Сооружение тоннеля горным способом
Производительность труда и безопасность работ зависит от освещенности рабочих мест и длины откаточных путей, которая должна составлять не менее 15 метров. Все подземные выработки обеспечивают стационарным электрическим освещением, не требующим усиления вентиляции и безопасности при выделении газов. В выработках высотой более 4 метров допускается применять прожекторы с матовыми стеклами так, чтобы… Читать ещё >
Сооружение тоннеля горным способом (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Содержание Введение Часть I. Элементы тоннеля
1.1 Исходные данные к проекту
1.2 Трассирование линии. Обоснование продольного профиля
1.3 Определение длины тоннеля
1.4 Расчет искусственной вентиляция тоннеля
1.5 Обоснование конструктивного решения порталов
1.6 Проектирование тоннельных конструкций. Выбор и технико-экономическое обоснование конструктивных решений обделок
1.7 Дополнительные устройства в тоннеле
1.8 Определение несущей способности обделки на участке с крепостью грунта f=4
Часть II. Производство работ по сооружению тоннеля
2.1 Выбор способа производства работ
2.2 Буровзрывные работы
2.2.1 Определение параметров буровзрывных работ
2.2.2 Буровое оборудование
2.3 Временное крепление выработки
2.4 Погрузка и транспорт породы
2.5 Организация работ в забое, определение параметров проходческого цикла
2.6 Расчёт объёма работ, определение стоимости тоннеля
2.7 Мероприятия по охране труда и технике безопасности Список используемой литературы
Введение
Тоннели в течение всего срока службы (по ГОСТ 27.002) должны удовлетворять требованиям бесперебойности и безопасности движения транспортных средств, экономичности и наименьшей трудоемкости содержания строительных конструкций и постоянных устройств, обеспечения здоровья и безопасных условий труда обслуживающего персонала, а также требованиям охраны окружающей среды.
Железнодорожные тоннели следует отнести к I повышенному уровню ответственности сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям.
Сооружение тоннелей осуществляется по утвержденным проектам организации строительства и производства работ, разработанным в соответствии с требованиями СНиП 3.01.01. Проекты предусматривают механизацию основных наиболее трудоемких строительно-монтажных работ и содержат планы ликвидации возможных аварий.
Часть I. Элементы тоннеля
1.1 Исходные данные к проекту В данной курсовой работе разрабатывается проект однопутного железнодорожного тоннеля, сооружаемого горным способом. В состав проекта входит разработка тоннельных конструкций и способов производства работ. Поведенные в работе расчеты выполнены в соответствии с указаниями СНиП 32−04−97 «Тоннели железнодорожные и автодорожные».
Основные физико-механические свойства грунтов, составляющих горный массив, приведены в таблице.
Наименование пород и грунтов | Коэффициент крепости, f | Объемная масса, т/м3 | Кажущийся угол внутреннего трения | Коэффициент удельного отпора, Ко, кг/см3 | |
Сланцы, крепкие, трещиноватые | 2,8 | ||||
Анезит, трещиноватый | 2,5 | ||||
Сланцы глинистые, сильно трещиноватые | 2,4 | ||||
Тоннель железнодорожный однопутный;
Радиус кривой -1100 м;
Руководящий уклон — 11‰ .
1.2 Трассирование линии. Обоснование продольного профиля Применение тоннелей на высокогорных участках железнодорожных и автодорожных линий расширяет возможности их трассирования и улучшает условия эксплуатации. План и профиль пути в тоннеле проектируют по нормам, установленным для открытых участков трассы с учетом особенностей, связанных с расположением линий в подземной выработке.
Рекомендуется располагать тоннели на прямых участках пути, так как тоннели, расположенные на кривых, имеют существенные недостатки. К ним относятся: необходимые уширения габаритов приближения строений на кривых, вызывающих увеличение размеров выработки и объема работ по сооружению тоннельной обделки; усложнение подземной разбивки оси тоннеля, увеличение износа рельсов (особенно на кривых малых радиусов), находящихся во влажном воздухе тоннеля в неблагоприятных условиях; ухудшение условий вентиляции. Однако в ряде случаев расположение тоннелей на кривых является неизбежным.
Для сокращения длины тоннеля, уклоны на подходах к нему принимаются максимально допустимые. Внутри горного массива уклоны применяются минимальными с целью улучшения условий эксплуатации. По условию отвода воды из тоннеля imin=3 ‰.
Максимальный уклон в железнодорожном тоннеле назначается смягченным по сравнению с максимальным уклоном открытой трассы. Это связано с уменьшением сцепления подвижного состава с рельсом из-за повышенной влажности в тоннеле и большого сопротивления воздуха подвижному составу.
Коэффициент смягчения уклона m зависит от длины тоннеля. При длине тоннеля от 1 до 3 километров коэффициент смягчения m=0,85.
Уклон в тоннеле определяется как:
iт = m · iр — iэкв гдеiрруководящий уклон;
iэкв — уклон, эквивалентный сопротивлению движения на кривой; в курсовом проекте iэкв=1‰.
