Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Иркутский государственный университет путей сообщения

Кафедра: «Мосты и транспортные тоннели»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Проектирование тоннеля, сооружаемого горным способом

Выполнил:

ст. гр. МТ-06-1

Труфанов Н.С.

Проверил:

Зайнагабдинов Д.А.

Иркутск 2009

Содержание

Введение.

1. Трасса тоннеля

1.1 План трассы тоннеля

1.2 Продольный профиль трассы

1.3 Иженерно-геологическое изыскания тоннеля

2. Тоннельные конструкции

2.1 Тоннельные габариты

2.2 Материалы конструкций

2.3 Конструкция обделок

2.4 Порталы

2.5 Камеры и ниши

2.6 Дренажные устройства

2.7 Расчет тоннельных обделок

3. Постоянные устройства

3.1 Водоотводные устройства

3.2 Верхнее строение пути

3.3 Вентиляция тоннелей

3.4 Энергоснабжение

3.5 Освещение

3.6 Пожарная безопасность

4. Технология сооружения тоннеля

4.1 Обоснование принятого способа сооружения

4.2 Расчет параметров буровзрывных работ

4.3 Предварительный выбор машин и оборудования

4.4 Расчет производительности машин

4.4.1 Производительность бурового оборудования

4.4.2 Производительность погрузочных машин

4.4.3 Производительность бетоноукладочного оборудования

4.5 Выбор временной крепи

5. Расчет параметров анкерной крепи

5.1 Полная длинна анкера

5.2 Предельное расстояние между анкерами (шаг)

5.3 Расчетная нагрузка на анкер

6.Возведение монолитной тоннельной обделки

7. Построение циклограммы

8. Проектирование вентиляции в период строительства

9. Охрана окружающей среды

Список используемой литературы

Введение

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. Трасса тоннеля

1.1 Общие сведения

В курсовом проекте запроектирован двухпутный железнодорожный тоннель, сооружаемый горным способом. При проектировании тоннеля был учтен габарит приближения тоннеля по ГОСТу 9238-83.

1.2 План и продольный профиль трассы

План и продольный профиль в тоннеле проектируют по нормам, установленным для открытых участков трассы с учетом особенностей, связанных с расположением линии в подземной выработке.

Продольный профиль тоннеля проектируется с учетом возможности улучшения естественной тяги воздуха, для этого необходима разность отметок двух порталов.

В данном курсовом проекте тоннель находиться на прямом участке пути, тоннель проектируем двухскатным. Такие тоннели обеспечивают естественную вентиляцию лишь при наличии вентиляционных шахт или вентиляционных зданий, но они, в свою очередь, более удобны в эксплуатации и не требуют устройства искусственного водоотлива при проходке .

Высотные отметки: начало тоннеля - 160,00 м, конец тоннеля - 162,84 м.

1.3 Инженерно-геологическое изыскание тоннеля

Данный горный массив имеет неоднородную структуру. По данным геологических изысканий установлено, что основаниями для сооружения тоннеля являются: песчаник плотный, крепкий(коэффициент крепости f кр= 10, удельный вес грунта составляет 25 кН/м, угол внутреннего трения = 35), трепел плотный (коэффициент крепости f кр= 2,5, удельный вес грунта составляет 17 кН/м, угол внутреннего трения = 32).

2. Тоннельные конструкции

2.1 Тоннельные габариты

Внутреннее очертание обделок двухпутного железнодорожного тоннеля должно описываться вокруг габарита «С» (рис.1) с учетом размещения за пределами габарита устройств сигнализации, централизации и блокировки светильников и кабелей.

Рис.1 Габарит С, приближения строений ГОСТ 9238-83

Внутреннее очертание обделки зависит также от геологических условий. Практика проектирования определила ориентировочные границы геологических условий, в которых могут применяться обделки того или иного очертания, и выработала некоторые правила построения их контуров.

Основными из этих правил являются требования плавного изменения оси обделки и её подъемистая подковообразная форма при преобладание вертикальных нагрузок. При отсутствии бокового горного давления стены подковообразной обделки могут проектироваться вертикальными, а свод очерчивается по круговой кривой.

2.2 Материалы конструкций

Материалы тоннельных конструкций должны быть экономичными, долговечными, прочными, огнестойкими, устойчивыми против химического и механического воздействия.

Выбор материалов обделок производится на основе экономических и статических расчетов с учетом возможности использования местных строительных материалов. А также возможности снижения трудовых затрат за счет механизации процесса сооружения обделки.

Основным материалом для сооружения обделок горных тоннелей являются монолитный бетон, железобетон и набрызгбетон. Выбор того или иного из них производиться в зависимости от геологических, географических, сейсмических и других условий, характеризующих особенности расположения тоннеля, с учетом способов производства тоннельных работ.

Наибольшее распространение в качестве материала для тоннельных обделок получил монолитный бетон. Недостатки такого бетона: малая химическая стойкость против воздействия агрессивных подземных вод и водопроницаемость.

В тоннельных конструкциях применяют бетоны с классами по прочности В20…В40 и содержанием цемента не менее 240 кг/м.

Значение класса бетона по прочности на сжатие следует применять не ниже:

В15 - для бетонных монолитных, набрызгбетонных обделок и порталов,

В25 - для железобетонных, монолитных обделок.

Для обделки тоннеля, сооружаемого горным способом, в качестве материала обычно применяют монолитный бетон В20.

В данном курсовом проекте для обделок первого и второго типа допустимо применить конструкцию из монолитного бетона, В30 назначенного в соответствии с требованиями норм проектирования.

Характеристики бетона В30

Показатели	Обозначения и числовые значения
1. Класс по прочности на сжатие	В30
2. Соответствующая марка по прочности на сжатие	М300
3. Начальный модуль упругость при сжатии и растяжении	Еб = 32,5 * 106 кН/м2
4. Удельный вес бетона	б = кН/м3
5. Марка по морозостойкости	F200
6. Марка по водонепроницаемости	W4

2.3 Конструкция обделок

Тоннельная обделка - конструкция, предназначенная для ограждения горной выработки от деформаций, обрушений, проникновения подземных вод на протяжении всего срока службы сооружения. Обделку проектируют исходя из инженерно-геологических, гидрогеологических, сейсмических, климатических условий, а также способов производства работ.

