ВКР Поплавский ПЗ (Проект подводного однопутного железнодорожного тоннеля)

4.2.3 Расчётные схемы 30

4.2.4 Результаты расчётов в ПК ЛИРА-САПР 2013 34

4.2.4.1 Расчётные усилия в обделке Тип 1 35

4.2.4.2 Расчётные усилия в обделке Тип 2 36

4.3 Расчёт тоннельной обделки в ПК Midas GTS NX 2016 37

4.3.1 Описание Midas GTS NX 2016 37

4.3.2 Исходные данные, необходимые для расчета в программе Midas GTS NX 2016 37

4.3.3 Расчётные схемы 38

4.3.4 Результаты расчётов в ПК Midas GTS NX 2016 40

4.3.4.1 Расчётные усилия в обделке Тип 1 40

4.3.4.2 Расчётные усилия в обделке Тип 2 42

4.4 Сравнение вариантов и выбор оптимального варианта тоннельной обделки 44

4.5 Проверка прочности тоннельной обделки 47

4.6 Проверка сечения обделки на действие поперечной силы 50

5 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА 52

5.1 определение геометрических размеров щита 52

5.2 Определение сопротивления преодолеваемого щитом и подбор щитовых гидравлических домкратов 53

5.3 Сооружение тоннеля щитовым способом 55

5.3.1 Погрузка и транспортировка грунта 56

5.3.2 Возведение обделки 58

5.3.3 Нагнетание за обделку и гидроизоляционные работы 59

5.4 Вентиляция и освещение в период строительства 61

5.4.1 Вентиляция в период строительства 61

5.4.2 Освещение 62

5.5 Составление циклограммы работ на проходку тоннеля 63

5.6 Проектирование строительной площадки 65

5.7 Календарный график 70

6 ОХРАНА ТРУДА И ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ 72

6.1 Мероприятия по охране труда 72

6.1.1 Охрана труда при производстве работ по сооружению тоннеля 74

6.1.2 Электробезопасность при выполнении строительных, монтажных и демонтажных работ 76

6.2 Правила пожарной безопасности 78

6.2.1 Противопожарные мероприятия по системе водоснабжения 78

6.2.2 Противопожарные мероприятия в части электротехнических устройств 79

6.2.3 Организационные мероприятия по обеспечению пожарной безопасности 79

6.2.4 Противопожарная защита объектов на строительной площадке

6.2.5 Оснащение объекта средствами пожаротушения 80

6.3 Мероприятия по охране окружающей среды 81

6.3.1 Охрана поверхностных и подземных вод от загрязнения и истощения 82

6.3.2 Охрана воздушного бассейна 82

6.3.3 Охрана и рациональное использование земель при строительстве

6.3.4 Основные выводы и предложения по снижению воздействия на окружающую среду 84

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 87

ПРИЛОЖЕНИЕ А 91

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 93

ПРИЛОЖЕНИЕ В 95

ПРИЛОЖЕНИЕ Г 97

ПРИЛОЖЕНИЕ Д 99

ПРИЛОЖЕНИЕ Е 101

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 103

ПРИЛОЖЕНИЕ З 105

ПРИЛОЖЕНИЕ И 107

ПРИЛОЖЕНИЕ К 108

ПРИЛОЖЕНИЕ Л 109

ПЕРЕЧЕНЬ ЧЕРТЕЖЕЙ 113

ВВЕДЕНИЕ

Для выполнения дипломного проекта подводного однопутного железнодорожного тоннеля необходимо проработать следующие вопросы:

1. Обосновать условия проектирования и строительства подземного перехода.

2. По данным принятого продольного профиля трассы запроектировать подводный однопутный железнодорожный тоннель, с учётом существующих норм проектирования и геологического строения горного массива.

3. С учётом физико-механических свойств грунта и гидростатических условий преодолеваемого грунтового массива запроектировать тоннельные обделки.

4. Выполнить расчёт запроектированных тоннельных обделок в ПК ЛИРА-САПР 2013 и ПК Midas GTS NX 2016. Сравнить полученные результаты, обосновать и выбрать для детального расчёта лучший из вариантов.

5. Произвести прочностные расчёты выбранного варианта тоннельной обделки.

6. Разработать технологическую схему по сооружению тоннеля.

7. Для выбранной технологической схемы проработать вопросы, связанные с охраной труда, БЖД и охраной окружающей среды.

1 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТНЫХ УСЛОВИЙ СТРОИТЕЛЬСТВА

1.1 Климатические условия района строительства

Тоннель через водоток «А» который расположен в районе города Хабаровска.

Климат данного района классифицируется как умеренный муссонный, характерной чертой которого является относительно низкое давление воздуха и сезонная смена преобладающих воздушных потоков. Поток воздушных масс из Азиатского максимума обуславливает суровую, продолжительную, сухую и ясную зиму. Установление летом пониженного давления над материком создает поток влажного теплого воздуха со стороны Тихого океана (летний муссон), приносящего дождливое теплое лето.

Район строительства тоннеля по климатическому районированию для строительства относится к подрайону I В, его основные характеристики, в соответствии с нормативными требованиями [1], представлены ниже.