В нашем случае:
* Уклон на подходах к тоннелю
iт = т· iр — iэк = 0,85· 11−1=8,35 ‰
Принимаем смягчённый уклон на подходе к тоннелю iт=8 ‰;
* Уклоны в тоннеле принимаем равными 3 ‰ (смягчение на кривой не требуется).
1.3 Определение длины тоннеля Окончательная длина тоннеля определяется из места нахождения порталов. Она определяется исходя из равенства стоимости 1п.м. выемки 1 п.м. тоннеля.
Опыт проектирования и эксплуатации тоннеля показывает, что максимальная глубина выемки, которая принимается в грунтах с коэффициентом крепости f=0,5−3 составляет Hmax=10−15 метров, а в грунтах с коэффициентом крепости f>3 составляет Hmax=15−25 метров.
С учётом всех этих требований западный портал тоннеля устраиваем на пикете ПК1804+10,00, а восточный портал — на пикете ПК1817+40,00. Полная длина тоннеля составляет Lт=1330,00метров.
1.4 Расчет искусственной вентиляция тоннеля Целью проектирования вентиляции тоннелей является разработка мероприятий, обеспечивающих подачу в тоннель чистого воздуха в таком количестве, при котором вредные газовые примеси разбавляются до безопасных предельно допустимых концентраций (ПДК).
Система вентиляции тоннеля зависит от длины тоннеля, площади поперечного сечения, величины уклонов и радиусов кривых, вида транспорта и других условий. В процессе эксплуатации тоннеля, в воздух транспортной зоны попадают различные вредные вещества. Это выхлопные газы, газы, выделяемые окружающими породами. Кроме того, качество воздуха ухудшается также за счет повышения температуры, влажности и других факторов.
Расчет воздухообмена по содержанию вредных веществ в воздухе транспортной зоны тоннеля производится по окиси углерода (СО).
Проверка продольной системы вентиляции.
1. При движении в одном направлении.
1. Скорость движения на подъеме
2. Скорость движения на спуске
3. Время нахождения в тоннеле
4. Количество сгораемого топлива
5. Количество выделяемого газа
6. Моменту выхода локомотива из тоннеля соответствует следующая концентрация
7. Количество воздуха, необходимое для разбавления СО до ПДЗ
где
V — Объем воздуха в тоннеле
t — расчетное время, за которое необходимо разбавить (t=15мин=900с)
8. Скорость воздуха в тоннеле
2. При движении в противоположенном направлении.
1. Скорость движения на подъеме
2. Скорость движения на спуске
3. Время нахождения в тоннеле
4. Количество сгораемого топлива
5. Количество выделяемого газа
6. Моменту выхода локомотива из тоннеля соответствует следующая концентрация
7. Количество воздуха, необходимое для разбавления СО до ПДЗ
где
V — Объем воздуха в тоннеле
t — расчетное время, за которое необходимо разбавить (t=15мин=900с)
8. Скорость воздуха в тоннеле Следовательно, допустима продольная система вентиляции, при которой воздуховодом служит тоннель, вдоль которого перемещается воздух.
Эффективность продольной вентиляции в значительной степени зависит от направления и силы естественной тяги, а также от поршневого эффекта подвижного состава. Для приспособления к этим факторам обычно применяют вентиляционные установки реверсивного типа, позволяющие изменять направление подачи воздуха в соответствии с конкретной обстановкой в тоннеле.
Для усиления эффективности искусственной вентиляции наиболее целесообразна подача воздуха в тоннель в направлении движения подвижного состава с использованием его поршневого эффекта. Однако в однопутных железнодорожных тоннелях с тепловозной тягой рекомендуется подавать воздух навстречу поезду, в особенности при его движении на крутой подъем.
1.5 Обоснование конструктивного решения порталов Переход от тоннеля к выемке осуществляется при помощи портала, который служит для обеспечения устойчивости лобового и боковых откосов выемки, отвода воды с лобового откоса и архитектурного оформления входа в тоннель.
В состав портала входит торцевая стена с входным отверстием, водоотводная канавка и первое кольцо обделки. Торцевая стена сваривается с первым кольцом обделки с помощью арматуры или обрезков прокатных профилей и опирается непосредственно на боковые откосы выемки, в которые заделывается на необходимую глубину.
Подошвы торцевой и боковых стен заглубляются относительно низа кюветов в соответствии с глубиной промерзания грунтов в их основании.
Вода, стекающая с лобового откоса, перехватывается поперечной водоотводной канавкой, расположенной за торцевой стеной, и отводится с уклоном 2‰ канавкой, устроенной по верху откосов выемки, или, в условиях теплого климата, в кюветы по чугунным трубам, заложенным за торцевой стеной.
Дно канавки располагается не ниже чем на 1,5 м от верха тоннельной обделки для обеспечения слоя породы, достаточной для амортизации возможных ударов камней, скатывающихся с лобового откоса. Расстояния от низа лобового откоса до портальной стены принимают не менее 1,5 м, а парапет стены не менее чем на 0,5 м выше канавки.
Конструкция портала показана на первом листе чертежей.
