Статический расчет тоннельной обделки

Прочность сечение будет обеспечена, если выполнено

условие:

          N*e1  ≤ Rb*b( ho - 0,5 x),

где  x = ( N + Rs As) / Rb*b  высота сжатой зоны,

e1 = е + eс ( η – 1 ) эксцентриситет с учетом гибкости элемента.

η = 1 / ( 1 – N / NCR ) коэффициент продольногоизгиба ( в прикидочном расчете η = 1 )

  e1 = 0,277

x = (857*103+ 330*106*27*10-4) /17*106 =0,1

         857*103*0,277≤ 17*106(0,550 – 0,5*0,1)

237389 ≤ 8500000

                                           Схема армирования обделки.

2.4.3.2  Второе сечение. Условная пята свода.

Эксцентриситет приложения продольной силы, м.

ηe0 = 448/1401 = 0,32м.

Проверка выполнения условия:

ηe0 <0,45h               

где h – толщина обделки, м

0,45h = 0,45*0,935=0,420 м.

Условие по эксцентриситетам выполняется, следовательно в условной пяте свода сечении ненужно армировать обделку

ηe0 < (0,5h -1)

0,32<0,53                            

N≤Nпред==970,65кН

2.4.3.3  Третье сечение. Пята свода.

Эксцентриситет приложения продольной силы, м.

ηe0 = 158 /1091 = 0,028м.

Проверка выполнения условия:

ηe0 ≤ 0,45h

0,45h = 0,45*0,770= 0,347 м.

Условие выполняется,  следовательно в сечении не надо армировать обделку

ηe0 < (0,5h -1)

0,028<0,615              

N≤Nпред==1722,1кН

2434 обратный свод

Результаты расчета сведены в табл. 2.6.

Таблица 2.6 – Проверка прочности сечений обделки №1.

2.5 Постоянные сооружения.

В данном разделе в сжатом виде характеризуются основные и функциональные параметры принимаемых постоянных устройств в соответствии с требованиями [3].

2.5.1 Проезжая часть.

Материалы и конструкции дорожной одежды в проектируемом автодорожном тоннеле должны соответствовать требованиям СНиП 2.05.02 для открытых участков автомобильных дорог, установленным для опасных условий движения. Дорожная одежда должна иметь деформационные швы в местах деформационных швов обделки тоннеля и на выходах у порталов. Поперечный уклон проезжей части проектируется равным 20 ‰. Пространство под проезжей частью заполняется дренирующим грунтом.

2.5.2  Водоотведение.

Согласно требованиям /1/ в проектируемом тоннеле отвод воды, в том числе от промывки тоннеля пожаротушения, осуществляется с помощью закрытых лотков с уклоном дна не менее 3‰. Лотки обустраиваются смотровыми колодцами с отстойной частью объемом 0,04 м3, располагаемыми через 40 м. Для исключения распространения горящих нефтепродуктов по тоннелю смотровые колодцы через 280 м снабжаются гидрозатворами (перепуски сифонного типа) с отстойниками объемом 0,2 м3.

2.5.3  Вентиляция тоннеля при его эксплуатации.

Вентиляция тоннеля проектируется в соответствии с нормами [3] и должна обеспечивать безопасную концентрацию вредных веществ, хорошую видимость, температуру и влажность воздуха, уровень шума в тоннеле.

По заданию необходимо запроектировать продольную вентиляцию с вентиляционными шахтами. При продольной вентиляции воздуховодом служит тоннель, вдоль которого перемещается воздух.

2.5.4 Электроснабжение, электрооборудование, автоматика, сигнализация, связь.

Питание электрической энергией силовых, осветительных и технологических потребителей осуществляется на переменном токе промышленной частоты на напряжение 380/220В от собственных трансформаторных подстанций с общими трансформаторами для питания силовых и осветительных нагрузок.

Силовые и осветительные кабели прокладываются по одной стороне тоннеля, а кабели слабого тока по другой.

Для защиты людей от поражения электрической энергией при повреждении изоляции сетей и электроустановок применяется заземление, и устанавливаются реле от  утечек тока.    