Существует три основных конструктивных формы тоннельных обделок:

Подковообразные - сооружаемые горным способом;

Кругового очертания - сооружаемые щитовым способом ;

Обделки сложной конструкции

Железнодорожные тоннели, сооружаемые горным способом, имеют в поперечном сечении, как правило, подковообразное очертание. Размеры внутреннего очертания обделки назначают из условия размещения в тоннеле подвижного состава, обслуживающего персонала, коммуникаций, вентиляции и эксплуатационных устройств исходя из габарита приближения строений (Габарит «С»).

Обделку проектируем подковообразную, без обратного свода, так как грунт, в котором он расположен, имеет крепость =10.

2.4 Порталы

Портал сооружается для сопряжения конструкции тоннеля с подходной выемкой. Обеспечивает устойчивость лобового и боковых откосов, а также отвод от тоннеля воды, стекающей с лобового откоса.

Портал целесообразно располагать в таком месте, где стоимость сооружения выемки(одного погонного метра )равна стоимости тоннеля. Следует учитывать, что в слабых грунтах глубина выемки назначается в приделах 12-13 м , а для обеспечения устойчивости над сводом оставляется слой грунта 2-3м.

Так как направление оси в начале тоннеля совпадает с направлением горизонтальной проекции линии наибольшего ската лобового откоса , плоскость портальной стены перпендикулярна оси тоннеля . Такой портал называется прямым .

Кроме торцевой стены, в состав портала входят водоотводная канава и первое кольцо обделки. Торцевая стена связывается с первым кольцом обделки в помощью арматуры и опирается на боковые откосы выемки, в которые заделывается на необходимую глубину. Откосы и дно канав защищают от размыва водой бетонным покрытием.

2.5 Камеры и ниши

Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и ремонтных рабочих во время прохождения поезда в железнодорожном тоннеле устраивают ниши шириной 2 м, глубиной 1 м и высотой 2 м. Ниши располагают через 60 м с каждой стороны тоннеля в шахматном порядке.

Для размещения ремонтного оборудования, а также укрытия путевой дрезины через 300 м по каждой стороне тоннеля устраивают камеры шириной 4 м, глубиной 2,5 м и высотой 2,8 м. Рекомендуется для обеспечения хорошей видимости контуры камер и ниш выделять выделяющимся покрытием.

2.6 Дренажные устройства

Для обеспечения нормальной эксплуатации и долговечности тоннеля необходима защита его внутреннего пространства от подземных вод. Существует два принципиально разных способа решения этой задачи: герметизация обделка тоннеля с восстановлением режима подземных вод

(подземные воды не поступают, достигается применением двойной обделки с гидроизоляцией) или мероприятия по дренажу.

Применение дренажных устройств заключается в том, чтобы уловить подземные воды, вывести из-за обделки в водоотводное устройство тоннеля. Существуют следующие типы дренажных устройств:

1. Водоотводная трубка (для отвода сосредоточенных течей)

2. Дренажная прорезь (для осушения тоннеля на очень коротких участках) 3.углубленная дренажная прорезь (идея- вывести прорези за глубины промерзания тоннеля в суровом климате)

4. Дренажные камеры с каптажными скважинами

5. Дренажные штольни (применяют для осушения протяженных участков тоннеля порядка сотен метров) Выбор дренажного устройства производится в зависимости от характера обводненности.

2.7 Расчет тоннельных обделок

Расчет тоннельной обделки выполнен с использованием ПВК Plaxis 3D. Программа при расчете использует метод конечных элементов. Цель расчета - подтвердить принятые геометрические размеры для выбранного материала обделки, работающей в заданных условиях.

Порядок расчета:

1. Создание геометрической, статической, физической и конечно-элементной модели тоннеля;

2. Расчет модели для разных условий сооружения и эксплуатации - модуль Calculation;

3. Анализ напряженно-деформированного состояния и расчет выбранной обделки.

Создание геометрической модели.

Для некруглого тоннеля лучше воспользоваться конструктором тоннеля, который создает очертания тоннельной обделки при ввод определенных данных (радиуса кривой, угла поворота, длины прямой вставки и касательной в первой окружности обделки). Такая задача контура обделки очень точная и не требует большого труда.



Создание статической модели

Для создания статической модели задаем перемещение и нагрузки. Нагрузки - гравитационная от собственного веса горного массива (горное давление) и обделки, гидростатическое давление. Собственный вес считается в модели автоматически с использованием характеристик плотностей материалов. На стадии создания модели достаточно приложить нагрузки по внешним ее границам. Числовые значения нагрузок могут быть заданы на стадии расчетов.

Числовое значение нагрузки определяем по формуле:

где Н - толщина грунта над тоннелем,

Граничные условия. Модель не должна иметь во всех направлениях свободные перемещения. Для этого ограничиваются перемещения по направлениям X Y с боковых сторон и со стороны нижней грани. Верхняя грань - свободная.

Создание физической модели.

Для создания физической модели существует базы данных материалов. В проектной базе можно создать новый материал, отредактировать, удалить, скопировать, перенести мышью из открытой архивной базы. При выборе нового материала или корректировки свойств существующего открывается окно характеристик материалов Linear elastic, которое имеет три дополнительных окна. В окне General указывается наименование материала (Identification), его физико-математическая модель работы (Material model), способность грунта к дренажу (Material type), числовые параметры. Физико-математическая модель грунта в программе Plaxis 3D рассматривает 5 вариантов: упругая модель (linear elastic model), отвечающая закону Гука (нужны модуль упругой деформации Е и коэффициент Пуассона - н), модель Кулона - Мора (Mohr-Coulomb model), модель трещиноватой породы (Jointed Rock model), упругопластическая модель с упрочнением грунта (Hardening Soil model), модель слабого грунта с учетом ползучести (Soft Soil creep model). Для курсового проекта достаточно выбрать первую или вторую модель.