1.6 Проектирование тоннельных конструкций Выбор и технико-экономическое обоснование конструктивных решений обделок.
Конструкции тоннельных обделок должны удовлетворять следующим требованиям: эксплуатационным, технологическим, экономическим. Для выполнения этих условий обделки проектируются следующим образом.
В слабых породах, в которых может появиться всестороннее горное давление, очертание конструкций должно приближаться к круговому. В породах, где появляется вертикальное и горизонтальное давление, свод и стены выполняются выпуклыми в сторону действия давления. В породах с вертикальным горным давлением, ось свода обделки выполняется криволинейной, а ось стены вертикальными. В слабых грунтах отступление от углов габарита может достигать 100−200 мм в связи с возможными осадками конструкции и особенностями технологии сооружения.
В устойчивых крепких грунтах отступление 5−10 мм, в слабых — 15−20 мм. Для всех случаев обделок материал — монолитный бетон В25.
На железных дорогах принят габарит «С»: высота Н= 6250 мм, ширина В = 2450 мм. На кривых габарит необходимо увеличивать, т.к. при движении по ним происходит вынос концов и середины вагона и наклон его из-за возвышения наружного рельса.
Для прочности породы f=2 принимается подковообразное очертание обделки с обратным сводом. hсв=550 мм, L=485м.
Для прочности породы f=4 принимается так же подковообразное очертание обделки без обратного свода, но с более тонкими стенками. hсв=400мм L=510м.
Для прочности породы f=8 принимается обделка с вертикальными стенами и круговым очертанием свода, опирающегося на уступы грунта h=300мм L=335м. Все типы обделок представлены на первом листе чертежей.
1.7 Дополнительные устройства в тоннеле В целях безопасности обслуживающего персонала в железнодорожном тоннеле предусматриваются ниши 200×200×100 см, располагающихся в шахматном порядке через 60 м. Для хранения ремонтного оборудования через каждые 300 м по обоим сторонам железнодорожного тоннеля вместо ниш сооружаются камеры 250×200×200.
1.8 Определение несущей способности обделки на участке с крепостью грунта f=4.
Исходные данные:
На участке с крепостью f=4 обделка подковообразного очертания без обратного свода.
Основные геометрические размеры: высота H=7,92 м, толщина свода меняется от 0,400 до 0,560 м, ширина B=6,62 м.
Марка бетона 300(класс В25), расчетное сопротивление: на растяжение -10 кгс/см2, на сжатие — 135 кгс/см2.
Основные физико-механические характеристики горной породы: коэффициент прочности f=4, кажущийся угол внутреннего трения ц=70є, коэффициент упругого отпора к0=200 кгс/см 2, объемная масса грунта г=2,8 т/м3.
Определение нормативных и расчетных нагрузок.
Величину горного давления в зависимости от степени трещиноватости массива и коэффициента крепости рекомендуется принимать от массы грунта в объеме свода обрушения в соответствии с гипотезой М. М. Протодьяконова (см. рис. 1);
Рис. 1. Схема нормативных и расчетных нагрузок.
где В — пролет выработки;
h — высота выработки;
L — пролет свода естественного равновесия ;
h1 — высота свода;
H — глубина залегания выработки;
qн — нормативное вертикальное горное давление;
Pн — нормативное горизонтальное горное давление.
Тогда справедливы следующие формулы:
Собственный вес обделки определится по формуле:
гдеG-вес сводчатой части обделки;
Определим расчётные нагрузки посредством умножения нормативных на коэффициенты перегрузки:
Коэффициент упругого отпора в сводчатой части выработки:
;
Коэффициент упругого отпора под пятой:
;
ко =200 — коэффициент удельного отпора.
Статический расчет обделки.
Статический расчет обделки выполняется на ЭВМ по методу Метрогипротранса (программа ПК-6). Этот метод предназначен для расчета конструкции произвольного очертания, расчетную схему которой можно представить в виде плоской стержневой системы.
В основу расчетной схемы положены следующие допущения:
А). Плавное очертание оси обделки заменяются вписанным стержневым многоугольником переменной жесткости.
Б). Распределенные внешние нагрузки заменяются сосредоточенными в узлах многоугольника усилиями.
В). Сплошная грунтовая среда заменяется отдельными упругими опорами, расположенными в вершинах многоугольника, перпендикулярно наружной поверхности обделки.
Г). Силы трения, возникающие в пятах разомкнутой обделки, в расчетной схеме заменяются запретом перемещения узлов пяты по горизонтали.
