Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Мосты, тоннели и подземные сооружения»

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Заведующий кафедрой

____________Б.Н. Смышляев

«____»________20___г.

Проект реконструкции железнодорожного тоннеля постройки 1915г., расположенного на двжд

Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе

ВКР 23.05.06.ПЗ - 45М

Студент гр. 45М А.А. Ковынцев

Руководитель

(заведующий кафедрой) Б.Н. Смышляев

Консультант по экономическому

разделу

(заведующий кафедрой) Б.Н. Смышляев

Консультант по разделу безопасности

жизнедеятельности

(доцент, к.т.н., доцент) А.Н. Луценко

Нормоконтроль

(заведующий кафедрой) Б.Н. Смышляев

Хабаровск - 2017

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТНЫХ УСЛОВИЙ РАЙОНА РАСПОЛОЖЕНИЯ ТОННЕЛЯ. 7

1.1. Природно-климатические условия. 7

1.2. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия горного массива, вмещающего тоннель. 8

2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ТОННЕЛЛЯ. 13

3. ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СУЩЕСТВУЮЩЕГО ТОННЕЛЯ. 19

4. ВЫВОД О НЕОБХОДИМОСТИ РЕКОНСТРУКЦИИ ТОННЕЛЯ. 22

5. РАСЧЕТ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ТОННЕЛЬНОЙ ОБДЕЛКИ. 29

5.1. Определение нагрузок. 29

5.1.1. Основное сочетание нагрузок. 30

5.1.2. Особое сочетание нагрузок. 32

5.2.Формирование расчетной схемы. 34

5.2. Результаты расчета. 37

5.3.Проверка прочности сечения тоннельной обделки. 42

6.ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСИЛЕНИЯ ТОННЕЛЬНОЙ ОБДЕЛКИ. 44

6.1 Конструирование усиления тоннельной обделки. 44

6.2 Формирование расчетной схемы 45

6.3. Результаты расчета. 46

6.4 Расчет необходимого армирования 47

6.4.1. Расчет необходимого армирования в замковом сечении. 49

6.4.2. Расчет необходимого армирования в сечении с максимальным отрицательным моментом. 50

6.4.3. Расчет необходимого армирования в сечении с максимальным отрицательным моментом. 50

7. ПРОЕКТ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ ПО РЕКОНСТРУКЦИИ ТОННЕЛЯ. 52

8. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ 54

8.1. Освоение строительной площадки. 54

8.2. График производства работ. 58

9. ВОПРОСЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ, ОХРАНЫ ТРУДА И ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 60

9.1. Анализ специфики условий труда, опасных и вредных производственных факторов при существующей организации работ, технологии и применяемого оборудования, машин и инструмента с целью выявления потенциальных причин травматизма; 60

9.2. Обеспечение безопасности при производстве монтажных работ. 66

9.3. Мероприятия по обеспечению пожаробезопасности работ. 73

9.3.1 Противопожарная защита объектов на строительной площадке 75

9.3.2 Противопожарное водоснабжение строительной площадки. 76

9.3.3 Складирование материалов 76

9.3.4 Первичные средства пожаротушения на строительных площадках. 77

9.4. Меры по защите окружающей природной среды среды при производстве работ. 78

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 83

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 84

ПРИЛОЖЕНИЕ А 86

ПРИЛОЖЕНИЕ Б 90

ПРИЛОЖЕНИЕ В 91

ПРИЛОЖЕНИЕ Г 92

ПРИЛОЖЕНИЕ Д 93

ВВЕДЕНИЕ

В связи с обеспокоенностью руководства ДВ ЖД по поводу ухудшения технического состояния тоннеля, постройки 1915г., в Дальневосточный государственный университет путей сообщения было направлено предложение о выполнении работ по оценке технического состояния и несущей способности данного тоннеля, находящегося на перегоне Архара-Облучье.

По докладам специалистов Облученской дистанции пути в тоннеле наблюдается развитие негативных процессов, оказывающих влияние на снижение несущей способности обделки, а именно: обильное обводнение тоннеля; локальные выпучивания камней в своде и стенах; выпадение камней из обделки; вертикальные, наклонные и горизонтальные трещины по своду и стенам; пустые швы в каменной кладке; обильное выщелачивание раствора кладки; разрушение обделки в камерах, нишах и дренажных штольнях и ходках с обрушением породы из сводовой части и стен; и другие неисправности.

Исходя из отмеченного выше, основной целью дипломного проекта является:

- оценка технического состояния тоннельной обделки по показателям ремонтопригодности;

- определение несущей способности обделки тоннеля;

- разработка конструктивных и технологических мероприятий по усилению обделки тоннеля.

1. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТНЫХ УСЛОВИЙ РАЙОНА РАСПОЛОЖЕНИЯ ТОННЕЛЯ.

1.1. Природно-климатические условия.

Место расположения тоннеля относится к климатическому подрайону 1B климатического районирования РФ по СП 131.13330.2012 [1].

Климатические параметры холодного периода:

- температура воздуха наиболее холодных суток: -40°С;

- температура воздуха наиболее холодной пятидневки: -37°С;

- наиболее холодной пятидневки: -37°С;

- абсолютная минимальная температура воздуха: -46°С;

- средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца: -79%;

- количество осадков за ноябрь-март: 86 мм;

- преобладающее направление ветра за декабрь­-февраль: СЗ

Климатические параметры теплого периода:

- средняя максимальная температура воздуха наиболее теплого месяца: +25,6°С;

- абсолютная максимальная температура воздуха: +40°С;

- средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее теплого месяца: 80%;

- количество осадков за апрель-октябрь: 687мм;

- суточный максимум осадков: 113мм.

