Стратегия развития тоннелестроения в России
 Скачать 2.82 Mb.
|
|
11. Конструкции порталов и их назначение. Переход от тоннеля в предпортальной выемке осуществляется при помощи портала для обеспечения устойчивости лобового и боковых откосов выемки, отвода воды с лобового откоса и архитектурного оформления входа в тоннель. Порталы тоннелей (рис. 3.20) устраивают в зависимости от состояния грунтов на склонах горного массива и подходов к тоннелю врезными (см. рис. 3.20, а) или наклонными (см. рис. 3.20, б) с торцовой подпорной стеной - 1, либо выносными с искусственной засыпкой - 2 для уположения лобового откоса в случае неустойчивых склонов. При расположении торцовой стены под углом к оси тоннеля устраивают ступенчатый портал. Кроме торцовой стены, в состав портала входят водоотводная канава и первое кольцо обделки, в наибольшей степени подвергающееся выветриванию и иногда облицовываемое кладкой из естественного камня. Для устройства портала выполняют срезку и укрепление лобового откоса.   Торцовая стена связывается с первым кольцом обделки с помощью арматуры или отрезков прокатных профилей и опирается на боковые откосы выемки, в которые заделывается на необходимую глубину. В недостаточно устойчивых грунтах торцовая стена может опираться на продольные подпорные стены, поддерживающие откосы предпортальной выемки. Такое решение облегчает статическую работу торцовой стены и одновременно способствует уменьшению объема предпортальиой выемки. Подошвы торцовой и боковых портальных стен заглубляют относительно низа кюветов в соответствии с глубиной промерзания в их основании. Припортальные подпорные стены следует разделять по длине сквозными вертикальными швами на секции протяжением не более 15 м. а в районах сейсмичности 8 и 9 баллов не более 10 м, располагая подошвы каждой секции на однородном по сжимаемости грунте. Откосы и дно канав защищают от размыва и просачивания воды мощением или бетонным покрытием. Дно канавы располагают не ниже чем на расстоянии 1,5 м от верха тоннельной обделки для обеспечения слоя породы, достаточного для амортизации возможных ударов камней, скатывающихся с лобового откоса. Ввиду возможности падения камней с лобового откоса и для предотвращения попадания их на пути или проезжую часть дороги расстояние от низа лобового откоса до портальной стены принимают не менее 1,5 м, а парапет стены — не менее чем на I м выше верха канавы. 12. Двухпутные и однопутные ж.д. тоннели. Габариты и внутреннее очертание обделок ж.д. тоннелей. Сравнение двухпутного тоннеля с двумя однопутными При проектировании перевального тоннеля, имеющего значительную длину, необходимо сравнить два варианта: двухпутный тоннель или два однопутных тоннеля. С  ооружение вместо двухпутного тоннеля двух однопутных меньшего сечения имеет следующие преимущества: - при достаточном расстоянии (15—25 м) между осями параллельных тоннелей горное давление на каждый из них будет определяться по величине пролета отдельной выработки; - при благоприятных условиях возможно естественное проветривание тоннелей за счет поршневого действия подвижного состава; - первоначальные капиталовложения, необходимые для открытия движения по линии, могут быть значительно сокращены. При сооружении первого тоннеля, имеющего большую длину, с раскрытием выработки по частям иногда целесообразно пройти по оси второго тоннеля или между тоннелями вспомогательную штольню малого сечения, соединяемую с опережающей штольней первого тоннеля поперечными сбойками через каждые 100—300 м (для удаления разработанной породы, размещения различных труб, кабелей и подсобных устройств, водоотлива и вентиляции). Габариты Габаритом приближения строений называют перпендикулярный оси тоннеля контур, внутрь которого не должны выступать никакие части сооружений и устройств (с учетом неточностей, допущенных при проходке выработки и возведении обделки). Форма и размеры поперечного сечения тоннеля определяются его назначением. Внутри транспортного тоннеля должно быть свободное пространство, достаточное для пропуска: - транспорта; - прохода людей; - размещения необходимого оборудования и устройств. Габариты приближения строений имеют следующие обозначения: С - для сооружений и устройств, размещаемых вблизи железнодорожных путей общего пользования со скоростями движения до 200 км/ч включ. и внешних подъездных путей общего и необщего пользования от станции примыкания до территорий предприятий. Сп - для сооружений и устройств, размещаемых вблизи железнодорожных путей необщего пользования. С250 - габарит приближения строений на перегонах и железнодорожных станциях при скорости движении от 200 до 250 км/ч включительно. На криволинейных участках пути габарит "С" должен быть увеличен вследствие наклона вагона и выноса его концов и середины в стороны от оси. Наклон вагона обуславливается возвышением h наружного рельса, которое назначают в зависимости от наибольшей скорости движения, допускаемой на кривой данного радиуса. В двухпутных тоннелях