Рис. 2. Схема к статическому расчету обделки на ЭВМ
РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ТИПА Лист 1
КОНСТРУКЦИЯ СИММЕТРИЧНА 15 узлов, 14 стержней ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Вариант 1
ОПИСАНИЕ УЗЛОВ В ПРЯМОУГОЛЬНЫХ КООРДИНАТАХ Таблица 1
————————————————————————————————————-;
::: Координаты, м: Сосредоточенные нагрузки: Запр.перем.:
: N: Расч:———————————————————————————————:
:Узла: N: Х: У: Р верт: Р гориз: Момент: по-: Х: У :
:: ::: т: т: тм: вор:: :
————————————————————————————————————-;
: 1: 0: .000: 7.383: .000: .000: .000: :: :
: 2: 0: .722: 7.293: .000: .000: .000: :: :
: 3: 0: 1.463: 7.018: .000: .000: .000: :: :
: 4: 0: 2.111: 6.582: .000: .000: .000: :: :
: 5: 0: 2.587: 6.032: .000: .000: .000: :: :
: 6: 0: 2.930: 5.281: .000: .000: .000: :: :
: 7: 0: 3.030: 4.433: .000: .000: .000: :: :
: 8: 0: 3.030: 3.576: .000: .000: .000: :: :
: 9: 0: 3.030: 2.822: .000: .000: .000: :: :
: 10: 0: 3.030: 1.992: .000: .000: .000: :: :
: 11: 0: 3.030: 1.205: .000: .000: .000: :: :
: 12: 0: 3.030: .444: .000: .000: .000: :: :
: 13: 0: 3.030: .000: .000: .000: .000: :: :
: 14: 0: 3.310: .000: .000: .000: .000: :: :
: 15: 0: 2.450: .000: .000: .000: .000:: *: :
————————————————————————————————————-;
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Вариант 1
ОПИСАНИЕ СТЕРЖНЕЙ Таблица 2
—————————————————————————————————————;
:Номера :Распределен. нагрузки: Коэффиц.:Шар:Площадь: Момент: Модуль :
:узлов :——————————-: упругого: нир:сечения: инерции: упругости :
:———-: Q верт: Q гориз: отпора :—-:: сечения: конструкц.:
:Нач:Кон: т/м2: т/м2: К, т/м3 :Н:К: F, м2: J, м4: Е, т/м2 :
—————————————————————————————————————;
: 1: 2: 5.880: .122: 60 423::: .400: .53 300: 3 060 000 :
: 2: 3: 5.880: .122: 60 423::: .406: .55 800: 3 060 000 :
: 3: 4: 5.880: .122: 60 423::: .487: .96 300: 3 060 000 :
: 4: 5: 5.880: .122: 60 423::: .558: .144 400: 3 060 000 :
: 5: 6: 5.880: .122: 60 423::: .600: .179 900: 3 060 000 :
: 6: 7: 5.880: .122: 60 423::: .569: .153 500: 3 600 000 :
: 7: 8: .000: .122: 60 423::: .560: .146 000: 3 060 000 :
: 8: 9: .000: .122: 60 423::: .560: .146 000: 3 060 000 :
: 9 :10: .000: .122: 60 423::: .560: .146 000: 3 060 000 :
:10 :11: .000: .122: 60 423::: .560: .146 000: 3 060 000 :
:11 :12: .000: .122: 60 423::: .560: .146 000: 3 060 000 :
:12 :13: .000: .122: 60 423::: .560: .146 000: 3 060 000 :
:13 :14: .000: .000: 247 930::: .250: .13 020: 3 060 000 :
:14 :15: .000: .000: 247 930::: .250: .13 020: 3 060 000 :
—————————————————————————————————————;
^L
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
==========================================
:: Перемещения в системе Х У :
: Номера:————————————————:
: узлов: Угол: Горизонт.: Вертик. :
:: поворота: смещение: смещение :
:: (рад): (м): (м) :
==========================================
: 1 .0 .0 .51 :
: 2 -.11 .0 .47 :
: 3 -.15 -.3 .37 :
: 4 -.11 -.8 .27 :
: 5 -.4 -.12 .23 :
: 6 .2 -.12 .22 :
: 7 .6 -.8 .22 :
: 8 .6 -.3 .21 :
: 9 .5 .2 .20 :
: 10 .2 .5 .19 :
: 11 -.1 .5 .19 :
: 12 -.5 .3 .18 :
: 13 -.7 .0 .17 :
: 14 -.6 .0 .14 :
: 15 .23 .0 .3 :
————————————————————-;
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
=============================================================================
:: Зона: ::: :
:: взаимо-: Момент: Нормальная:Поперечная: Эксцентриситет :
: НН- :действия: (тм): :: (м) :
: :с грунтом:: сила: сила: :
: -НК :————-:—————————-:: :————————:
: :Нач.: Кон: В начале: В конце: в элементе: от момента: В начале: В конце:
: :стер:стер: стержня: стержня: (т): (т) :стержня :стержня:
=============================================================================
: 1- 2 2.764 -2.048 -9.266 -.984 -.2983 -.2210:
: 2- 3 2.048 .223 -10.721 -2.873 -.1911 .0208:
: 3- 4 -.223 3.104 -13.339 -3.689 .0167 .2327:
: 4- 5 -3.104 4.758 -16.299 -2.273 .1905 .2919:
: 5- 6 ** ** -4.758 3.920 -18.438 1.014 .2580 .2126:
: 6- 7 ** ** -3.920 .968 -18.667 3.457 .2100 .0519:
: 7- 8 ** ** -.968 -.732 -18.594 1.983 .0521 -.0393:
: 8- 9 ** .732 -1.227 -18.594 .657 -.0393 -.0660:
: 9−10 1.227 -1.692 -18.594 .560 -.0660 -.0910:
:10−11 1.692 -2.056 -18.594 .462 -.0910 -.1105:
:11−12 2.056 -2.335 -18.594 .367 -.1105 -.1256:
:12−13 ** 2.335 -2.466 -18.594 .294 -.1256 -.1326:
:13−14 2.466 2.741 -.262 -18.594 -9.4280 10.4804:
:14−15 ** ** -2.741 .000 .262 3.187 -10.4804 .0000:
Проверка прочности обделки.
