Тма. КП. Возведения земляного полотна железной дороги
![]()
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “петербургский государственный университет путей сообщения ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I” Факультет «Транспортное строительство» Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса» Направление подготовки 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» Специализация «Мосты» КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине «Технология, механизация и автоматизация железнодорожного строительства» На тему: Возведения земляного полотна железной дороги Форма обучения – очная Вариант: 9 Выполнил обучающийся Курс 3 Группа МТ-908 _______________________ М.В. Дементьев подпись, дата Ф.И.О. Руководитель _______________________ С.В. Кириллов подпись, дата Ф.И.О. Санкт-Петербург 2022 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I” Факультет «Транспортное строительство» Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса» Направление подготовки 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» Специализация «Мосты» Оценочный лист на курсовой проект по дисциплине Технология, механизация и автоматизация железнодорожного строительства Дементьева Михаила Владимировича Тема: «Возведения земляного полотна железной дороги» Оценка курсового проекта
* - при несоответствии исходных данных выданному заданию работа возвращается обучаемому для исправления. Защита возможна только после устранения нарушений. Заключение: рецензируемый курсовой проект соответствует требованиям основной образовательной программы направления - 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей», профиля – «Мосты» Итоговая оценка __________________ Руководитель __________ Кириллов Сергей Васильевич «___» _________ 2022 г. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I» (ФГБОУ ВО ПГУПС) Факультет «Транспортное строительство» Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса» Специальность / направление 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» Специализация / профиль «Мосты» Заданиена выполнение курсового проекта по дисциплине «Технология, механизация и автоматизация железнодорожного строительства» Дементьева Михаила Владимировича Тема: «Возведения земляного полотна железной дороги» Срок сдачи обучающимся законченного проекта: «23» мая 2022 г. Исходные данные для выполнения проекта/работы:
Содержание пояснительной записки: Введение 1. Определение характеристик грунтов. 1.1 Определение коэффициента относительного уплотнения грунта. 2. Определение параметров земляного полотна и объемов земляных работ. 2.1 Поперечные профили земляного полотна на участках линейных и сосредоточенных работ. 2.2 Определение объемов различных видов грунта для насыпи на участке линейных работ. 2.3 Определение средней высоты насыпи на участке линейных работ hср. 2.4 Определение количества слоев в насыпи земляного полотна. 2.5 Определение попикетного объема различных видов грунта при строительстве земляного полотна на участке сосредоточенных работ. 3. Анализ природно-климатических факторов, влияющих на организацию строительства земляного полотна. 3.1 Построение климатического графика с определением сроков строительства линейных и сосредоточенных работ. 3.2 Определение количества рабочих дней для строительства земляного полотна поточным методом по климатическим условиям. 4. Технология производства работ поточным методом на линейном участке работ. 4.1 Определение рациональной длины захватки. 4.2 Определение размеров боковых резервов. 4.3 Составление 2-х вариантов технологий производство земляных работ на линейном участке. 5.Технология производства на участке сосредоточенных работ. 5.1. Составление графика попикетных объемов с определением средней дальности перемещения грунта. 5.2 Расчет численности механизмов для производства работ. 5.3 Экономическое сравнение 2-х вариантов вывозки грунта выемки в кавальер. 6. Расчет сроков строительства малых искусственных сооружений. 7. Линейно-календарный график строительства. 8. Контроль качества и приемка выполненных земляных работ. 9. Охрана труда и техника безопасности при производстве земляных работ. Охрана окружающей среды. 10. Список использованной литературы. Приложения. Графическая часть проекта включает: 1. Дорожно-климатический график – формат А4. 2. Сокращенный продольный профиль земляного полотна на участке линейных работ. 3. Поперечные профили земляного полотна. 4. Схема распределения земляных масс, построение кумулятивной кривой на участке сосредоточенных работ – формат А4. 5. Технологическая схема возведения земляного полотна на участке линейных работ, линейно-календарный график строительства, таблица экономического сравнения вариантов отрядов механизмов для участка линейных и сосредоточенных работ – формат А1. Дата выдачи задания: «18» апреля 2022 г. Руководитель _____________ С.В. Кириллов Задание принял к исполнению: _____________ М.В. Дементьев ОглавлениеВведение 6 ВведениеПри строительстве новых железных дорог около 90% всего объема земляных работ приходится непосредственно на земляное полотно, а его стоимость в зависимости от конкретных условий может составлять 15-20% и более от общей стоимости строительства Экономическая эффективность производства земляных работ в железнодорожном строительстве во многом определяется проектным решением по распределению земляных масс вдоль трассы строящегося участка, а также средствами механизации и технологией производства работ. Поэтому в работе большое внимание уделено решению задачи оптимизации распределения земляных масс. Требуется разработать проект производства работ по сооружению участка земляного полотна однопутной железной дороги четвёртой категории протяженностью 1 километр, составленного из 1-ого профиля (№ 2). (см. Приложение 1, рис. 1) Трасса проходит местности, которая характеризуется следующими параметрами: Грунты – супесь песчаная; Ситуационная местность: Лес хвойный → пашня В основе проекта лежат решения следующих задач: Подсчет объема земляных работ; Решение задачи оптимального распределения земляных масс; Выбор рационального средства механизации для ведения земляных работ; Составление календарного графика производства земляных работ на участке; Определение сроков производства работ; Разработка технологических карт на производство отдельных земляных работ и др. 1. Определение характеристик грунтов1.1. Определение коэффициента относительного уплотнения грунтаПри анализе грунтовых и гидрологических условий необходимо дать оценку пригодности грунтов как дорожно-строительного материала, условий залегания грунтовых вод и для всех видов грунтов (исключая скальные) определить коэффициент относительного уплотнения.