График годового хода температур воздуха приведен на рис. 1.1

Рис. 1.1 – Годовой ход температур

Среднегодовая температура воздуха за многолетний период составляет плюс 2,2 °С. Среднемесячная температура самого холодного месяца (январь) составляет минус 20 °С. Среднемесячная температура самого теплого месяца (июль) плюс 21,3 °С. Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 – минус 29 °С.

Абсолютный максимум температуры воздуха составляет плюс 36,4 ºС (июль 2010 г.), абсолютный минимум – минус 41,1 ºС (январь 2011 г.). Продолжительность периода со среднесуточной температурой меньшей или равной 0 ºС составляет 158 суток. Средняя дата начала первого мороза 15 ноября. Средняя дата последнего мороза 28 марта.

Преобладающими в течение года являются ветры юго-западного направления, розы ветров изображены на рис. 1.2.

a)

б)

Рис. 1.2 – Розы ветров: а – роза ветров Январь; б – роза ветров Июль

Максимальная скорость ветра из средних скоростей по румбам за январь равна 5,9 м/с, за июль – 4,6 м/с. Среднегодовая скорость ветра равна 4,2 м/с.

Сочетание значительных морозов с сильными ветрами создают условия для образования наледей в местах поступления в тоннель воды.

Муссонный тип климата определяет весьма неравномерное распределение осадков по сезонам года: количество выпадающих осадков за теплый период составляет 585 мм, что в несколько раз превосходит их сумму за холодный период которые равен 81 мм.

Ветровой район III, согласно нормативными требованиями [2], нормативное значение ветрового давления составляет 0,38 кПа.

Число дней с твердыми, жидкими и смешанными осадками приведено в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Число дней с твердыми, жидкими и смешанными осадками

Среднегодовое количество осадков за год составляет 666 мм. Высота снежного покрова из наибольших за зиму составляет 32 см.

Снеговой район II, согласно нормативными требованиями [2], расчетный вес снегового покрова равен 1,2 кПа.

Нормативная глубина промерзания грунтов по данным многолетних наблюдений метеостанции г. Хабаровск составляет 268 см под оголенной поверхностью и 1,98 под снегом. По данным расчетов нормативная глубина промерзания для суглинков и глин составляет 190 см, для супесей – 231 см, песков гравелистых, крупных и средней крупности – 248 см, крупнообломочных грунтов – 281 см.

1.2 Краткая характеристика водотока «А»

Водоток «А» обладает протяженностью свыше 2800 км и площадью бассейна около 1855000 км². Питание водотока осуществляется преимущественно от весенне-летних муссонных дождей. Весенние половодья, связанные с таянием снегов, выражены слабо. Среднегодовой расход в устье – 10800 м³/с, годовой сток – 343 км³. Ледостав устанавливается в начале-середине ноября, вскрытие происходит в апреле-мае.

Общая ширина водотока «А» в районе пересечения тоннелем составляет приблизительно 2,69 км, максимальная глубина водотока – 9,5 м. Высокие воды держатся в период с начала июля до начала октября. Уровень воды в паводки повышается от межени на 3-5 м.

Основные отметки водотока: уровень меженных вод (УМВ) – 89,350, уровень высоких вод (УВВ) – 94,350.

1.3 Инженерно-геологические условия строительства

Блок земной коры, вмещающий тоннель, сложен двумя разновозрастными комплексами пород.

Большая часть тоннеля залегает в породах комплекса основания – в сланцах воронежской свиты каменноугольного возраста. Эти образования на всем протяжении проходки тоннеля составляют единый непрерывный разрез, в котором отсутствуют несогласия. Слои грунта имеют горизонтальное параллельное напластование. Группа по трудности разработки – V.

Вышележащие пойменно-русловые отложения водотока «А» слагаются четвертичными отложениями верхнего горизонта (дальневосточного) и представлены дисперсными связными аллювиальными супесями пластичной констистенции, имеющими мощность от 1 до 3 м. По степени морозоопасности супеси – сильнопучинистые. Группа по трудности разработки –I, II.

Физико-механические характеристики горных пород, в которых осуществляется проходка тоннеля, приведены в таблице 1.2.

Кажущийся угол внутреннего трения грунтового массива в пределах сечения тоннельной обделки, градус, принимаемый по опытным данным или определяемый по формуле:

(1.1)

где f – коэффициент крепости.

Нормативный объемный вес взвешенного в воде грунта γ_взв, кН/м, определяется по формуле:

(1.2)

где ε − коэффициент пористости грунта, определяемый по опытным данным;

γ_s − нормативный удельный вес частиц грунта, определяемый по данным лабораторных исследований, кН/м³;

γ_w − объемный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м³.

Таблица 1.2 – Физико-механические характеристики горных пород

В тектоническом отношении изученная территория располагается в южной части Среднеамурской впадины и приурочена к юго-западному крылу Амуро-Уссурийского сиклинория [3].

Трасса проектируемого подводного тоннеля тектонических разломов не пересекает.

Высотные отметки профиля плавно уменьшаются с Западного портала до дна водотока и потом плавно повышаются к Восточному порталу. Растительность представлена мелким кустарником, лиственницей, берёзой, ивой, почву покрывает мохово-травяной слой. Оползневые явления в районе строительства отсутствуют.