Способность к дренажу характеризует наличие порового давления. Грунт может быть дренированным, недренированным и совершенно непористым. Последний тип относится к материалу обделки.

Характеристики грунта включают объемный вес в насыщенном гsat и ненасыщенном г unsat состоянии в кН/м3. Коэффициенты проницаемости (фильтрации) kx ky kz в м/день имеют значения при расчетах проседания грунта и фильтрации грунтовых вод. Дополнительно коэффициент пористости. Также задаются модуль упругости E в кН/м2, коэффициент Пуассона н. Для других моделей нужна дополнительная информация о грунтах, например, для модели Кулона-Мора нужны сцепление и угол внутреннего трения.

После набора всех материалов (грунтов, конструкций) из открытого окна материалов мышью переносится проектный материал на определенную часть грунта или конструкции и окрашивается соответствующим цветом. В модели необходимо присвоить свойства материалов всех частям, позднее, в расчете отдельные части могут быть отключены.



Задание начальных условий.

ПВК Plaxis 3D предполагает два режима: режим гидравлических условий и режим начальной геометрической конфигурации с построением начального поля эффективных напряжений.

Режим гидравлических условий. Если грунт недренированный, создается избыточное поровое давление воды. Можно задать уровень грунтовых вод, напор, особенности взаимодействия проницаемых и непроницаемых пластов. По заданию отсутствуют данные по грунтовым водам.

Генерация начальных напряжений выполняется с помощью кнопки Generate water pressures или в подменю Generate командой water pressures.

Во втором режиме деактивируются нерасчетные кластеры (например, область внутри тоннеля).

Начальные напряжения в грунте определяются как вертикальные и горизонтальные с учетом коэффициента бокового давления К0 .

Задается пропорциональная доля прикладываемой силы тяжести, по умолчанию ? Mweight = 1. Для всех кластеров указывается тип модели материала, коэффициент переуплотнения OCR , предварительное давление покрывающих пластов - POP. Коэффициент бокового давления может быть задан как по направлению Х, так и по направлению Z.

Задав начальные условия, получаем получаем напряженно деформированное состояние горного массива

На основание этого программа делает расчет напяжения и силы в самой обделке

Эпюра моментов Эпюра продольных сил

На основание этих эпюр делается расчет эксцентрисетета и проверяем условие

Условие выполняется, следовательно в сечении растягивающие напряжения не вознивае, и проверку следует производить по формуле внецентренного сжатия:



-коэффициент попеременного замораживания и оттаивания ( =1)

- коэффициент отсутствия рабочей арматуры ( = 0,9)

- коэффициент отклонения расчетной модели от реальных условий монолитных обделок ( = 0,9)

- понижение прочности бетона в обделках без наружной гидроизоляции на обводненных участках

- расчетное сопротивление бетона осевому сжатию для предельных состояний первой группы (=15,5 *103 Кн/м2)

- расчетная ширина проверяемого сечения (=1 м)

-толщина обделки

Обделка проходит проверку по несущей способности.

3.Постоянные устройства

3.1 Водоотводные устройства

тоннель трасса камера водоотводной

Для обеспечения нормальной эксплуатации и долговечности тоннеля необходима защита его внутреннего пространства от подземных вод. Существует два принципиально разных способа решения этой задачи: герметизация обделка тоннеля с восстановлением режима подземных вод или мероприятия по дренажу.

Применение дренажных устройств заключается в том, чтобы уловить подземные воды, вывести из-за обделки в водоотводное устройство тоннеля. Существуют следующие типы дренажных устройств:

1. Водоотводная трубка (для отвода сосредоточенных течей),

2. Дренажная прорезь (для осушения тоннеля на очень коротких участках) 3.углубленная дренажная прорезь,

4. Дренажные камеры с каптажными скважинами,

5.Дренажные штольни (применяют для осушения протяженных участков тоннеля порядка сотен метров)

Выбор дренажного устройства производится в зависимости от характера обводненности.

В соответствии со СНиП 32-04-97 в железнодорожных тоннелях обязательным условием является устройство водоотводных лотков.

Для очистки лотков по оси тоннеля через 20-30 м устраивают смотровые колодцы. Через 10-20 м водоприемные колодцы, из которых по поперечным чугунным трубкам вода поступает в коллектор (перфорированная труба по оси тоннеля диаметром 6 м)

Водоотводные лотки сооружаются вдоль всего тоннеля параллельно его оси обычно с тем же продольным уклоном, что и путь в тоннеле. Минимальный уклон лотков допускается для железнодорожных тоннелей 3. В суровых климатических условиях эксплуатации необходима тепловая защита лотков, для предотвращения промерзания.

3.2 Верхнее строение пути

Железнодорожный путь в тоннеле и на подходах к нему на расстоянии не менее 200 м укладывается на щебеночном балласте при толщине балласта под шпалой не менее 25 м.

Недопускается укладка в тоннелях рельсов легче типа Р50. В тоннелях длиной более 3000 м необходимо укладывать бесстыковой путь плетями длиной до 800 м. В соответствии со стандартом принят рельс Р65.

Путь проектируется, как правило, на железобетонных шпалах. Для уменьшения жесткости пути на железобетонных шпалах между подошвой рельса и подкладкой помещают амортизирующую резиновую прокладку. Число шпал на 1 км пути в тоннеле увеличивается в сравнении с прилегающими открытыми участками пути. Если на 1 км открытого участка уложено 1640 шпал, то в тоннеле их количество увеличивается до 1840.

Разрешается устройство пути в тоннеле на бетонном основании с применением скреплений раздельного типа и прокладок амортизаторов. Этот тип пути устраняет трудоемкие работы по подбивке и замене балласта, но имеет более высокий модуль упругости (особенно на железобетонных шпалах). При деревянных шпалах, уложенных на бетонное основание, осложняется замена вышедших из строя шпал.