Коэффициент относительного уплотнения рассчитывается по формуле: ![]() ![]() где δтр– требуемая плотность грунта для различных слоев насыпи в зависимости от вида грунта определяется по формуле (2); δест– естественная плотность грунта, (г/см3) определяется либо с помощью плотномера-влагомера Ковалева, либо рассчитывается по формуле (5). ![]() δтр= 1,53г/см3 где kтр – требуемый коэффициент уплотнения δопт– оптимальная плотность грунта определяется по формуле: ![]() δопт= 1,61 г/см3 где Wопт– оптимальная влажность грунта определяется лабораторным путем или по формуле: ![]() Wопт = 21,08 г/см3 где Δ = 2,68 г/см3 – плотность твердой фазы грунта, α = 0,53 - коэффициент пропорциональности, WL =36 % – граница текучести грунта (из задания). ![]() δест= 1,28 г/см3 где V – объем воздуха в порах грунта при его оптимальной влажности (в долях единицы); для супесчаных грунтов V = 0,06; для суглинистых грунтов V = 0,05; для глинистых V = 0,04; ![]() X Характеристики грунта земляного полотна Таблица 1
2. Определение параметров земляного полотна и объемов земляных работ2.1. Поперечные профили земляного полотна на участках линейных и сосредоточенных работНа основании исходных данных вычерчены поперечные профили выемки и насыпи для IV категории железной дороги с шириной основной земляной площадки равной 7,1 м (см. приложение 2) 2.2. Определение объемов различных видов грунта для насыпи на участке линейных работДля участков протяженностью 100 м в зависимости от среднего значения профильных значений отметок насыпи на границе каждого из участков вычисляют профильные объемы. ![]() Рисунок 1 – Определение объемов земляного полотна на участке линейных работ: b – ширина земляного полотна, м; h1и h2– рабочие отметки на границах пикета, м; m – показатель заложения (крутизны) откоса; L – длина расчетного участка, м, hср- определяется расчетом С учетом коэффициента относительного уплотнение грунта и требуемых поправок (очертание поверхности основной площадки, толщина растительного слоя, вид грунта, уширение земляного полотна в зависимости от радиуса кривой) вычисляют исправленные объемы. Cуммируя исправленные объемы, определяют общий объем земляных работ на участке линейных работ Vл.р. с высотой насыпи hср, возводимой из грунта боковых резервов с учетом потерь грунта при транспортировке (kтр= 1,1). Объем грунта защитного слоя определяется с учетом поправок, связанных с запасом на уплотнение (Купл зс): для мелких пылеватых песков 1,1; для песчано-гравийных смесей 1,25. Расчет объемов земляных работ производится в табличной форме (табл. 2). 2.3. Определение средней высоты насыпи на участке линейных работ hср За величину hсрпринимается значение средней высоты насыпи, возведенной до низа защитного слоя. Средняя высота определяется по алгоритму: 1) определяется численное значение средней площади поперечного сечения насыпи: ![]() где Vл.р.– объем грунта на участке линейных работ (с учетом поправок), м3; L – протяженность участка, м. 2) Площадь трапеции поперечного сечения насыпи выражаем через величины b и m (рис. 5) искомое hср. ![]() ![]() 3) Решая квадратное уравнение, находим численное значение hср. ![]() ![]() 2.4. Определение количества слоев в насыпи земляного полотна Количество слоев насыпи земляного полотна (для их эффективного уплотнения), возводимой из боковых резервов, назначается в зависимости от ее средней высоты (hср), особенностей свойств применяемых грунтов и применяемых средств уплотнения. Определяем количество слоев n, из которых возводится насыпь земляного полотна, по формуле ![]() Hi - толщина конструктивного слоя, м Выбирается виброкаток Д-48 с толщиной уплотняемого слоя до 0,55 м. ![]() Количество слоев в устраиваемом насыпи принимается равным 5. 2.5. Определение попикетного объема различных видов грунта при строительстве земляного полотна на участке сосредоточенных работ Определение объемов грунта в насыпи и выемки определяется попикетно с учетом поправок. Cуммируя попикетные объемы с учетом поправок, определяют окончательные объемы грунта выемки и насыпи на участке сосредоточенных работ. Расчет объемов земляных работ производится в табличной форме табл. 2. Основные объемы работ по насыпям и выемкам по определяются по формуле (6):