После определения внутренних усилий (изгибающих моментов и нормальных сил) проверяют прочность бетонных сечений. Для этого вычисляют величину предельной нормальной силы NП, которую может воспринять данное сечение, и сравнивают её с величиной нормативной силы N, полученной при статическом расчете для этого же сечения. При этом должно соблюдаться условие NП > N.
Проверку прочности тоннельной обделки проводим для наиболее загруженных сечений 1 и 5 .
Для сечения 1. Проверяем эксцентриситет:
е0=0,2983 м = 29,83 см? 0,9*у=0,9*0,2=0,18 м 18 см;
гдеy — расстояние от центра тяжести сечения до наиболее сжатого слоя бетона обделки.
Условие не выполняется, в этом случае работа сечения обделки приближается к работе изгибаемых элементов.
В этом случае проверка прочности сечения производится по формуле:
;
гдеm — коэффициент условия работы (m=0,9);
k — коэффициент, учитывающий вид бетона (k=1);
Rр — расчетное сопротивление бетона растяжению (Rр=10кгс/см2).
b — ширина сечения (b=100 см);
h — высота сечения (см).
Производим проверку: M=2,764 тс*м? Мп=4,11 тс*м. Проверка выполняется, прочность обделки обеспечена.
Для сечения 5. Проверяем эксцентриситет:
е0=0,2919 м = 29,19 см? 0,9*у =0,9* 0,279=0,25 м = 25,11 см;
Условие не выполняется, в этом случае работа сечения обделки приближается к работе изгибаемых элементов.
В этом случае проверка прочности сечения производится по формуле:
;
Производим проверку: M=4,758 тс*м? Мп=8,00 тс*м. Проверка выполняется, прочность обделки обеспечена. В дальнейшем увеличении толщины обделки нет необходимости, так как при принятых толщинах свода и стен прочность обделки обеспечена.
Часть II. Производство работ по сооружению тоннеля
2.1 Выбор способа производства работ Участок тоннеля № 1: грунт — сланец крепкий, трещиноватый, f = 4.
Для проходки выработок в трещиноватых и сильнотрещиноватых грунтах с коэффициентом крепости от 2 до 4 при сооружении однопутного железнодорожного тоннеля применяется уступный способ (см. рис. 6).
Рис. 3. Схема сооружения тоннеля уступным способом В курсовом проекте одновременно с проходкой колотты (1) на определённом расстоянии от её забоя производим разработку уступа на ширину пролёта выработки (2) и затем по всему периметру выработки за один приём бетонируем обделку (3). Длину уступа принимаем равной 130 м.
Участок тоннеля № 2: грунт — анезит трещиноватый, f = 8.
При постройке тоннеля в крепком грунте отпадает необходимость в немедленной после разработки грунта установки временной крепи, которую в этих условиях принимаем менее громоздкой, так как её назначение сводится к предотвращению образования отдельных мелких вывалов и обрушения одиночных кусков грунта с кровли. При проходке данного участка тоннеля будем использовать способ сплошного забоя, для которого характерно наличие одной плоскости забоя, что упрощает использование для бурения шпуров буровых рам с тяжёлыми высокопроизводительными перфораторами, снабжёнными автоматическим управлением.
Основные работы при этом способе включают только два процесса (см. рис.5):
Рис. 4. Проходка тоннеля в крепком грунте способом сплошного забоя Разработку грунта 1 с последующей уборкой её и кладку бетонной обделки 2.
Участок тоннеля № 3: грунт — сланец глинистый, сильно трещиноватый, f = 2.
Для проходки выработоки используем уступный способ (см. рис. 6), аналогично участку тоннеля № 1.
2.2 Буровзрывные работы Разработка полускальных и скальных грунтов с коэффициентом крепости более 2 осуществляется буровзрывным способом. В курсовом проекте необходима детальная проработка проекта организации работ на участке с крепостью грунта f = 4. Как видно, грунт разрабатываем буровзрывным способом.
2.2.1 Определение параметров буровзрывных работ В соответствии с геологическими условиями в качестве ВВ выбираем аммонит № 6 прессованный со следующими характеристиками:
плотность, ?=1,25 г/см3=1250 кг/м3;
коэффициент работоспособности, е=0,9;
диаметр патрона, dп = 34 мм.
Определим удельный расход ВВ с учётом его работоспособности по формуле:
;
Где — коэффициент работоспособности ВВ;
шкоэффициент влияния плотности заряжения;
щкоэффициент структуры и трещиноватости грунтового массива;
Sплощадь сечения забоя.
