Курсовая. Пояснительная записка Лит. Листов 15 гр. 5МТ01 Содержание Введение

• Название: Пояснительная записка Лит. Листов 15 гр. 5МТ01 Содержание Введение
• Дата: 29.04.2019
• Размер: 442.68 Kb.
• Имя файла: Курсовая.docx
• Тип: Пояснительная записка; #75723

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

2

РГР 1015050

1015050-КР

Разраб.

Кутлиева Р.

Г

Провер.

Сафиюлина Л.

Реценз
Н. Контр.
Утверд.
Пояснительная записка
Лит.

Листов

15
гр.5МТ01

Содержание:

Введение………………………………………………………………..…………… 3

1.Выбор типа и материала тоннельной обделки …………………………………. 4

1.1 Чугунная обделка………………………………………………………...… 4

1.2 Железобетонная обделка…………………………………………...…...… 5

2 Сбор нагрузок на обделку……………………………………………………...… 6

2.1 Нагрузка от горного давления…………………………………..……...… 6

2.2 Исходные данные для определения усилий………………………………7

3 Определение усилий с использованием ЭВМ…………………………………...8

4 Проверка прочности сечений……………………………………………………..9

5 Выбор щитового комплекса для сооружения тоннеля в песчаниках с коэффициентом крепости f = 5…………………………………………………… 11

6 Определение основных размеров щита………………………………………... 12

6.1 Определение основных параметров механизированных щитов ……………13

Список использованных источников……………………………………………...15


Введение

В данной расчетно-графической работе необходимо разработать проект метрополитена- перегонного тоннеля из круговой обделки, сооружаемой щитовым способом. Длина тоннеля составляет 2000 м. Габарит тоннеля определяем по ГОСТ 23961-80 [1], радиусом R= 2.45 м.

Согласно исходным данным, продольный разрез состоит из грунтов 3 типов:

- первый слой – песчаник с коэффициентом крепости f=5;

-второй слой – мел с коэффициентом крепости f=2;

-третий слой – известняк с коэффициентом крепости f=8.

Проходку метрополитена производим в первом слое – песчаник.

1.Выбор типа и материала тоннельной обделки

1.1 Чугунная обделка

Тюбинговая обделка состоит из колец, смонтированных из отдельных элементов – тюбингов. Тюбинг представляет собой цилиндрический сегмент с двумя и более круговыми и радиальными ребрами жесткости. Характерным признаком тюбинговой обделки является наличие болтовых соединений, обеспечивающих жесткую связь элементов в кольце, т.е. такую связь, которая гарантирует в стыке равномерную и непрерывную передачу усилий от одного элемента к другому, включая изгибающие моменты.

Чугунная обделка тоннелей представляет собой цилиндрическую трубу, состоящую из последовательно собираемых колец одинакового типа и размера. Каждое кольцо состоит из сегментов коробчатого сечения- тюбингов, сболчиваемых между собой и со смежными кольцами. Разбивку кольца обделки на составные элементы (тюбинги) в основном подчиняют удобству сборки и перемещения. Поэтому в составе кольца предусматривают один верхний тюбинг клиновидной формы (Ключевой К), два тюбинга, смежных с верхним, промежуточной формы (смежные С) и остальные стандартной формы (нормальные Н) с бортами, направленными радиально.

Для изготовления чугунных тюбингов используют серый чугун марки СЧ 21-40, обладающий высокой устойчивостью против коррозии и высокой механической прочностью.

Конструкция обделки перегонного тоннеля из чугунных тюбингов:

Количество тюбингов:

- клиновой тюбинг – 1 шт.;

- смежный тюбинг – 2 шт.;

- нормальный тюбинг – 4 шт.;

- лотковый тюбинг – 1 шт.

Наружный диаметр D_н=5500 мм. Внутренний диаметр D_в=5100 мм. Высота кольцевого борта h_б=200мм.

Тюбинги обделки соединяют друг с другом в кольцо и кольца между собой болтовыми связями. Болты, устанавливаемые по кольцевым бортам, выполняют функцию монтажных соединений.
1.2 Железобетонная обделка

Блочная обделка состоит из колец, смонтированных из железобетонных элементов – блоков. Блоки работают в основном на сжатие, так как при монтаже блоков в кольцо не предусмотрено их жесткое соединение друг с другом.