3.3 Вентиляция тоннелей

Для обеспечения нормальных условий труда обслуживающего персонала, поездных и ремонтных бригад необходима постоянная подача свежего воздуха, уменьшающая влажность в тоннеле, снижающая конденсацию вредных примесей до допустимых пределов и поддерживающая температуру воздуха на уровне определяемом санитарно-техническими требованиями .

В данном варианте принимаем портальную вентиляционную систему типа Саккардо, вентиляционное здание устанавливаем в южной части тоннеля (на южном портале).

3.4 Энергоснабжение

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

Так как в выработках существует опасность поражения электрическим током напряжение в сети принимают равным 42 В, за исключением укладчиков, металлических подмостей и буровых рам, а также переносных рам , где напряжение принимают равным 12 В. Для перехода от напряжения наружной сети к напряжению, принятому в выработке, вне приделов рабочей зоны устраивают линейные трансформаторы с низковольтным распределительным щитом. Трансформаторные подстанции тоннелей должны получать электрическую энергию по кабельным или воздушным линиям напряжением 6,10 или 27,5 кВ от энергетических систем или электростанций. Трансформаторная подстанция или распределительный пункт при допустимой перегрузке должны обеспечивать полную рабочую мощность всех одновременно работающих потребителей. Электрооборудование на подземных подстанциях не должно быть маслонаполненным. Силовые и осветительные кабели следует прокладывать с одной стороны тоннеля, а кабели слабого тока по другой.

3.5 Освещение

Тоннели и сервисные штольни должны иметь искусственное стационарное освещение. Горизонтальная освещенность в железнодорожных тоннелях на уровне головки рельса и в сервисных штольнях на уровне чистого пола должна быть не менее 1 лк. Для подключения светильников местного освещения при производстве ремонтных и других работ необходимо иметь штепсельные розетки, располагаемые в штольнях на расстоянии 60 м одна от другой, а также у ниш и камер по одной стороне тоннеля в однопутных и по обеим сторонам в двухпутных. Питание переносных светильников местного освещения следует предусматривать от трансформаторов напряжения 220/12 В .

По обеим сторонам выработки через 4-8 м на высоте 2-6 м подвешивают лампы мощностью 40-150 Вт в призабойной части выработки число и мощность ламп увеличивают из расчета 15 Вт на 1 м3.

В забое также применяются переносные лампы (ручные и головные), работают от сети с напряжением 12 Вт.

На случай перерыва в подаче электроэнергии на рабочих местах должны находиться аккумуляторные лампы.

3.6 Пожарная безопасность

Железнодорожные тоннели длиной 100 м и более на прямых и независимо от длинны на кривых участках пути, а также все тоннели с глубокими выемками на подходах должны иметь тоннельную сигнализацию:

- автоматическую оповестительную (звуковую и световую);

- заградительную (световую).

Для огней заградительной и осветительной сигнализаций железнодорожных тоннелей следует иметь дополнительное резервное питание (от аккумуляторного источника - для работы в течении 2 часов).

Пожарные посты должны размещаться у обеих порталов, а в тоннеле через 60 м в нишах, камерах, а в штольнях - при наличии в них силовых или осветительных кабелей - через 40 м. Минимальный запас и расход огнетушащих средств определяется исходя из расчетного времени тушения одного пожара в течении 3 часов. Сухой противопожарный трубопровод в зависимости от протяженности тоннеля разделяется на участки с учетом необходимого напора у пожарного крана. Места установки пожарных кранов, кнопок сигнализации, кнопок пуска систем пожаротушения, пути эвакуаций должны быть обозначенны световыми указателями с дублированием электропитания от системы аварийного освещения. При пожаре необходимо, в первую очередь, удалить из тоннеля горящий состав, затем тушить источник пожара за пределами тоннеля. При невозможности удаления - пожар локализовать и тушить в месте его возникновения, используя необходимые мероприятия по пожаротушению.

4. Технология сооружения тоннеля

4.1 Обоснование принятого способа сооружения

Способы сооружения тоннеля следует выбирать исходя из инженерно - геологических условий, длинны тоннелей, размеров их поперечного сечения, конструкции обделки. Основными способами сооружения тоннелей горным способом является способ сплошного забоя и уступный способ.

При выборе способа следует стремиться к раскрытию выработки на все сечение или на элементы возможно большего сечения, разрабатываемые и закрепляемые поочередно. Это улучшает условия применения крупногабаритной проходческой техники, обеспечивающей проходку тоннельных выработок с высокими скоростями.

Однако наличие в скальных массивах ослаблений в виде трещин, зон дробления и других нарушений ограничивает возможности раскрытия больших сечений, так как при этом не обеспечивается устойчивость выработок.

Исходя из инженерно-геологических условий, длины тоннеля, размеров поперечного сечения, конструкции обделки принимаем способ сплошного забоя.

способ сплошного забоя применяется в тоннелях высотой до 10 м с монолитной обделкой, в устойчивых скальных грунтах с коэффициентом крепости не менее 4, раскрытие выработки производят за один прием без использования забойной крепи. В случае трещиноватых выветрелых грунтов используют временную крепь, которую устанавливают после уборки взорванного грунта с буровой рамы, подтянутой к забою.

При проходке в скальных монолитных грунтах с коэффициентом крепости не менее 12 временное крепление выработки не производится. Проходка осуществляется сплошным забоем без опережающей выработки (рис.6). При недостаточной изученности геологических условий рекомендуется бурить на глубину 20 - 50 м опережающую скважину диаметром 75-100 мм.

В скальных грунтах средней крепости, требующих закрепления кровли до уборки породы, кровлю временно поддерживают подхватами, подвешенными к раннее установленным стальным аркам, или закрепляют анкерной крепью, устанавливаемой с выдвижных платформ буровой рамы.