Для подключения ремонтных и других механизмов к электрической сети напряжением 380/220 В устанавливаются шкафы через 120 м по длине тоннеля  на высоте 500-700 мм от ВПЧ по обеим сторонам. 

Все электрооборудование должно быть выполнено в соответствии с «Правилами устройства электроустановок».

Сигнализация о работе оборудования в тоннеле и притоннельных сооружениях осуществляется автоматически, а управление им дистанционно.

У порталов для регулирования движения предусматриваются  светофоры, управляемые дистанционно. Предусмотрена также заградительная сигнализация, запрещающая въезд в тоннель на случай аварийной ситуации и параллельное автоматическое включение запрещающих сигналов от датчиков пожарной сигнализации.

Также необходимо устройство телефонной связи. Телефонные аппараты размещаются в камерах и нишах по обеим сторонам тоннеля.

Устраивается громкоговорящее оповещение с динамиками через каждые 120 м.

Также устанавливаются устройства теленаблюдения – мониторы через каждые 300 м. 

2.5.5   Противопожарная защита.

Условия безопасной эвакуации людей при пожаре должны соответствовать ГОСТ 12.1.004.

Пожарные посты в тоннеле располагаются в камерах, нишах и у обоих порталов. Запас пожарных материалов устраивают из расчета времени тушения пожара – 3 часа. Напор в трубопроводах определяется из расчета добегания струи до наиболее удаленного крана не более чем за 5 мин.

3.      Производство работ.

Здесь и далее рассматривается технология работ при сооружении тоннеля на участке тоннеля с вторым типом обделки.

3.1            Выбор и обоснование способа сооружения тоннеля.

При выборе способа сооружения тоннеля необходимо учитывать инженерно-геологические особенности места строительства, длину тоннеля, его размеры и конструкцию обделки согласно требованиям [3].

В данном проекте было принято решение использовать при проходке уступный способ, так как высота выработки 13,32 м, а коэффициент крепости 3,0. Три уступа высотой 4,44 м. Грунт в забое разрабатывается тоннелепроходческими комбайнами.

3.2            Разработка  грунта.

Разработка грунта ведется тоннелепроходческими комбайнами, как наиболее эффективными в скальных грунтах по экономии и скорости проходки.

Теоретическая производительность комбайна, м3/ч – это максимально возможная его производительность в заданных инженерно-геологических условиях:

                                                    ,                                                  (3.1)

где tр – время на разработки забоя, погрузки грунта,   - длина заходки, равная 3,0 м.

Техническую производительность щита определяют как среднюю производительность  щита в течение смены, м / смену:

                                                     Qтех =  kтех Т Q т ,                                                                                (3.2)

где kтех - коэффициент использования комбайна; Т – продолжительность смены, ч., Qт , м/ч, - теоретическая производительность комбайна, определяемая как максимально возможная скорость проходки.

Продолжительность разработки забоя:

                                                  tр = 60 F lзах / Qраз ,                                                                      (3.3)

где F – площадь забоя, м2; Qраз – производительность разработки грунта,  м3 / ч.

Для комбайнов со стреловыми фрезерными исполнительными органами

                                                       Qраз = Fф Uф,                                                        (3.4)

где  Fф – площадь боковой проекции фрезерной коронки Fф = lф dф, где lф = 0,8 м – длина коронки, м; dф = 0,7 м – средний диаметр коронки, м; Uф – скорость перемещения фрезы Uф = 36 nф h, где nф – частота вращения фрезы; можно принять nф = 1,33 с-1 для грунтов крепостью 1 f  3 и nф = 0,67 с-1 для 4 f < 6; h – толщина стружки, принимаемая при f=3,0 равной 2,3см.

3.2.1 Комбайн верхнего уступа

Fф = 0,8*0,7=0,56м2.

Uф = 36*1,33*2,03=97,20м/час.

Qраз = 0,56*97,20=54,43м3/час.

tр = 60 *53,07* 3,00 / 54,43=176мин.

м/час.

