Пояснительна записка (Проект подводного железнодорожного однопутного тоннеля), страница 2

Так как в проекте грунт является обводненным, с большим гидростатическим напором воды и с большим горным давлением, то принимаем сборную обделку из чугунных тюбингов[4].

3.2 Проектирование тоннельной обделки.

Так как тоннель является подводным и проходка осуществляется щитовым методом, то тоннельная обделка имеет круговое очертание.

Форма и размеры транспортного тоннеля определяются заданными габаритами приближения строений или конструкций, инженерно – геологическими и гидрогеологическими условиями.

Проектирование внутреннего размера тоннельной обделки выполняется исходя из габарита приближения строений.

Также необходимо учитывать размещение в пределах этого габарита вспомогательных и дополнительных устройств – сигнализации, централизации и блокировки, светильников и кабелей.

Между габаритом и внутренним контуром тоннельной обделки должен быть учтён строительный зазор, назначаемый .

По внутреннему очертанию обделка должна быть однотипной на всей длине тоннеля, что способствует стандартизации механизмов, опалубки и оборудования.[4]

При проектировании необходимо определить основные размеры тюбинга.

Рисунок 3.1 – Состав кольца чугунной тоннельной обделки.

«К» - ключевой тюбинг, «С» - смежный тюбинг, «Н» - нормальный тюбинг.

1. Проектирование поперечного сечения чугунного тюбинга.

Расчетная схема при проектировании основных размеров поперечного сечения чугунного тюбинга приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Расчетная схема поперечного сечения чугунного тюбинга.

Высота борта чугунного тюбинга определяется по эмпирической формуле [4]:

hб=0,04Dвн , (3.1)

где Dвн – внутренний диаметр обделки, равный 8,8 (м).

hб =0,04*8,8=0,35 (см). (3.2)

Наружный диаметр определяем по формуле:

Dн= Dвн+2* hб=8,8+2*0,35=9,50 (м). (3.3)

Глубину заходки принимаем b=1 (м).

Расстояние а находится по формуле[4]:

(3.4)

1. Проектирование продольного сечения тоннельной обделки.

Для проектирования продольного сечения чугунных тюбингов необходимо учесть, что существует три вида тоннельной обделки из чугунных тюбингов: клиновой, смежный и нормальный тюбинги. А также необходимо знать длинны дуг круговой обделки по внутреннему и внешнему диаметрам.

Рисунок 3.3 – Схема кругового очертания тоннельной обделки.

Длина дуги определяется по формуле (3.5)

L_дуги = 2 * П * R_{вн(внутр)} (3.5)

где Rвн – внешний радиус тоннельной обделки;

Rвнутр – внутренний радиус тоннельной обделки.

L_{дуги(внутр)} = 2 * П * 4,4 = 27,646 м

L_{дуги(вн)} = 2 * П * 4,75 = 29,83 м

В продольном сечении тюбинга необходимо определить четыре основных размера. Два размера по дуге и два размера по хорде, соответственно по внутреннему и внешнему радиусу.

Конструкция нормального тюбинга приведена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Конструкция нормального тюбинга.

Длина хорды определяется по формуле (3.6):

L_хорды = 2 * R * sin(α/2) (3.6)

где R – радиус обделки, внутренний и внешний соответственно,

Rвн = 4,75 м, Rвнутр = 4.4м.

α – угол тюбинга, α = 23,25°, α = 22,53°, α = 12,69° нормального, смежного, клинового тюбингов соответственно

Длина дуги тюбинга определяется по формуле (3.7):

L_дуги = 3,14* R * α/180° (3.7)

Конструкция смежного и клинового тюбингов приведена на рисунке 3.5 и 3.6.

Рисунок 3.5 - Конструкция смежного тюбинга.

Рисунок 3.6 – Конструкция клинового тюбинга.

По формулам (3.6) и (3.7) произведены расчеты, которые сведены в таблицу 3.1

Таблица 3.1 – Основные размеры продольного сечения чугунных тюбингов.

Вывод: запроектирована тоннельная обделка однопутного железнодорожного подводного тоннеля. Круговое очертание тоннельной обделки изображено на рисунке 3.7. Детальное изображение конструкции смотреть на рисунке 3.8, 3.9, 3.10.

Рисунок 3.7 – Раскладка кругового очертание тоннельной обделки на чугунные тюбинги.

Рисунок 3.8 – Детальная конструкция смежного тюбинга «С».