Основой технологии изготовления железобетонных элементов является матричный способ формования с быстрым снятием формы. Бетонную смесь укладывают в форму с установленным в ней арматурным каркасом, располагаемую на виброплощадке, разравнивают и устанавливают поддон.

Тип поперечного сечения сборных элементов железобетонной обделки – блок сплошного сечения.

Продольные стыки между элементами в кольце сборной железобетонной обделки соединены с помощью шпилек диаметром 20 мм.

Конструкция обделки перегонного тоннеля из железобетонных блоков:

Количество блоков:

- клиновой блок – 1 шт.;

- смежный блок – 2 шт.;

- нормальный блок – 4 шт.;

- лотковый блок – 1 шт.

Наружный диаметр D_н=5500 мм. Внутренний диаметр D_в=5100 мм. Высота кольцевого борта h_б=200мм.
2 Сбор нагрузок на обделку

2.1 Нагрузка от горного давления

Грунт - песчаник, коэффициент крепости f=5.

Значение нормативных равномерно распределенных вертикальной q^н и горизонтальной p^н нагрузок от горного давления для однородной толщи грунта определяют по следующим формулам:

q^н=γ*h_в =25,49*0,793=20,21 кН/м²

р^н=γ*(h_в+0,5*D)tg²(45⁰-φ^H/2)=25,49*(0,793+0,5*5,5)*tg²*(45⁰-65⁰/2)=4,438кН/м²

где h_в-высота свода обрушения над верхней точкой обделки;

γ – объемный вес грунта, γ=2,6 тс/м³=25,49 кН/м³;

D-наружный диаметр обделки D = 5,5 м;

φ_н-нормативный угол внутреннего трения грунта в пределах сечения тоннельной обделки,φ_н=65⁰.

Рисунок 1 - Схема к определению горного давления

Величина пролета L и высота свода обрушения h_в в условиях сводообразования при глубине заложения тоннеля Н₁45 м определяем по формулам:

L=D(1+2tg(45⁰-φ^H/2))=5,5*(1+2*tg(45⁰-65⁰/2))=7.93м

h_в=L/(2f)=7,93/(2*5)=0,793 м

где f – коэффициент крепости грунта.

Расчетное значение горизонтальной и вертикальной нагрузки:

q_p=1.4*q_H=1.4*20,21=28.294 кН/м²

p_p=1.2*р_Н=1,2*4,438=5,3256 кН/м²

Вес железобетонных блоков:

-клиновой блок Pк=0,553 кН;

-смежные блоки Pc= 2*11.55=23,1кН;

-нормальные блоки Pн=4*11,55=46,2кН;

-лотковый блок Рл=11,55кН;

Нагрузка от собственного веса q^H_св учитывают для сборных обделок без связей растяжений в стыках:

q^H_св=G /2D=(0.553+23,1+46,2+11,55)/(2*5.5)=7,4 кН/м²

где G-вес кольца обделки;

D – наружный диаметр обделки.

Расчетная нагрузка от собственного веса:

q^P_св=1,1*7,4=8,14 кН/м²

Полное значение нагрузок на обделку:

Н/м²

р^*_p=p_p=5.3256 кН/м²

2.2 Исходные данные для определения усилий

Исходные данные для определения усилий:

Длина одного блока обделки:





;

Вертикальные нагрузки на узлы:





Горизонтальные нагрузки на узлы:




3 Определение усилий с использованием ЭВМ

Рисунок 2 – Эпюра продольных сил от расчетных значений нагрузок



Рисунок 3 – Эпюра изгибающих моментов от расчетных значений нагрузок


Так максимальный момент примем равным M=75кН*м и максимальное продольное усилие N=89.2875 кН. Момент в наиболее сжатом блоке M=75 кН*м.

4 Проверка прочности сечений

Определив внутренние усилия, проверяем прочность бетонных сечений по несущей способности. Для этого рассчитываем величину нормальной силы N_n, которую может воспринять данное сечение, и сравниваем её с величиной нормальной силы N полученной при расчёте. Так как во всех блоках тоннельной обделки возникают только сжимающие напряжения, то случай внецентренного растяжения не рассматривается. Также рассчитаем обделку на действие максимального изгибающего момента.

Класс бетонной обделки – В30, по ГОСТ 26633-2015[2].

