота грунта над тоннелем у портала была не менее 2 - 3 м. Это условие выполняется.

2.2 Определение длины тоннеля

Тоннель проходит через три вида грунтов с различными характеристиками, на каждом из таких участков проектируется своя обделка. Обделка участка с менее крепким грунтом на несколько метров должна заходить на участок с более крепким грунтом.

Итого получаем 3 участка с длиной:

1) От ПК 27+600 до ПК 27+900: l1 = 300 м.

2) От ПК 27+900 до ПК 28+750: l2 = 850 м.

3) От ПК 28+750 до ПК 29+50: l3 = 300 м.

Таким образом, длина тоннеля: м.

3. Вентиляция тоннеля

3.1 Определение объема воздуха для проветривания

Так как длина тоннеля превышает 300 м. и тяга в тоннеле тепловозная, необходима искусственная вентиляция.

Расчет вентиляции ведем по выделению окиси углерода.

Главная задача проветривания тоннеля состоит в разбавлении окиси углерода СО в транспортной зоне тоннеля до ПДК за определенное время (t = 15 мин. = 900 с.).

Допустимая скорость движения воздуха в тоннеле м/с.

Время нахождения локомотива в тоннеле:

где: li - длина участков тоннеля, м.

vi - скорость движения на каждом участке, м/с.

vп = 20 км/ч = 5,6 м/с (на подъем).

vс = 90 км/ч = 25 м/с (на спуск).

.

а) При движении с севера на юг:

км/ч = 10,8 м/с (подъем).

км/ч = 21,1 м/с (подъем).

v3 = v4 = 25 м/с (спуск).

с.

б) При движении с юга на север:

км/ч = 10,8 м/с (подъем).

км/ч = 21,1 м/с (подъем).

v3 = v4 = 25 м/с (спуск).

с.

К моменту выхода локомотива из тоннеля концентрация СО составит:

г/м3.

ск = ПДК.

При времени нахождения локомотива в тоннеле менее 5 мин ск = 150 мг/м3 = 0,15 г/м3.

М - количество окиси углерода, выделенное в тоннеле.

Кi - количество сжигаемого топлива в тоннеле.

Ki = 0,2 кг/с при движении на подъем.

Ki = 0,01 кг/с при движении на спуск.

qco - количество окиси углерода, выделяемое при сжигании 1 кг топлива. принимаем qco = 0,5.

кг. = 3680 г.

кг. = 4800 г.

U - объем транспортной зоны тоннеля, м3.

U = Fт * Lт

Fт - площадь транспортной зоны тоннеля, м2.

Fт = 65,7 м2.

Lт - длина тоннеля, м.

Lт = 1450 м.

U = 65,7 * 1450 = 95265 м3.

г/м3.

г/м3.

Необходимый объем воздуха для разбавления окиси углерода в воздухе:

t = 15 мин. = 900 с.

м3/с.

Скорость движения воздуха в тоннеле:

м/с м/с.

3.2 Выбор системы вентиляции

Так как скорость движения воздуха в тоннеле менее 6 м/с, применяем продольную вентиляцию тоннеля.

Применение продольной вентиляции с шахтами нецелесообразно из-за больших капиталовложений. Поэтому применяем систему продольной вентиляции с портальной установкой и закрытием выхода из тоннеля.

горный тоннель обделка портал



Вентиляция тоннеля осуществляется следующим образом:

При входе поезда в тоннель закрывается занавес у противоположного портала и воздух нагнетается навстречу поезду. При этом воздух в тоннеле приводится в движение и вредные газы удаляются через входной портал. Эффективность проветривания усиливается, если за поездом, вошедшим в тоннель, опускается занавес и вентиляционная установка входного портала начинает работать на вытяжку.

4. Проектирование тоннельных конструкций

4.1 Проектирование и обоснование конструктивных решений тоннельных обделок

Внутреннее очертание обделок тоннелей описываем вокруг габарита приближения строений «С» с учетом размещения за пределами габарита устройств сигнализации, централизации и блокировки, светильников и кабелей.

Между внутренним контуром обделки и угловыми точками габарита оставляем зазор, учитывающий неточность изготовления обделки и возможность ее деформирования под нагрузкой. Величина зазора зависит от прочности грунта.

При f ? 3 Д = 5 - 10 см.

При f < 3 Д = 10 - 15 см.

Внутреннее очертание обделки зависит от геологических условий. Практика определила ориентировочные границы этих условий, в которых могут применяться обделки того или иного очертания.

Внутренний контур обделки должен располагаться...