Qтех = 0,8*12*1,02=9,79м/смена.

3.2.2 Комбайн среднего уступа

Fф = 0,8*0,7=0,56м2.

Uф = 36*1,33*2,03=97,20м/час.

Qраз = 0,56*97,20=54,43м3/час.

tр = 60 *85,68* 3,00 / 54,43=283мин.

м/час.

Qтех = 0,8*12*0,636=6,11м/смена.

3.2.3 Комбайн нижнего уступа

Fф = 0,8*0,7=0,56м2.

Uф = 36*1,33*2,03=97,20м/час.

Qраз = 0,56*97,20=54,43м3/час.

tр = 60 *92,46* 3,00 / 54,43=306мин.

м/час.

Qтех = 0,8*12*0,588=5,64м/смена.

3.3            Временная крепь.

Для временного крепления выработки в проекте решено применить анкерную крепь с набрызгбетоном. Согласно нормам данный вид  крепи подходит к заданным инженерно-геологическим условиям, т.е. для трещиноватых и необводненных грунтов с коэффициентом крепости f = 3,0 (известняк).

Вид анкера также определяется исходя из геологии места строительства. В проекте применяются цельнометаллические клинощелевые анкеры, имеющие наибольшее распространение, простые и дешевые в изготовлении. Клинощелевой анкер с вставленным в прорезь на 20-30 мм клином вводят в шпур и для создания предварительной расклинки досылают до конца шпура резким движением. Затем анкер забивается, после чего на выступающий конец надевается опорная шайба 100x100x8 мм с сеткой и завинчивается гайка. Анкер забивается отбойным молотком снабженным специальной насадкой. Время забивки   5 -10 с.

Сразу после установки анкер натягивается для предотвращения расслоений и частичного расслоения и частичного восстановления первоначального напряженного состояния грунта. Величина натяжения не менее 40 кН. Для затяжки используется ключ длиной 0,7 м.

Анкера применяются в сочетании с металлической сеткой  из проволоки диаметром 4 мм с ячейками 50x50 мм.     

В курсовом проекте производится расчет анкерной крепи в сводчатой части выработки по расчетной схеме для массивных, сложенных слаботрещиноватыми скальными грунтами, в которых непосредственно прилегающая к выработке неустойчивая часть грунта подвешивается анкерами к более прочной и устойчивой части массива.

1. Рабочая длина анкера Lp.

Lp = 0,75 ( B / f ) кт                                                                                           (2.1)

кт – коэффициент учитывающий трещиноватость грунта, принят равным 1.

Lp = 0,75 * (20,71/3,00) = 5,178м.

Принимаем Lp = 5,20м.

2. Длина замка анкера Lз=0,2

3. Шаг анкеров a.

a = (Na / 1,5 γ Lр )1/2                                                                                                (2.2)

Na – несущая способность анкера, 90 кН. 

γ – плотность грунта, 2,7 т/м3.

a = (90 / 1,5 *27*5,20)1/2 = 2,07 м.

Согласно теории расчета, если шаг анкеров получился больше его рабочей длины, то  принимаем не более  Lp.

Принимаем шаг анкеров равным 2,0 м.

4. Расчетная нагрузка на анкер.

p = 1,5 γ a2 Lp                                                                                                                                                             (2.3)

p = 1,5 * 2,7 * 2,02 * 5,20 =84,24 т.

5. Минимальный диаметр стержня.

da = 2 (p/πRa)1/2                                                                                                                                                               (2.4)

Ra – расчетное сопротивление стали на растяжение, 210 МПа.

d = 2 * (84,24 / 3,14 * 210*103)1/2 = 0,023 м = 23 мм.

Принимаем диаметр анкера 25 мм.

Анкеры устанавливают радиально поверхности свода. Это обеспечивает образование над выработкой грунтового свода, способного воспринять давление вышележащих грунтов и надежно закрепить выработку.

Расстояние между рядами анкеров увязывается с продвижением забоя и принимается равным от Lзах/ 3 до   Lзах/ 2. В проекте оно принято равным 1 м.