Определим линию наименьшего сопротивления (ЛНС) отбойных шпуров по формуле:
;
Где ккоэффициент зажима;
dдиаметр шпура, м;
гобъёмная масса грунта, кг/м3.
Так как при обуривании забоя будем применять мощные бурильные установки и тяжёлые бурильные машины, вруб принимаем прямым призматическим с расстоянием между врубовыми зарядами 25 см с устройством незаряженной скважины в центре.
Расстояние между отбойными шпурами принимаем равным 0,8 м ((0,8−0,95)*W0), между подошвенными — ап=0,8 м ((0,7−0,9)*W0), между контурными — ак=0,58 м (0,6W0).
Вычисляем количество шпуров на забой по формуле:
гдеколичество контурных шпуров;
— количество подошвенных шпуров;
— количество отбойных Вычисляем количество шпуров на забой по формуле:
гдеколичество контурных шпуров;
— количество подошвенных шпуров;
— количество отбойных шпуров; по конструктивным соображениям принимаем N0 = 21;
— площадь сечения забоя, взрываемая отбойными шпурами;
— площадь сечения забоя, взрываемая контурными шпурами;
mкоэффициент сближения контурных зарядов;
— площадь сечения забоя, взрываемая подошвен-ными шпурами;
Sврплощадь сечения забоя, взрываемая врубовыми зарядами;
кзкоэффициент заполнения шпура;
к?- коэффициент уплотнения, для патронированных ВВ равен 1,0.
.
С учётом устойчивости кровли выработки длину комплекта шпуров назначаем равной l=1,8 м. Тогда глубина заходки определяется по формуле:
;
гдезкоэффициент использования шпура.
Объём взрываемой породы равен:
.
Ориентировочно расход ВВ на взрыв равен:
.
Масса всех контурных зарядов
;
гдеккконцентрация заряда контурного шпура.
Средняя масса зарядов остальных шпуров
.
Масса зарядов врубовых, отбойных и подошвенных шпуров равна
;
;
.
2.2.2 Буровое оборудование Для бурения шпуров в забое выработки будем применять бурильные машины БУ-1 на базе самоходной бурильной установки СБУ-2к. Количество одновременно работающих бурильных машин принимаем равным четырём из расчёта 8 м² площади обуриваемого забоя на одну бурильную машину, находящуюся на установке (две СБУ-2к).
Бурение вертикальных шпуров уступа осуществляем самоходными бурильными установками СБУ-2к, так как высота уступа (3,8 метра) не превышает максимального хода подачи бура установки (4,0 метра).
2.3 Временное крепление выработки Расчет анкерной крепи.
1. Определение рабочей длины анкера
f =4 — коэффициент крепости грунта;
В=6,62 м — пролет выработки.
2. Определение длины заделки анкера
— для набивного жб анкера
3. Длина анкера
4. Шаг расстановки по прочности в закреплении их в шпуре
где
— объемная масса грунта,
N — несущая способность анкера
— диаметр анкера,
(>).
Принимаем шаг а=1,24 м.
5. Расчетная нагрузка на анкер.
Проверка проходит.
6. Проверка диаметра стержня Проверка выполнена.
Шаг анкера в продольном направлении равен а=3 м
2.4 Погрузка и транспорт породы Для выработок средних сечений (20−50 м2) рекомендуется применять для погрузки породы погрузочные машины типа ПНБ непрерывного действия. В курсовом проекте применяем машину ПНБ-3Д.
Вывозку породы будем производить автомобильным транспортом. Тогда для разминовки встречных транспортных средств и для поворота автотранспорта необходимо будет устраивать специальные ниши.
Транспортировку породы из забоя колоты до разрабатываемого нижнего уступа будем производить с помощью самоходных тележек на пневмоходу (тип 1ВС20АРЕ с ёмкостью кузова 12 м3).
2.5 Организация работ в забое, определение параметров проходческого цикла Проходческие работы ведутся обычно по циклической схеме, т. е путем последовательного повторения определенного комплекса операций, занимающего тот или иной промежуток времени.
Так как основными операциями проходческого цикла являются бурение шпуров в забое и погрузка взорванной породы, продолжительность цикла определяется по формуле:
Где Тб, Тп, Твсппродолжительность операций бурения, погрузки и вспомогательных операций.
Продолжительность бурения определяется по формуле:
;
гдеNчисло шпуров в забое;
lсредняя длина шпура;
цкоэффициент использования бурильных машин во времени;
вкоэффициент одновременности работы бурильных машин;
nчисло бурильных машин;
vбчистая скорость бурения шпура, пог. м шпура в ч.
Чистая скорость бурения шпура определяется по формуле:
пог. м в час;
гдек1- коэффициент, зависящий от типа бурильной машины;
к2- коэффициент, учитывающий влияние сжатого воздуха;
к3- коэффициент, учитывающий влияние диаметра головки бура;
к4- коэффициент, учитывающий глубину шпура.