Рис.1 Способ сплошного забоя

1-буровой агрегат (Фурукава) 2- погрузочная машина (ПНБ) 3 - вагон (ВПК-10) 4-анкер 5 - вентиляционная труба

4.2 Расчет параметров буровзрывных работ

Паспорт буровзрывных работ является основным техническим документом, по которому выполняются все буровзрывные работы при проходке подземных выработок. Паспорт БВР определяет основные параметры взрыва и должен содержать следующие данные:

-горно-геологическую характеристику условий проходки (наименование, группу грунтов по нормам, коэффициент крепости по Протодьяконову, залегание, трещиноватость, степень обводнения и другие характеристики грунтов;

-площадь, размеры поперечного сечения выработки;

-величину заходки (продвижение забоя за цикл);

-конструкции зарядов (врубовых, отбойных, контурных);

-глубину, диаметр и количество врубовых шпуров с привязкой к сечению;

-типы применяемых ВВ и СИ;

-количество расположения всех шпуров с привязкой к сечению;

расход бурения на заходку, на 1 м выработки, на 1м3 горной массы;

-расход ВВ и СИ на заходку, на 1 м выработки, на 1 м3 горной массы;

-количество ступеней замедления, последовательность взрывания;

-величины заряда шпуров, суммарную массу заряда на каждую ступень замедления;

-материал и величину забойки;

-объем взрываемого грунта в плотном теле;

-схему соединения зарядов в электровзрывной сети;

-сведения о мерах безопасности (схему и время проветривания забоя, места укрытия взрывников).

Параметры грунта в проектируемом тоннеле:

Параметры грунтов	Наименование грунта
	кварцит
1. Коэффициент крепости по Протодьяконову	f =10
2. Степень крепости	Крепкий
3. Строительные параметры грунтов: - группа по буримости - класс буримости - время бурения 1м,мин - класс абразивности - пок-ль абразивности	VIII 7 10.2-13.9 IV 18-30мг

При f > 6 и высоте выработки H<10 принимаем метод сплошного забоя. Площадь поперечного сечения выработки тоннеля S=87.9м2. Принимаем глубину заходки 2 м.

Принимаем гладкое - контурное взрывание. Выбираем виды шпуров: центральные врубовые, отбойные, контурные и подошвенные

Врубовые заряды, которые взрываются первыми, предназначаются для образования в забое полости (вруба), облегчающей работу остальных зарядов. Вруб размещают в центральной части забоя, несколько ближе к подошве выработки.

Контурные и подошвенные шпуры размещают равномерно по периметру выработки с наклоном 3-7 от продольной оси тоннеля. Устья контурных шпуров должны быть смещены на 10-20 см от проектного очертания внутрь выработки, а концы их должны находиться на проектном уровне в одной плоскости (перпендикулярно к продольной оси выработки) с концами отбойных шпуров.

Отбойные шпуры располагаются между линиями врубовых, контурных и подошвенных зарядов таким образом, чтобы на каждый шпур приходился примерно одинаковый объем взрываемого грунта.

Длина врубовых шпуров на 20 см больше остальных. Диаметр шпура должен быть на 3-6 мм больше диаметра патрона.

Определяем глубину шпуров

(1)

где lз -глубина заходки;

з - коэффициент использования шпуров при контурном (гладком) взрывании з=0,87 при f > 8

м

Тогда длина врубовых шпуров - 2,5м.

Принимаем 13 центральных врубовых шпуров (щелевой тип вруба), площадь вруба 1,5 м2, число степеней замедления при взрыве - 3.

По табл. 3.4 /2/ с f = 10 выбираем взрывчатое вещество - аммонит №6 ЖВ. По Приложению 14 /2/ - работоспособность 360-380 см3, расстояние передачи детонации между патронами 5-9 см, плотность 1 г/см3 =1000 кГ/м3, патрон диаметром 32 мм, массой 200 г, длиной 240 мм, коэффициент эквивалентности зарядов e =1.

Определяем удельный расход ВВ на 1 м3

(2)

где f - коэффициент крепости;

s - площадь сечения;

e - коэффициент эквивалентности (для аммонита № 6 ЖВ - равен 1),

ш - коэффициент влияния плотности заряжания для патронов ш=1,1,

щ - коэффициент структуры и трещиноватости скальных грунтов (1,5 - для малотрещиноватых грунтов),

м - эмпирический коэффициент влияния площади сечения выработки на удельный расход ( при s=70-90 м2 м=0.75);

Принимаем удельный расход = 1,44 на м2.

При контурном взывании определяется линия наименьшего сопротивления отбойных шпуров по формуле:

(3)

где kз - коэффициент зажима равен 0,7-0,9,

dз - диаметр заряда,

с - плотность ВВ в кГ/м3,

г - объемная масса грунта кГ/м3.



Определяем количество шпуров и массу заряда буровзрывных работ.

Количество контурных шпуров определяется по формуле:

(4)

где Рк - периметр контура выработки Рк =23,42 м;

ак - расстояние между шпурами, ак = 0,4 м;

= 58,55- принимаем 59 шпура.

Количество подошвенных шпуров считается по формуле:

(5)

где Рn - ширина подошвы выработки Рn=10,42 м;

ап - расстояние между подошвенными шпурами ап =(0,7-0.9)W0, ап = 0,8

- принимаем 13 шпуров.

Число отбойных шпуров определяется по формуле:

(6)

где Sотб - площадь сечения для отбойных шпуров,

(7)

m - коэффициент сближения контурных зарядов равен 0,6-1,0;

Sвр - площадь сечения по схеме вруба;

kзап - коэффициент заполнения шпура, kзап=0,5- 0,8

kД - коэффициент уплотнения при заряжении равен 1- для патронированных ВВ.

шпуров

Принимаем 182 отбойных шпуров.

Всего шпуров

Определяем массы зарядов.