где Vо – основной объем работ, м³ L - длина элементарного участка, м B – ширина основной площадки насыпи или ширина выемки понизу, м H1, H2 – рабочая отметка соответственно в начале и конце элементарного участка, м. Объем кюветов в выемках Vкюв вычисляется по формуле (7) и заносится в столбец 7:
где ω – площадь поперечного сечения кювета, м². При упрощении формулы приняты следующие размеры кювета: ширина по дну 0,4 м, высота 0,6 м, заложение откоса 1:m. Объем сливной призмы Vсп определяется по формуле (8):
для насыпей заносится в таблицу со знаком «+», для выемок – со знаком «-». Объем срезки растительного слоя Vр определяется по формуле (9):
где h – толщина срезаемого слоя, м, С – ширина основания насыпи/ширина выемки по верху. Профильные пикетные объемы определяются суммированием основного и дополнительных объемов. V защитного слоя определяется по формуле (толщина защитного слоя принята 0,7 м): ![]() ![]() Рабочие балансовые объемы учитывают доуплотнение грунта в насыпях kу = 1,13 и технологические потери при возведении насыпей и выемок kН ![]() ![]()
Попикетная ведомость объемов грунта Таблица 2 ![]() Анализ природно-климатических факторов, влияющих на организацию строительства земляного полотна3.1. Построение климатического графика с определением сроков строительства линейных и сосредоточенных работПо значениям среднемесячных температур наружного воздуха для региона строительства – Свердловская область – на листе формата А4 строится климатический график, по которому определяются климатические сроки строительства (Тклим) при производстве линейных и сосредоточенных земляных работ. 0 – сосредоточенные работы; I – линейные работы. Построенный график см. приложение 4. 3.2. Определение количества рабочих дней для строительства земляного полотна поточным методом по климатическим условиямСвердловская область находится в II-ой дорожно-климатической зоне. Расчетное время строительства земляного полотна (если не указаны директивные сроки) рассчитывается по формуле: ![]() где Тпр- количество выходных и праздничных дней, Трем- количество дней ремонта дорожных машин, Тпог- количество дней по климатическим условиям, Торг.- количество дней на организацию потока (8 суток), Тр. пот. - количество дней на развертывание частного потока определяется по формуле (11): Климатический график построен по таблице со статистикой среднемесячных температур за последние 20 лет (табл. 3) ![]() К линейным земляным работам можно приступать после оттаивания грунта и окончания весенней распутицы, а заканчивать их необходимо до начала осенней распутицы. Продолжительность в днях весенней (Твр ) и осенней (Тор ) распутицы определена по климатическому графику (взяты дни, где ср. температура воздуха колеблется между 0 и +5℃) ![]() ![]() Таблица 3 Среднемесячные показатели температуры за последние 20 лет в Свердловской области ![]() 4. Технология производства работ поточным методом на линейном участке работ4.1. Определение рациональной длины захваткиМинимальная длина захватки на участке линейных работ по климатическим условиям определяется по формуле: ![]() ![]() где Lзем.раб.– длина участка линейных работ, м; Tстр – количество дней, определяемое по дорожно-климатическим условиям. Учитывая, что строительство земляного полотна рационально производить в сроки когда естественная влажность грунта близка к оптимальной (Топт), что обеспечивает минимальные затраты работ по уплотнению грунта, для принятого региона устанавливаются календарные даты начала и окончания работ после чего определяется Трацпо формуле: ![]() ![]() где Квр– коэффициент суммарно учитывающий выходные и праздничные дни, время на развертывание потока и максимальное использование механизмов (Квр= 0,75). Тогда рациональная длина захватки Lрацсоставляет: ![]() ![]() Длины захватки для 1 и 2 варианта принимается 100 м, на весь участок будет 8 захваток по 100 м. 4.2. Определение размеров боковых кавальеровПри возведении выемки, размеры кавальеров следует определять из условия равенства объема грунта кавальеров объему разработаного грунта в выемке с учетом коэффициента потерь при транспортировании (Ктр= 1,1). Выемка: Sв=113,1 м2, h0=3 м, H=4,93 м, m=1,5 Двусторонние кавальеры Ширина по низу: b1 = Sв /2ho + mho = 113,1/6 + 4,5 = 23,35 м Ширина по верху: b2 = Sв /2ho - mho = 113,1/6 – 4,5 = 14,35 м Высота -со стороны выемки: h1 = h0 + 0,01b2 = 3 + 0,01*14,35 = 3,14 м -со полевой стороны: h2 = h0 - 0,01b2 = 3 - 0,01*14,35 = 2,86 м Вычислив размеры кавальеров, на листе формата А4 вычерчивается поперечный профиль с указанием размеров всех элементов профиля, графически определяют необходимую ширину полосы отвода и среднюю дальность перемещения грунта бульдозером из выемки. Средняя дальность перемещения грунта бульдозером из выемки определяется графически (l1,l2) как расстояние между центрами тяжести кавальеров и выемки. ![]() ![]() Поперечный профиль с вычисленными кавальерами представлен в приложении 5. 