Продолжительность погрузки взорванной массы грунта определится по формуле:
;
гдеW3- глубина заходки за цикл, м;
Sпроектная площадь сечения выработки, м2;
кпкоэффициент перебора;
кркоэффициент разрыхления грунта;
Рээксплутационная производительность погрузочной машины;
nчисло погрузочных машин в забое;
вкоэффициент одновременности работы погрузочных машин.
Эксплутационная производительность определяется по формуле:
м3/ч;
гдецкоэффициент использования машины;
Рттехническая производительность погрузочной машины;
t1, t3- продолжительность простоя машины и различные потери времени, отнесённые к 1 м³ породы;
vобъём самосвала;
з-коэффициент заполнения самосвала.
Время на вспомогательные операции, ч
;
гдеТ1- время на подготовительные операции, при бурении равное 0,5ч.;
время на заряжение шпуров (N — число шпуров, l — средняя длина шпура, n — число заряжающих);
Т3- время на взрывание и проветривание, равное 0,5ч.;
Т4- время на прочие работы, равное 0,5ч;
Тогда ч.
Продолжительность цикла
=2+2+3,26=7,26ч.
Скорость проходки тоннеля за сутки м/сут.
Скорость проходки тоннеля за месяц м/мес.
На базе полученных данных построена циклограмма — графическое изображение последовательности работ. Полученная циклограмма представлена на втором листе чертежей.
Правила построения циклограммы:
Организация работ должна проектироваться таким образом, чтобы в смену или сутки выполнять целое число циклов.
Необходимо стремиться к сокращению времени на обслуживание и вспомогательные работы. Этого можно добиться за счет увеличения глубины заходки и уменьшения числа циклов в сутки.
Увеличение скорости проходки может быть достигнута за счет хотя бы частичного совмещения во времени некоторых операций цикла.
Необходимо стремиться ТЦ = ТСМ, где ТЦ — время цикла ТСМ — время смены Продолжительность цикла складывается из продолжительности основных операций.
ТЦ = ТБ + ТПОГ + ТВСП
Цикличная организация работ по бетонированию обделки
При параллельной схеме бетонирования скорость бетонирования принимается равной скорости ведения проходческих работ.
— участок бетонирования,
— время бетонирования,
— величина заходки за цикл,
— время цикла.
Значит, время бетонирования участка тоннеля определяется по схеме:
Определение длины комплекта опалубки
Применена передвижная жесткая опалубка.
— суточная скорость проходки тоннеля,
— время монтажа секционной опалубки, торцевых секций и укладки бетонной смеси
= 4 сут — время выдержки бетона в опалубке до набора прочности.
Вентиляция подземных выработок.
Важнейшим условием безопасной и производительной работы по проходке является вентиляция, обеспечивающая нормальный состав, температуру и влажность воздуха.
При проходке взрывным способом на выбор схемы вентиляции влияет вид транспорта, применяемого в выработке.
При электровозной откачке основной задачей вентиляции является разбавление газов взрывания. Целесообразно предотвратить их распространение по выработке и как можно скорее удалить от забоя. Для этого применяют вытяжное проветривание, которое обеспечивает возможность допуска рабочих в забой, с последующим переходом к приточному проветриванию с подачей свежего воздуха в призабойное пространство — место наиболее интенсивной работы.
При вытяжном проветривании воздух, проходя от портала вдоль выработки, загрязняется, увлажняется, нагревается и поступает к забою неполноценным. Поэтому после допуска рабочих в забой обычно переходят на приточное проветривание, обеспечивающее поступление в забой свежего воздуха.
Конец приточной вентиляционной трубы должен находиться от забоя на расстоянии, не превышающем длины зоны действия свободной струи:
где
F — Площадь сечения выработки.
— площадь сечения вентиляционной трубы.
.
Определение объема проветривания.
Объем воздуха (по разбавлению газов), подаваемого через приточный воздуховод или от вентилятора-побудителя
— длина комплекта шпуров.
— время проветривания.
a — коэффициент, равный 48.
— удельный вес грунта.
.
Объем воздуха, отсасываемого воздховодом:
.
Вентиляционные трубы. Потери.
Воздух перемещается по металлическим трубам, подвешанным к элементам временной крепи или постоянной обделке.
Диаметр стальной трубы 1000 мм, толщина стенки 2 мм. Соединение фланцевое на болтах с уплотнением, предотвращающим утечки воздуха. Для цилиндрической трубы они равны:
— аэродинамический коэффициент, имеющий размерность плотности, и зависящий от диаметра трубы.
L — длина трубы. Рассчитаем для 100 метров.
d — внутренний диаметр трубы.
Коэффициент потерь или подсоса воздуха через стыки определяют по формуле:
.
По нормам потери воздуха в воздуховоде не должны превышать 5% на 100 м его длины. Поэтому допустимое значение коэффициента потерь воздуха
2.7 Расчёт объёма работ, определение стоимости тоннеля Для определения стоимости сооружения тоннеля необходимо определить стоимость различных участков тоннеля с учётом их конструкции, способа производства работ по проходке тоннеля в различных грунтах. Данные о расценках на строительные работы берём из «Единых норм и расценок на строительные, монтажные и ремонтно-строительные работы». Расчёт стоимости ведём в ценах 1984 года.