необходимо также увеличить междупутье. Вертикальная линия, проведенная через середину отрезка, соединяющего крайние точки уширенного габарита, является осью тоннеля. Размеры, показанные в виде дроби, означают: в числителе – для контактной подвески с несущим тросом, в знаменателе – без несущего троса   Внутреннее очертание тоннельной обделки Внутренние размеры обделок железнодорожных тоннелей должны назначаться с учетом размещения за пределами габарита устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), светильников и кабелей, светофоров. Требуемая для этого величина зазора в стенах выработки не менее 30…35 см. Между внутренним контуром обделки и угловыми (критическими) точками габарита должен быть обеспечен некоторый зазор, гарантирующий от появления негабаритности из-за неточности строительных работ и деформаций конструкции. В слабых породах этот запас достигает 15 см, в крепких скальных – 5…10 см. Наиболее распространенный материал для обделки – бетон, который плохо работает на растяжение. Поэтому для лучшего использования прочности материала и создания более экономичной конструкции следует стремиться к заданию такого очертания конструкции, при котором в ее сечении преобладают сжимающие напряжения. При воздействии вертикального и бокового давления обделки однопутных железнодорожных тоннелей имеет внутреннее очертание в виде подъемистого свода, контур которого очерчивается по трех- или пятицентровой коробовой кривой:   Обделкам двухпутного железнодорожного и автодорожного тоннелей в этих условиях обычно придают форму трехцентровой коробовой кривой:  13. Вентиляция тоннельных пересечений на ж.д. магистралях. Для обеспечения нормальных условий труда необходима постоянная подача свежего наружного воздуха, уменьшающая влажность воздуха, снижающая концентрацию вредных примесей до допустимых пределов и поддерживающая температуру. Система вентиляции тоннеля зависит от длины тоннеля, площади поперечного сечения, величины уклонов и радиусов кривых, вида транспорта и других условий: - естественная (ветровой напор, барометрический напор, поршневой эффект от состава, температурный напор)(до 300 м при тепловозной тяге и до 1000 м при электрической тяге); Ветровой напор возникает при расположении тоннеля под малым углом к направлению ветра. Барометрический напор возникает в длинных перевальных тоннелях, пересекающих высокие хребты. Температурный напор возникает при наличии разности высот порталов тоннеля и температур наружного и тоннельного воздуха. - искусственная с механическим побуждением (продольная, поперечная, полупоперечная): Продольная вентиляция При продольной вентиляции воздуховодом служит тоннель, вдоль которого перемещается воздух. Эффективность продольной вентиляции зависит от направления и силы естественной тяги, а также от поршневого эффекта ПС. - Продольная вентиляция с вентиляционными шахтами. Сооружение специальных вентиляционных шахт на трассе тоннеля, расположенного на большой глубине, связано со значительными капиталовложениями. Поэтому обычно для вентиляции используют стволы строительных шахт, заложенных с целью открытия дополнительных забоев и ускорения строительства. При выборе расположения стволов учитывают удобства их последующего использования как вентиляционных. Так, при наличии одной шахты целесообразно располагать ее на переломе продольного профиля тоннеля, где возможно скопление вредных, газов.  - Схема с портальной установкой и закрытием выхода из тоннеля. Устройство вентиляционных шахт дорого и не всегда технически выполнимо (например, для длинных, глубоко расположенных тоннелей). В этих случаях применяют вентиляционные установки, размещаемые у порталов.  Поперечная вентиляция При поперечной вентиляции в сечении размещаются два канала - соответственно для подачи свежего и удаления загрязненного воздуха.  Полупоперечная вентиляция Представляет собой комбинированное решение.  Струйная вентиляция. К новым направлениям в области вентиляции транспортных тоннелей принадлежит струйная система, являющаяся разновидностью продольной вентиляции. При этой системе под сводом или в нишах, устроенных в верхней части стен тоннеля, размещают осевые вентиляторы. Число последовательно установленных групп вентиляторов (в каждой по два-три вентилятора) назначают таким образом, чтобы они могли подавать объем воздуха, необходимый для разбавления вредных газов до допустимой концентрации, и преодолеть сопротивление тоннеля как воздуховода. Моменту выхода локомотива из тоннеля соответствует начальная концентрация(г/м3) вредного газа в тоннеле:  где, Ск — ПДК вредного газа, существующая в тоннелев момент входа локомотива, г/м3; М — количество вредного газа, выделенное локомотивом в тоннеле, г; V — объем внутреннего пространства тоннеля, м3. 