Для контурных шпуров масса заряда равна:

(8)

где kk - линейная масса зарядов в контурных шпурах, kк =0,2-0,45 кГ/м

Масса отбойного заряда определяется:

(9)

Масса подошвенного заряда равна массе отбойного

Масса врубового заряда равна:

(10)

Таблица шпуровых зарядив

Наименование и размер шпуров	Масса заряда ,кг Для одного шпура	Количество шпуров в серии, шт.
Отбойные	1,02	182
Контурные	0,69	59
Подошвенные	1,02	13
Врубовые	1,28	13

Суммарная масса заряда равна:

(11)

Суммарная длина шпуров:

(12)

Взрывание зарядов осуществляется средствами инициирования. Для зарядов врубовых шпуров выбираем электродетонаторы мгновенного действия ЭД-8-Ж как в выработках, не опасных по взрыву пыли или газа. Сопротивление R=2-4,2 Ом, безопасный ток J=0,18 А. Для остальных зарядов - электродетонаторы короткозамедленного действия ЭДКЗ - П, количество серий замедления 1-5, интервал замедлений 50 мс. Сопротивление R=2-4,2 Ом, безопасный ток J=0,18 А.

Электровзрывная сеть состоит из магистрали, распределительной сети и электродетонаторов, соединенных между собой и источником тока. Назначаем последовательную схему соединения зарядов.

Время замедления между группами зарядов определяется в мс:

(13)

где W - линия наименьшего сопротивления в сторону обнаженной поверхности, образованной взрывом предыдущей группой зарядов ВВ, м;

Кгр- коэффициент равен 4-для крепких грунтов ( кристаллические сланцы, песчаники и др.).

мс

Для крепких грунтов рекомендуемые интервалы замедления между группами зарядов 20-50мс, принимаем замедление равное 25 мс.. Для выработок, не опасных по взрывам и газу выбираем конденсаторную взрывную машинку КПМ-3 напряжение 1600 В, максимальное сопротивление 600 Ом, число одновременно взрываемых зарядов - до 200.

В качестве магистральных выбираем провода марок ВМП, ВП, ВМЖВ с сечением провода не менее 0,75 мм2. Сопротивление одного километра жилы проводов ВП-0,8 при 200С составляет 37 Ом соответственно. Для взрывания используется двухпроводная электровзрывная сеть. Минимальная длина магистрали по условиям безопасности - 150 м. Кабель до забоя не доводят на 25 м. В качестве соединительных принимаем провод ВП с медной жилой сечением 0,196 мм2, сопротивление 97 ом/км.

Определяем сопротивление взрывной сети и силу тока, для последовательной сети:

(14)

где RС - общее сопротивление;

RМ - сопротивление материала;

N - число ЭД (шт);

RЭД - сопротивление 1 ЭД;

r - сопротивление соединительного провода между детонаторами

(15)

где I - сила тока 1 ЭД,

E - напряжение источника тока

Полученная величина силы тока должна быть больше гарантированного тока Ir. Для постоянного тока Ir.=1А при N<100, 1,3А при N>100. В нашем случае условие выполняется.

4.3 Предварительный выбор машин и оборудования

УБШ-662

ходовая часть: пневмоколесная;

зона бурения: ширина - 13м, высота - 12м;

количество бурильных машин для шпуров - 6шт;

наибольшая глубина бурения - 4м;

транспортные габариты, м

ширина -3,5, длина - 13,56, высота - 4,2;

масса - 50т;

Расход воздуха - 36 м3/мин.

ПНБ-3Д - погрузочная машина непрерывного действия

минимальные размеры выработки, м

ширина - 3,7 , высота - 2,5;

производительность - 240 м3/час;

ходовая часть - гусеничная;

высота разгрузки - 2600мм

габариты, мм

длина - 9600, ширина - 2700, высота - 1900,

масса - 25,84 т.

МоАЗ-6401-9585 - самосвальный автопоезд

емкость кузова - 11 м3;

грузоподъемность - 20 т

габаритные размеры, мм:

длина - 8300, высота - 2700, ширина - 2900;

максимальная скорость - 40 км/ч

масса - 18т.

Индивидуальная опалубка:

габаритные размеры, мм:

длина - 11500, высота - 7650, ширина - 9800;

число секций - 9 шт;

длина заходки бетонирования - 1,2,3,9м;

минимальный радиус кривой -600м;

масса - 108,1т.

С-317-растворонасос:

габаритные размеры, мм:

длина - 1200, высота - 1000, ширина - 560;

производительность - 6м3/ч

масса - 0,4т.

СБ-92-1А - автобетоносмеситель:

базовый автомобиль - КамАЗ - 5511;

габаритные размеры, мм:

длина - 7500, высота - 3450, ширина - 2500;

объем приготовляемой смеси - 5 м3;

высота разгрузки - 3450

4.4 Расчет производительности машин

4.4.1 Производительность бурового оборудования

Эксплуатационная производительность буровой установки меньше технической производительности, так как существует время потерь и время вспомогательных операций.

Общее время, мин, затрачиваемое в проходческом цикле на бурение шпуров в забое:

(16)

где - количество шпуров в забое,

- длина комплекта шпуров, м;

- количество бурильных машин;

- техническая скорость бурения шпуров, определяется по опытным данным; для грунтов с коэффициентом крепости 15 может определяться по формуле н1=0,1(20-f);

- коэффициент учитывающий диаметр шпура , задаваемый в мм;

- коэффициент затрат времени на замену бурового инструмента;

- коэффициент затрат времени на забуривание и перемещение на новые шпуры;

- коэффициент одновременности работы бурильных машин, при , при ;

- коэффициент надежности работы бурильных машин,

- коэффициент затрат времени на вспомогательные операции.

Эксплуатационная производительность бурильной установки, м/мин.

(17)

4.4.2 Производительность погрузочных машин

Производительность погрузки погрузочной машины зависит от ее конструктивных характеристик и условия применения и в первую очередь от четкости организации работ. Производительность погрузочных машин выражают в м3/час, при этом имеют в виду объем грунта в массиве, т.е., ненарушенном состоянии. Производительность Р погрузочной машины непрерывного действия (типа ПНБ-4) с погрузкой в самосвалы эксплуатационная производительность определяется по формуле:

(18)

где = 0,8…0,85 - коэффициент использования машин во времени;

=1,8…2,2 - коэффициент разрыхления скального грунта;

- техническая производительность машины, м/мин.

t2 - время в мин, затрачиваемое на замену груженой вагонетки (самосвала) порожней (0,6-1 мин);

V2 - емкость кузова вагонетки (самосвала) в м3;

з2 - коэффициент наполнения ковша 0.9-0.95.