Результаты определения стоимости тоннеля удобно привести в табличной форме:
Таблица 1
Определение стоимости тоннеля
Наименование основных работ по сооружению тоннеля | Ед. изм. | Стоим. на ед. изм., руб | Тип I | Тип II | Тип III | ||||
Кол-во | Стоимость, руб | Кол-во | Стоимость, руб | Кол-во | Стоимость, руб | ||||
Разработка грунта f=2 f=4 f=8 | м3 | 8,0 8,0 12,0 | 59,75 | 39,41 | 47,26 | ||||
Бетонирование монолитной обделки f=2 f=4 f=8 | м3 | 19,11 | 2,5 | 11,74 | |||||
Набрызг бетонной обделки f=2 f=4 f=8 | м2 | 2,80 | ; | ; | 9,0 | ; | ; | ||
Нагнетание раствора за обделку. | м2 | 2,11 | 29,3 | 15,0 | 26,0 | ||||
руб | |||||||||
тыс.руб | 566,15 | 343,64 | 519,91 | ||||||
тыс.руб | 1429,7 | ||||||||
2.6 Мероприятия по охране труда и технике безопасности
1.На время выполнения взрывных работ бригада и механизмы располагаются в надежном укрытии на расстоянии 150−200 метров от забоя при наличии вытяжной вентиляции, в противном случае, удаляются из тоннеля.
2.Взрывник выполняет взрыв из укрытия на расстоянии не мене 75 метров от забоя.
3.Пост охраны располагается в месте размещения бригады.
4.Продолжение работ в забое допускается после его проветривания в течение 30−40 минут и осмотра места взрыва взрывником.
5.Образовавшиеся продукты взрыва могут служить причиной отравления людей. Для взрывных работ в подземных условиях гостехнадзором допущены к применению взрывчатые вещества, при взрыве 1 кг. которого выделяется не более 40 кубических метров ядовитого газа. Борьбу с газами ведут тщательным проветриванием выработки с целью разбавления ядовитых газов до ПДК. Я довитые газы могут задерживаться в массе взорванной породы и не устраняться проветриванием. Поэтому перед началом работ по уборке породы из выработки, породу тщательно продувают сжатым воздухом, а также обрызгивают водой. Тогда окислы азота переходят в азотную и азотистые кислоты. Водой обрызгивают забой и выработку, прилегающую к нему на расстоянии до 20 м.
6.Воздух подземной выработки должен содержать по объему не менее 20% кислорода и не более 1,5% углекислого газа, и иметь температуру не менее + 2оС зимой и не более 25оС летом.
7.Правилами безопасности требуется не реже одного раза в неделю делать лабораторный анализ воздуха выработки на содержание кислорода, углекислого газа, окиси углерода и метана.
8.При использовании в выработке оборудования с двигателями внутреннего сгорания обязательно применение нейтрализаторов отработанных газов.
9.При отсутствии взрывных работ и действующих двигателей внутреннего сгорания в выработку следует подавать в 1 минуту не менее 6 кубических метров сжатого воздуха на каждого рабочего, находящегося под землей.
10.Допуск рабочих в забой разрешается по достижении концентрации условной окиси углерода 0,008% по объему, но не ранее чем через 15 минут после взрывания. Эта концентрация в 5 раз превышает ПДК при продолжительном пребывании (0,0016%). Поэтому после допуска рабочих в забой необходимо непрерывное проветривание в объеме не менее 60% от первоначального.
11.Производительность труда и безопасность работ зависит от освещенности рабочих мест и длины откаточных путей, которая должна составлять не менее 15 метров. Все подземные выработки обеспечивают стационарным электрическим освещением, не требующим усиления вентиляции и безопасности при выделении газов. В выработках высотой более 4 метров допускается применять прожекторы с матовыми стеклами так, чтобы была исключена возможность их ослепляющего действия. В виду опасности поражения электрическим током, напряжение в сети освещения принимают равным 42 В. Лишь в готовой части сухих тоннелей допускается напряжение 220 В с осветительной проводкой, выполняемой изолированным проводом на фарфоровых изоляторах или роликах с высотой подвески не менее 2,5 метров от УГР. Для перехода от напряжения наружной сети к напряжению принятому в выработках все пределов рабочей зоны устанавливают трансформаторы с низковольтными распределительными подстанциями.
тоннель проектирование забой
Список используемой литературы
«Проектирование тоннелей, сооружаемых горным способом.» Методические указания. Ю. С Фролов, ЛИИЖТ, 1983.
«Мосты и тоннели на железных дорогах» под редакцией В. О. Осипова, М., Транспорт, 1988;
«Тоннели и метрополитены» под редакцией В. Г. Храпова и д.р. М., Транспорт, 1989;
СНиП 32−04−97 «Тоннели железнодорожные и автодорожные» (Государственный комитет РФ по жилищной и строительной политике (Госстрой России)) М., 1997.