Рисунок 3.9 – Детальная конструкция нормального тюбинга «Н».

Рисунок 3.10 – Детальная конструкция ключевого тюбинга «К».

1. РАСЧЕТ ТОННЕЛЬНОЙ ОБДЕЛКИ.

Для проверки прочности тоннельных обделок, необходимо выполнить определение нагрузок действующие на тоннельные обделки. Для расчета было выбрано 2 сечения (A,Б), в которых возникают максимальные нагрузки.

4.1. Анализ расчетных сечений.

Анализ инженерно-геологических и гидрологических условий заложения подводного тоннеля , показал, что наибольшие нагрузки от давления грунтов и воды будут формироваться в следующих сечениях – А,Б.

Продольный профиль тоннеля с расчетными сечениями приведен на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 – Продольный профиль тоннеля с расчетными сечениями

а) В сечении А (см рисунок 4.2) расположенном на расстоянии 2296 м, ПК 22 + 96 м от правобережного портала залегают грунты с коэффициентом крепости 0,6 - 2,5: трещиноватые супеси и мергели. Сечение расположено на тюбинговом (подводном) участке тоннеля «А». Мощность супеси и мергеля составляет 3,00 м каждого слоя, мощность воды составляет 10,0 м.

Рисунок 4.2 – Расчетная схема для определения нагрузок в сечении А

Б) В сечении Б (см рисунок 4.3) расположенном на расстоянии 3057 м, ПК 30 + 57 м от правобережного портала залегают грунты с коэффициентом крепости 0,6 - 2,5: трещиноватые супеси и мергели. Сечение расположено на тюбинговом (подводном) участке тоннеля «А». Мощность супеси составляет 5,26м, мергеля составляет 1,84 м каждого слоя, мощность воды составляет 4,4 м.

Рисунок 4.3 – Расчетная схема для определения нагрузок в сечении Б

1. Для сечений A,Б было выполнено определение двух видов нагрузок действующих на тоннельную обделку:

а) от давления грунта;

б) от давления воды.

Ниже приведен подробный расчет по определению нагрузок действующих на тоннельную обделку в сечении А, остальные результаты приведены в таблицу 4.1 (давление грунта) и таблицу 4.2 (гидростатическое давление).

4.2 Определение нагрузок действующих на тоннельную обделку.

Тоннельная обделка сечения А имеет круговое очертание из чугунных тюбингов толщиной 0,35 м, внутренний диаметр 8,8 м, внешний 9,5 м.

Исходные данные[1]:

- Грунты – песчаник (

; (4.1)

где f – коэффициент крепости грунта;

– кажущийся угол внутреннего трения грунтового массива;

– удельный вес (во взвешенном состоянии);

- Внешний диаметр тоннельной обделки D = 9,5 м;

- Мощность супеси – H = 3м ;

- Мощность супеси – H = 3м ;

- Мощность воды – 10 м.

Схема для определения нагрузок действующих на тоннельную обделку в сечении А представлена на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – схема для определения нагрузок действующих на тоннельную обделку в сечении А.

4.2.1 Определение пролета свода обрушения.

, (4.2)

4.2.2 Определение высота свода обрушения.

, (4.3)

Из условия H < 2h₁: (3< 2 x 2,639), делаем вывод, что свода обрушения не образуется и нормативные нагрузки определяются по следующим формулам[1]:

4.2.3. Определение нормативной вертикальной нагрузки действующую на тоннельную обделку.

, (4.4)

где - удельный вес соответствующего грунта;

- мощность грунта.

(4.5)

4.2.4 Определение нормативной горизонтальной нагрузки действующую на тоннельную обделку.

, (4.6)

4.2.5. Определение вертикальной и горизонтальных расчетных нагрузок.

; (4.7)

где – коэффициент надежности на постоянные нагрузки:

а) для вертикальной расчетной нагрузки - ;

б) для горизонтальной нагрузки – ; .

(4.8)

;

;

4.2.6. Определение нормативного и расчетного гидростатического давления действующее на тоннельную обделку.

; (4.9)

где

;

;

;

;

;

;

;

;

Определенные нагрузки в сечениях А,Б собраны в таблицу 4.1 и таблицу 4.2

Таблица 4.1 - Определение нагрузок от давления грунта

Таблица 4.2 - Определение нагрузок от гидростатического давления

Продолжение таблицы 4.2

4.2.7. Анализ и выводы по разделу