- преобладающее направление ветра за июнь-август: ЮВ

Глубина сезонного промерзания грунтов для:

- суглинков и глин 2,2м;

- супесей, песков мелких и пылеватых 2,7м;

- песков гравелистых, крупных и средней крупности 2,9 м;

- крупнообломочных грунтов 3,3м.

1.2. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия горного массива, вмещающего тоннель.

Горный массив вмещающий в себя тоннель составляют сланцы (кварц-силлиманитовые, кварц-гранат-силлиманитовые, амфиболовые, амфибол-хлоритовые, кристаллические слюдистые, кварц-полевошпатовые, мелкозернистые) и гнейсы(биотитовые и двуслюдяные).

Сланцы обладают лепидогранобластовой и гранолепидобластовой структурами и состоят из кварца (30-65 %), альбита (13-60 %), биотита (5-35 %), графита (0-32 %), хлорита (0-25 %), мусковита (0-20 %), реже граната, амфибола, микроклина, силлиманита. Акцессорные минералы представлены сфеном и апатитом. В зависимости от количественного соотношения минералов выделяются двуслюдяно-альбит-кварцевые, хлорит-альбит-кварцевые, графитистые, гранат-слюдистые, кварц-серицит-альбитовые и другие разновидности сланцев.

В районе расположения тоннеля широко распространены слюдистые, кварц-полевошпатовые, амфиболовые и амфибол-хлориовые, кварц-силлиманитовые и кварц-гранат-силлиманитовые сланцы, а также амфиболиты, биотитовые и двуслюдяные гнейсы. Все это кристаллические породы, мелко- и среднезернистые, рыжевато-серые или рыжевато-темно-серые с идеально выраженной метаморфической сланцеватостью.

По структурно-текстурным особенностям и физико-механическим свойствам выделяется две разновидности сланцев, которые можно условно назвать тонко-плитчатыми, приближающимися к филлитам, и толсто-плитчатыми, которые ближе к гнейсам и, собственно, гнейсы.

Породы в разрезе залегают послойно (рис.3.1). Тоннель пересекает толщу пород практически вкрест простирания слоев. Общее падение слоев юго-восточное под углом 10-30°. Почти повсеместно кристаллические сланцы сильно разбиты трещинами. Выделяется два типа трещиноватости. Первый тип связан с общей раздробленностью породы и выветриванием. Второй тип трещиноватости связан с тектоническими разломами (разрывы и сбросы).

Грунтовые воды накапливаются в относительно мощных слоях четвертичных отложений, встречающихся в логах, распадках и других понижениях рельефа. В дождливый период грунтовые воды значительно поднимают водоносность зон интенсивной тектонической трещиноватости, поскольку последние тоже, как правило, приурочены к логам и распадкам. На припортальных участках грунтовые воды непосредственно поступают в выемки, где приток их в дождливый период достигает 8,33 л/с на западе и 2,78 л/с на востоке. Наиболее развитыми по протяженности и ширине являются более древние зоны трещиноватости, простирающиеся с севера на юг. Коэффициент фильтрации пород изменяется в широких пределах в зависимости от степени трещиноватости. В слаботрещиноватых «толсто-плитчатых» сланцах он составляет менее 0,1 м/сут, в «тонко-плитчатых» - до 1 м/сут.

Уровень подземных вод в основании склонов, на припортальных участках, залегает на глубине 5-15 м в межень и 2-5 м в паводковый период. На водоразделах глубина уровня подземных вод достигает 30-70 м. Питание трещинно-жильных вод происходит за счет атмосферных осадков, быстро фильтрующихся через маломощный чехол четвертичных отложений, и инфильтрации грунтовых вод из глинистых слабопроницаемых четвертичных отложений, покрывающих значительные площади к северу от тоннеля.

Самые крупные водопритоки в тоннеле происходят в зонах интенсивной трещиноватости пород, где они достигают 1,39-2,78 л/с в межень и 5,56-8,33 л/с в паводковый период.

Продольный профиль массива представлен на рисунке 1.1. Физико-механические характеристики грунтов, составляющих массив, представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Физико-механические характеристики горных пород.

2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ТОННЕЛЛЯ.

Обделка тоннеля имеет подковообразное очертание и выполнена бутовой кладкой, т.е. каменная кладка на цементном растворе. При этом кольца №№ 1 и 188 сооружены из "грубо" тесаного камня (рис. 1.1). На остальных кольцах стены обделки выполнены из "грубо" тесаного камня, а сводовая часть из обыкновенного ("рваного") камня, уложенного на цементном растворе «в сок» (рис. 1.2). В замковой части (шелыге) и пятах свода предусмотрены прокладные ряды из грубо отесанных камней.

В связи со сложными инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями горного массива вмещающего тоннель, было запроектировано и реализовано 4-е типа тоннельной обделки, различающихся по своим геометрическим параметрам – это обделки тип 3 бис/А; тип 4; тип 5А и тип 5В. При этом обделка типа 5В выполнена замкнутого очертания, т.е. с обратным сводом.

Конструкции вышеизложенных типов обделок приведены на рис. 1.3-1.6, а «привязка» их к соответствующим кольцам в таблице 1.2.

В тоннеле предусмотрены устройства, обеспечивающие безопасность его эксплуатации – камеры и ниши.

Для отвода воды из тоннеля был запроектирован и выполнен лоток, расположенный по оси междупутья (см. рис.1.3-1.6).

Железнодорожный путь в тоннеле – на балласте.

Основные параметры бутовой кладки:

- удельный вес: γ=2 т/м³

- модуль упругости кладки Е=3·10⁵кН/м²

- расчетная прочность на сжатие R=250т/м²