м/мин

Время оборота автосамосвала

,

где - время погрузки, мин =1,14*11*0,9=11,29 мин; - время движения самосвала, мин, здесь - расстояние от породопогрузочной машины до места разгрузки, м; - скорость движения груженого автотранспортного средства =250 м/мин; - скорость движения порожного автотранспортного средства =250 м/мин; =2*585/(250+250)=2,34, мин; =3 мин; = 8 мин - время на маневры в течении рейса.

Tобор=11,29+2,34+3+8=24,63 мин

Необходимое количество самосвалов:

, Nc=24,63/11,29=2,18

Учитывая непредвиденные обстоятельства, принимаем =3.

4.4.3 Производительность бетоноукладочного оборудования

Длина заходки бетонирования, м:

(19)

где - число секций опалубки =3;

- длина секции =1 м

Время перестановки опалубки на новую заходку (отрыв от бетона, очистка и смазка, передвижка), ч:

(20)

где - коэффициент, учитывающий размеры опалубки, для однопутного железнодорожного тоннеля =1;

- коэффициент учитывающий тип опалубки, =1 - для переставной.

Время укладки бетона за опалубку в пределах заходки бетонирования, ч:

(21)

где - расход бетона на 1 м тоннеля в м (=8,12 м);

- количество бетоноукладчиков =4;

- количество подаваемого к каждому укладчику бетона, м/ч (= 6 м/ч),

Время выдерживания бетона в опалубке принимается 24 ч.

Время цикла бетонирования, ч:

(23)

Для переставной опалубки с целью устранения потерь времени на технологический перерыв можно применить дополнительное количество секций

(24)

Темпы производства бетонных работ, м/мес.

(25)

где - число рабочих часов в сутки =20 (4 часа профилактический ремонт);

- число рабочих дней в месяце =30.

4.5 Выбор временной крепи

Тип временной крепи определяет характер грунтов. В проектируемом тоннеле целесообразно выбрать анкерную крепь, которая держит стальную сетку. Она ограничивает развитие остаточных деформаций грунтов, поддерживая кровлю выработки снизу и элементы крепи работают, в основном, на сжатие. Выбираем распорный анкер, т.к они надежные и могут использоваться много раз, а также у них нет высоких требований к бурению шпуров.

5. Расчет параметров анкерной крепи

5.1 Полная длина анкера

l общ = lp + lз + l к (26)

где lk= 70 мм -отрезок анкера, выступающий внутрь выработки

lз - длинна замка анкера, для железобетонных анкеров равна 0,25м

lp - расчетная длина анкера:

lp = 3 * В *kt

4 * (27)

где В - пролет выработки,

- коэффициент крепости грунта,

kt = 1 коэффициент учета трещиноватости

массива.

lp = 3 * 10,42 *1= 0,78 м

4 *10

Тогда:

l общ = 0,78 + 0,25 + 0,07= 1,1 м

5.2 Предельное расстояние между анкерами (шаг)

а = (N/1.5*lp*) (28)

где а - предельное расстояние между анкерами

N - расчетная несущая способность заделки анкера ( 7-10 т)

= 2,5 т/м3 плотность грунта (песчаник плотный, крепкий)

а = (8 / 1.5*0,78*2,5) = 1,65 м

Из условия исключения возможности вывалов грунта между анкерами расстояние между ними должно быть не более lp.,

1,65 > 0,78

Следовательно принимаем минимальное расстояние между анкерами равное lp = 0,78 м.

5.3 Расчетная нагрузка на анкер.

Р = n* * lp* a2 (29)

где n = 1,5 - коэффициент перегрузки

Р1 = 1,5* 2,5*0,78*1,652 = 7,96т

6.Возведение монолитной тоннельной обделки

Применяем в проектируемом тоннеле обделку из монолитного бетона. Выбор данной обделки обусловлен прочностью и надежностью. Толщина обделки 30 см. Возведение данной обделки выполняется параллельно с раскрытием выработки из условия сокращения до минимума периода пребывания выработки на временной крепи. Главное требование - доставка бетонной смеси с минимальным расслоением бетонной смеси и завершение укладки до начала схватывания цемента. Бетонную смесь приготовляют вне тоннеля или в его готовой части на расстоянии, обеспечивающем возможность своевременной доставки и укладки на место. Бетонные работы производят при температуре воздуха не ниже 100С и температуре бетонной смеси не ниже +50С.

Для возведения обделки в пункте 4.5 выбраны следующие машины и механизмы: индивидуальная опалубка и растворонасос С-317.

Данная опалубка обеспечивает удобное снятие, и передвижение вслед за забоем, и не препятствует перемещению по выработке грунта и материалов. Тележка, поддерживающая опалубку, передвигается по путям, охватывающим снаружи откаточные пути выработки, а в конструкцию опалубки входят шарнирные и другие устройства, позволяющие легко отделять опалубку от затвердевающего бетона.

При бетонировании стен обделки бетонная смесь подается за опалубку по четырем бетоноводам, расположенным на высоте не более 2 м от низа заопалубочного пространства или поверхности ранее уложенного бетона. Бетонирование прекращается при появлении бетонной смеси на расстоянии около 0.5 м от торцового щита опалубки. Остающееся пространство заполняют смесью во время бетонирования замковой части следующей секции опалубки, обеспечивая, таким образом, связь между кольцами обделки.

7. Построение циклограммы

Циклограммы составляются на длину заходки. Объемы работ определяются при выборе машин.

8. Проектирование вентиляции в период строительства

Тоннельные выработки вентилируют на протяжении большей части проходческого цикла по приточной, а после взрывания - по вытяжной схеме. Поэтому, а также в соответствии с планом ликвидации аварий, система вентиляции должна обеспечивать реверсирование воздушной струи. Отставание вентиляционных труб от забоя в выработках большого сечения не должно превышать длину свободной струи .

Стальные трубы принимают чаще всего диаметром 600 мм с толщиной стенок 2-2,5 мм при длине звена не менее 3м.