Эксцентриситет в блоке обделки:



Рассматриваем блок, как внецентренно сжатый элемент, так как:

е₀=0.839>0.225*0.2=0.045 м

Предельное продольное усилие, воспринимаемое блоком:

14.987 кН

где h-толщина блока обделки; R_p = 17 МПа – расчётное сопротивление бетона сжатию (В30); b = 1 м – ширина сечения; m = 0.9 – коэффициент условия работы, учитывающий неточность в назначении расчётной схемы обделки.

Условие прочности не выполняется, требуется армирование, так как:

N_п=14.987кН<N=89.2875 кН

Рисунок 4 - Схема расчета железобетонного блока на действие изгибающего момента



Зададим арматуру 16 ⌀ А240 с шагом 100мм (10 штук на 1м длины обделки). Расчетное сопротивление бетона и арматуры соответственно 17 и 350 МПа.

Площадь арматуры:



где: – диаметр арматуры, м².

Рабочая высота сечения:



где: – толщина обделки, м; – толщина защитного слоя, м;

Высота сжатой зоны:



Относительная высота сжатой зоны:



Допустимая относительная высота сжатой зоны:



Условие выполняется.

Несущая способность обделки:



Продольная арматура устанавливается с шагом 100 мм Ø16 мм. Хомуты Ø16 мм устанавливаются с шагом 100 мм. Защитный слой бетона 30 мм с каждой стороны. Армирование симметричное.
5 Выбор щитового комплекса для сооружения тоннеля в песчаниках с коэффициентом крепости f = 5

Проходку перегонных тоннелей в смешанных устойчивых нескальных и скальных грунтах с коэффициентом крепости от 1,5 до 6 (в суглинках, вязких и плотных глинах, трещиноватых известняках, легких песчаниках и аргиллитах) рекомендуется осуществлять механизированным щитом типа ЩМР-1.

Техническая характеристика механизированного щитового комплекса типа КМ-24М со щитом ЩМР-1

Таблица 1

Техническая характеристика	Область применения	Область применения
Производительность-150м/мес Мощность привода, кВт-320 Усилие щитовых домкратов, тс (кН)-1600 (16000) Ход щитового домкрата, м-1200 Рабочий орган-Роторный Режущий инструмент-Стержневые резцы типа РПП и плоские ножи Радиус кривой (мин), м-350 Масса:щита, т-190 комплекса, т-350 Диаметр щита без накладок, мм-5640 Внутренний диаметр хвостовой части щита, мм-5560 Длина щита без козырьков, мм-5390 Величина выдвижения исполнительного органа, мм-500 Домкраты выдвижения: число, шт-2 Щитовые домкраты: число, шт-16 максимальное общее усилие, тс 1600 (16000 кН) ход щитового домкрата, м-1200 Погрузочный конвейер: Тип Ленточный производительность, м3/мин-1,66 Тип крепеукладчика Кольцевой на отдельной платформе Тип исполнительного органа Радиальные лучи Частота вращения, об/мин 0,2 - 5 Крутящий момент, тс · м:130 Усилие подачи, тс:200 Число лучей:6 Тип инструмента: Стержневые лучи Число резцов (шарошек):67 Тип привода: Электродвигатели постоянного тока	Сооружение перегонных тоннелей метрополитена и тоннелей другого назначения. Породы: устойчивые глины, суглинки, мергель, известняки и др. крепостью sсж = 30 - 350 кгс/см2 (МПа 3 - 35). Абразивность не выше 15 мг, приток воды в забое до 10 м3/ч. Обделка тоннеля: сборная железобетонная унифицированная, обжатая в породу, чугунная. Диаметр обделки (наружный): сборной - 5500 мм.	Московский механический завод ГТМ (ММЗ ГТМ)

6 Определение основных размеров щита

Строительный зазор между оболочкой щита и обделкой:

δ=40 мм=0.04м

Диаметр щита:

D_щ=D+e+2*δ=1.008*D+2*δ=1.008*5.5+2*0.04=5.624 м

Длина хвостовой оболочки щита:

L_об=l₁+l₂+l₃=2,2+0,2+0,7=3,1 м

где: l₁– длина перекрытия обделки оболочкой, м:

l₁=2*1=2.2м;

l₂– расстояние между опорной плоскостью колодок втянутых штоков щитовых домкратов и торцевой плоскостью смонтированного кольца обделки, м:

l₂=0.2 м

l₃- длина части щитового домкрата, выступающей из опорного кольца, м:

l₃=0.7м

Длина ножевого кольца: L_н=1 м

Ширина опорного кольца: L_оп=1.2 м

Полная длина щита поверху:

L_щ=L_н+L_оп+L_об=3.1+1+1.2=5.3 м

Коэффициент манёвренности щита:

M=L_щ/D_щ=5.3/5.624=0.94

6.1 Определение основных параметров механизированных щитов

Определение силы:

Fⁿ_k=1000*p_nk*A=1000*1*24,27=24240 кН

Определение мощности:

,

где W_уд-удельный расход электроэнергии на разработку 1 м³ грунта, кВт*ч/м³;

для cтержневых резцов W_уд=0,46+0,5*(f-1)²=0,46+0,5*(5-1)²=8,46;

А-площадь фронтальной проекции исполнительного органа;

v-скорость подачи исполнительного органа на забой,м/ч.

N=кВт

Теоретическая производительность щита (максимально возможная) Q_Т равна скорости проходки и возведения обделки υ_щ (м/ч). Техническую производительность Q_тех определяют как среднюю производительность работы щита в течение смены продолжительностью Т, ч:

м³/ч

Эксплуатационную производительность Q_э рассчитывают для всего проходческого щитового комплекса как месячную скорость проходки с учетом всех технологических операций и организационно-технических простоев, не зависящих от конструкции щита:

Qэ=24*3*Q_тех*к_э=24*3*478.08*0.5=17210.88м³/ч
6 Основные мероприятия по охране труда и технике безопасности

Выполнение работ при сооружении тоннеля следует осуществлять в строгом соответствии с требованиями «Правил безопасности при строительстве подземных сооружений» ПБ 03-428-02 [3].

Основные требования:

1. До начала работ по проходке все представители технического надзора и бригадиры (звеньев) проходческих бригад должны быть ознакомлены (под расписку в журнале инструктажа) с геологическими, гидрологическими, экологическими условиями участка, с расположением действующих и ликвидированных подземных сооружений и коммуникаций, находящихся в зоне работ.

2. Способы проходки, величина отставания постоянной и временной крепи от забоя и технология их сооружения устанавливается ПОС.

3.Запрещается выполнять подземные работы при отсутствии или недостаточном количестве аварийного запаса материалов, инструментов и инвентаря противопожарных и др. средств защиты.

4. Механизмы резания грунта могут включаться только после того, как будет установлено, что в забое отсутствуют люди.

5. Разработка породы при проходке выработок должна производиться во всех случаях, начиная с верхней части забоя.

6. В неустойчивых породах, требующих поддержания массива непосредственно за разработкой породы, проходка выработок должна производиться с применением специальных способов закрепления грунтов или механизированных проходческих комплексов с закрытым забоем.

7.Рабочее место машиниста должно быть соединено светозвуковой сигнализацией со всеми механизмами технологического комплекса.

8. Во время работы режущего механизма доступ людей в забой запрещается.

9. Всё электрооборудование на механизированном щите и технологической платформе должно быть заземлено.

10.Рабочие площадки щита укладчика и лестницы должны иметь металлические ограждения (высотой не менее 1м.) и поручни.

11. Воздух в подземных выработках должен содержать не менее 20 % кислорода (при этом допускается содержание углекислого газа в воздухе не более 0,5 % по объёму) и иметь температуру не более 25 °.
Список использованных источников:

1. ГОСТ 23961-80. Метрополитены. Габариты приближения строений, оборудования и подвижного состава.-Введ.01.01.1980.-М.: Государственный комитета СССР по делам строительства,1980.-18.

2. ГОСТ 26633-2015. Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия.- Введ.01.09.2016-.М.: Стандартинформ, 2015. – 10 с.

3. ПБ 03-428-02. Правил безопасности при строительстве подземных сооружений.-Введ.01.07.02.-М.2002.

4. Тоннели и метрополитены: учебник для вузов. В.Г. Храпов,Е.А. Демешко и др. — М.:Транспорт, 1989.

5.СП 35.13330.2011.Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*. – М.: ОАО «ЦПП», 2011. – 341 с.

6. Метрополитены. Ю.С. Фролов, Д.М. Голицинский, А.П. Ледяев, М.-М.:Желдориздат,2001.-528с.