4.3. Экономическое сравнение 2-х вариантов технологий производства земляных работ на линейном участке При возведении земляного полотна в выемке составлены два варианта технологий при применении в качестве ведущих механизмов бульдозера и скрепера. Для устройства слоев насыпи из дренирующего грунта ведущими механизмами будет являться скрепер. 1 вариант – возведение выемки с помощью скреперов. Ведущей машиной является скрепер ДЗ-13. 2 вариант – возведение выемки с помощью бульдозера. Ведущей машиной является бульдозер ДЗ-8. ![]() Для сравнения способов производства земляных работ составлена калькуляция (табл. 3). Таблица 8 Калькуляция затрат
Производительность машин (П) или механизмов в смену определяется по ЕНиР: ![]() где Т – продолжительность смены, ч (8,2 – при односменной работе); V – объем или площадь, на которую дана норма времени (N). Сравнение вариантов отрядов машин ведется по основным технико-экономическим показателям: 1. Себестоимость единицы продукции ![]() ![]() где Ci– стоимость машино-смены i-го механизма; kn– коэффициент, коэффициент учитывающий накладные расходы (kn= 1,3); q – сменный объем грунта, м3; ni– количество машин i-го механизмов. 2. Выработка на одного рабочего в смену ![]() где n – количество механизаторов в звене. Экономическая эффективность вариантов оценивается сравнительными показателями сменной выработки на 1 механизм в м3 и стоимости 1 м3 грунта в рублях. Принимается вариант, где выработка больше, а себестоимость единицы продукции ниже. Таблица 10 Сравнение вариантов специализированных отрядов для участка линейных земляных работ
Составление технологической схемы на строительство насыпи поточным методом на участки линейных работ осуществляется по более экономичному варианту (на основе типовых схем или пользуясь эталоном в методическом кабинете). Библиографический список1. СП 131.13330.2018 "СНиП 23-01-99* Строительная климатология". 2. Пособие по технологии сооружения земляного полотна железных дорог (в развитие СНиП 3.06.02-86). – М.: ПКТИ Трансстрой, 1993. 3. СНиП 32-01-95 Железные дороги колеи 1520 мм. Нормы проектирования. – М.: Госстрой России, 1996. 4. СП 32-104-98 Проектирование земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм. 5. Технология железнодорожного строительства / Э.С.Спиридонов, А.М.Призмазонов, А.Ф.Аккуратов, Т.В.Шепитько. – М., 2002. – 631 с. 6. Проектирование производства земляных работ. Ч. 1. Распределение земляных масс. Способы разработки грунтов: Метод. указания / Сост. Ю.А. Верженский, А.И. Кистанов. – СПб: ПГУПС, 2000. – 51 с. 3. Проектирование производства земляных работ. Ч. 2. Проектирование технологических карт: Метод. указания / Сост. Ю.А. Верженский, А.И. Кистанов. – СПб: ПГУПС, 2000. – 90 с. 7. Пособие по технологии сооружения земляного полотна железных дорог (в развитие СНиП 3.06.02-86). – М., 1987. 8. Строительно-технические нормы СТН Ц-01-95. Железные дороги 1520 мм. / МПС РФ. – М., 1995. – С.19–26. 9. ЕНиР. Сборник Е-2. Земляные работы. Вып. 1. Механизированные и ручные земляные работы. – М., 1989. – 224 с. 10. Канторер С.Е. Методы обоснования эффективности применения машин в строительстве. – М., 1969. – 293 с. 11. СНиП 12-03-2001. Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования. 12. СНиП 4.03-91. Сборник сметных норм и расценок на эксплуатацию машин. 13. Методические рекомендации по выполнению курсового проекта / Сост. С.В. Кириллов. – СПб.: ПГУПС, 2022. – 43 с. Приложение 1 ![]() Рисунок П.1 – продольный профиль Приложение 2 ![]() Рисунок П.2 – поперечный профиль выемки на участке линейных работ Приложение 3 ![]() Рисунок П.3 – поперечный профиль насыпи на участке сосредоточенных работ Приложение 4 ![]() Рисунок П.4 – Дорожно-климатический график района строительства |