Сооружение тоннеля горным способом

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.

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

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.