Температура воздуха в выработках зимой должна быть в пределах от +14С до +26С.

Объем проветривания определяют исходя из наибольшего количества людей, одновременно находящихся в подземной выработке, включая бригаду проходчиков; минимальной скорости движения воздуха; объема ядовитых газов образующихся при взрывных работах; объема вредных газов, выделяемых двигателями внутреннего сгорания.

Объемы проветривания определяем по формулам:

1. По количеству людей

(30)

где q - норма подачи воздуха на 1 человека, q=6 м/мин;

z - расчетное количество людей по циклограмме.

2. По минимальной скорости движения воздуха

(31)

где S - площадь поперечного сечения выработки, м;

vmin - минимальная скорость движения воздуха в горизонтальных выработках, при S > 25 м vmin= 0.1 м/с;

3. Газы от взрывания

(32)

где lст - длина свободной струи, м,

(33)

щ - площадь сечения вентиляционной трубы 1,13 м2;

t - время проветривания после взрывания, с t=1800 с;

б - коэффициент, равный 26 или 48 для выработок сечением 12-40 м2 и 41-95 м2;

lk - длина комплекта шпуров, м;

г - удельный вес взрываемого грунта -г = 25кН/м3;

4. Газы внутреннего сгорания

(34)

где - коэффициент конденсации выхлопных газов, при L<2 км k1=1,7;

k2 - коэффициент поглощения выхлопных газов k2=1;

Ck =1,6*10 - объемная предельно допускаемая концентрация окиси углерода;

m- число автомашин, находящихся в забое;

qг = qп =8,6*10-2 - расчетное выделение выхлопных газов груженного и порожнего автотранспорта, м/с;

Сог =1.4*10-3 и Cоп=1.2*10-3 - начальные конденсации окиси углерода в выхлопных газах груженных и порожних автомашин с нейтрализаторами;

L - длина выработки м;

- время погрузки одной автомашины в сек;

v - скорость движения автомашины из выработки v=4 м/с.

В качестве расчетного объема проветривания принимаем величину:

(35)

где - коэффициент учитывающий систему вентиляции =1,2;

- максимальное значение равное 156 м3/мин.

Необходимая производительность вентилятора:

(36)

где p=1+0,5L - коэффициент потерь;

L - длина вентиляционной трубы в км.

Перемещение воздуха обеспечивается за счет создаваемого вентилятором напора Н, который равен сумме статического напора hст -расходуемого на преодоление трения по длине трубы (этим напором можно пренебрегаем в расчетах), напора на преодоление местных сопротивлений hмс и динамического напора hд, нужного для выхода воздуха из трубы. Напоры измеряют в паскалях (1 Па=0.102 мм.вод.ст):

H=hст +hмс +hд (37)

Местные сопротивления обычно учитывают увеличением фактической длины трубопровода.

Динамический напор

hд =с

(38)

где с - плотность воздуха, принимаемая равной 0.122 кг/м3, v=Q/щ - скорость м/с выхода воздуха из трубы сечением щ.

Не один из вентиляторов для проветривания по техническим характеристикам не подходит. Устанавливаем 2 вентиляционных трубы с центробежным вентилятором ВЦПД - 8 производительностью 480-2700 м3/мин и напором воздуха 250-960 Па.

9. Охрана окружающей среды

Строительство тоннеля и последующая его эксплуатация не должны вызывать загрязнения в недопустимых пределах атмосферы, водоемов, водотоков, подземных вод, истощения источников водопользования, возникновение и развитие эрозионных процессов, картообразования и другие неблагоприятные явления.

Отвод территории под строительство и охрану следует выполнять в соответствии с действующим законодательством.

В процессе строительства необходимо обеспечивать пожарную безопасность прилегающих лесных массивов, заторфованных участков территории, ограничивать и регулировать вредные криогенные процессы.

Мероприятия и технические решения, направленные на охрану окружающей среды и осуществляемые в процессе строительства, необходимо согласовывать в установленном порядке с территориальными органами Министерства охраны окружающей среды и природных ресурсов, а также с территориальными центрами Госкомсанэпиднадзора.

Производственные, хозяйственно-бытовые и поверхностные сточные воды, образующиеся на строительной площадке и в тоннеле, подлежат отчистке, степень которой, определяется в соответствии с санитарными нормами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения. Следует предусматривать раздельное отведение нормативно чистых и загрязненных производственных сточных вод. Система отведения и очистки производственных, поверхностных и хозяйственно-бытовых сточных вод в процессе строительства и эксплуатации тоннеля должна соответствовать требования СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения».

При сооружении железнодорожных тоннелей в жилой или промышленной зоне в необходимых случаях следует предусматривать мероприятия по гашению вибрации, создаваемой движением поездов, с таким расчетом, чтобы уровень вибрации в жилых и общественных зданиях не превышал допустимых значений, установленных санитарными нормами, а в производственных зданиях - не превышал соответствующих требований для конкретного производства.

Необходимо обеспечить защиту от проникновения в них опасных для здоровья людей вредных веществ от производств, находящихся вблизи тоннеля.

Список используемой литературы

1. Методические указания по оформлению курсовых и дипломных проектов по тоннелям и метрополитенам / составитель А.К. Поправко и др., Новосибирск, 1983 г, 43 с.

2. Методические указания: Проектирование тоннелей, сооружаемых горным способом / составитель А.К. Поправко и др., Новосибирск, 1999 г, 26 с.

3. Методические указания: Производство работ при строительстве тоннелей, сооружаемых горным способом / составитель А.К. Поправко и др., Новосибирск, 1999 г, 38 с.

4. СНиП 32-04-97 «Тоннели железнодорожные и автодорожные»., М., 1997 г., 20 с.

5. Тоннели и метрополитены / под редакцией В.Г. Храпова, М., 1989 г, 389 с.

6. Проектирование тоннелей / С.А. Компаниец, А.К. Поправко, А.А. Богоро-децкий, М., 1979 г, 320 с.

7. ЕНиР сборник 36 ч.2

Размещено на Allbest.ru