14. Классификация грунтов применительно к вопросам тоннелестроения. При проектировании конструкций тоннелей, а также выборе способов проходки важнейшим параметром является вид грунта, вмещающего тоннель, а также параметры, характеризующие его состояние. Все грунты могут быть классифицированы по различным признакам, но наиболее значимыми являются: 1. Классификация грунтов по характеру связей между частицами 2. Классификация горных пород по коэффициенту крепости f разработанная профессором М.М. Протодьяконовым. Классификация грунтов по характеру связей между частицами: 1. Твердые грунты, в которых слагающие их твердые минеральные частицы связаны между собой жесткой связью, обеспечивающей сохранение формы. Выделяют скальные и полускальные грунты исходя из их прочностных свойств. • К скальным относят грунты с пределом прочности при одноосном сжатии более 20 МПа. При насыщении их водой силы сцепления не исчезают. Пример – граниты и известняки. • К полускальным относят грунты, у которых, наряду с жесткими, существенно проявляются и пластические связи. Пример – слабые известняки, доломиты, мергели, песчанистые и глинистые сланцы, аргиллиты, алевролиты. 2. Связные и пластичные грунты. В грунтах этого класса минеральные частицы соединены водно-коллоидной связью, преимущественно через тонкие пленки воды, обволакивающие частицы. В зависимости от степени насыщения этих грунтов водой изменяется степень их пластичности. Пример – глины и слабые глинистые сланцы, суглинки. 3. Рыхлые, сыпучие грунты. Связи между минеральными частицами в таких грунтах отсутствуют или ничтожно малы. Такие грунты представляют собой простые механические смеси частиц нескольких или одного минерала, либо обломков твердых грунтов. Выделяют песчаные и крупнообломочные грунты. Пример – пески, гравийно-галечниковые отложения. 4. Текучие грунты. В грунтах этого класса минеральные частицы разобщены водой, т.е. способны различным образом перемещаться с насыщающей их водой. Примеры – насыщенные водой пески (плывуны) лёссовидные грунты, насыщенные водой суглинки и т.д. Классификация грунтов по коэффициенту крепости: Данная классификация была предложена профессором М.М. Протодьяконовым при разработке им гипотезы для определения горного давления на выработку. В качестве объединяющей характеристики в этой теории принят коэффициент крепоти f, являющийся кажущимся коэффициентом трения, т.е. тангенсом угла внутреннего трения, определенного с учетом сцепления с между частицами грунта. В связных грунтах кажущийся коэффициент трения равен отношению касательного и нормального напряжений на контакте между частицами грунта в момент предельного равновесия. 15. Начальное напряженное состояние грунтового массива. Понятие о горном давлении. До проведения выработки горный массив находится в состоянии устойчивого равновесия и его напряженное состояние определяется в общем случае силами тяжести горных пород, а также трудно учитываемыми тектоническими и температурными факторами.  В простейшем случае горизонтального напластования осадочных пород без тектонических и температурных изменений в горном массиве действует давление, величина вертикальной составляющей которого σy определяется весом столба породы, расположенной выше рассматриваемой горизонтальной площадки, а величина горизонтальной составляющей σx равна некоторой доле вертикального давления: σy = λγihi; σx = λσy= λσz, где γi и hi — объемный вес и толщина пластов породы, где  коэффициент бокового давления, зависит от свойств грунта, рассчитываемый:  , где  – кажущийся угол внутреннего трения. f= .После выработки грунт потерял равновесное состояние, поэтому он стремится вернуть равновесное состояние. Далее идет процесс перераспределения напряжений максимально по контуру выработки. Породы, слагающие горный массив, можно рассматривать как линейно-деформируемые и, следовательно, использовать для определения их напряженного состояния методом теории упругости. Такое допущение является вполне обоснованным не только для скальных, но и для пластичных пород, так как при изменении давления на породу в сравнительно небольших пределах (от первоначального давления до давления, установившегося после закрепления выработки) между напряжением и деформациями существует линейная зависимость. Горное давление – давление со стороны грунта на обделку. Горное давление – объемная сила, которая вызывает деформации грунтов в выработке в следствии изменения их первоначального напряженного состояния. Горное давление нарастает чаще всего постепенно. Характер его развития зависит от свойства грунтов. 16. Понятие о горном давлении. Формы потери устойчивости незакрепленной выработки. Характер взаимодействия обделки с грунтовым массивом. Горное давление – давление со стороны грунта на обделку. Горное давление нарастает чаще всего постепенно. Характер его развития зависит от свойства грунтов.  Состояние выработки, при котором на ее контуре не возникает обрушений или чрезмерных смещений в течение определенного промежутка времени, называется устойчивым.В случае, когда возникает обрушение по фронту выработки, говорят о потери устойчивости. Наиболее наглядная форма потери устойчивости это вывалыобразования. |