1654

УДК 625.42 ББК 39.112 Ф 94

Рецензенты:

Гл. инж. проектов ПКТБ НИСа СибАДИ канд. техн. наук, доц. М.П. Мусиенко; директор «Омсктранспроект» Н.И. Ветошкин.

Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия к курсовому и дипломному проектированию для специальности 291100.

Фугенфиров А.А. Проектирование тоннелей, сооружаемых горным способом: Учебное пособие для вузов. – Омск: Изд-во СибАДИ, 2002.

–164 с.

Вучебном пособии изложены положения по проектированию транспортных тоннелей, сооружаемых горным способом. Пособие предназначено для студентов специальности «Мосты и транспортные тоннели» автомобильно-дорожных и строительных вузов при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Табл. 55. Ил. 37. Прил. 4. Библиогр.: 18 назв.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие составлено в соответствии с программой дисциплины “Проектирование и строительство тоннелей” для студентов автомобильно-дорожных и строительных вузов по специальности 291100 «Мосты и транспортные тоннели».

Пособие является методическим материалом при выполнении курсовых и дипломных проектов по проектированию и строительству тоннелей, сооружаемых горным способом.

При составлении проекта должны быть выполнены требования нормативных документов, использованы материалы лекций, учебников, учебных пособий, а также специальная периодическая литература. В пособии приведены необходимые нормативные и справочные данные для проектирования трассы и конструирования обделок горных транспортных тоннелей, расчета тоннельных обделок сводчатого очертания, даны рекомендации по технологии производства работ и расчеты параметров проходческого цикла при буровзрывных работах. В приложениях приведены основные технологические характеристики современного тоннелепроходческого оборудования и транспортных машин.

3

1.ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТ

1.1.Задание на курсовой проект

Заданием предусматривается проектирование трассы и конструкции транспортного тоннеля (в основном автодорожного) и разработка способов производства тоннелепроходческих работ.

Задание выдается каждому студенту индивидуально с приложением плана местности в горизонталях. В задании приводятся основные исходные данные для составления проекта: назначение тоннеля, техническая категория дороги и число полос движения, интенсивность движения автомобилей, инженерно-геологические и гидрогеологические условия.

Проект представляется к защите в следующем объеме:

1)чертежи на двух листах формата А1 (594 х 841 мм);

2)пояснительная записка на 35-40 страницах стандартного формата А4 (210 х 297 мм).

На первом листе изображаются: конструкция тоннеля с вентиляционными и водоотводными устройствами (М 1:50); конструкция портала (М 1:100); конструкции камер, дренажных устройств (М 1:100); схема вентиляции тоннеля.

На втором листе показывается схема проходки (продольный профиль, план или поперечные сечения по профилю в М 1:100); перечень основного проходческого оборудования; циклограмма проходческого цикла; конструкция временной крепи.

В состав пояснительной записки входят следующие разделы:

1)проектирование трассы;

2)конструирование и расчет тоннельных обделок сводчатого очертания;

3)расчет вентиляции тоннеля при эксплуатации;

4)технология производства проходческих работ;

4

5)расчеты параметров проходческих работ (буровзрывные работы, погрузка и откатка породы, временная крепь, проветривание);

6)организация проходческих работ с составлением циклограммы;

7)технико-экономические показатели проходки.

Расчет вентиляции тоннеля при его эксплуатации выполняется по материалам методических указаний «Проектирование вентиляции транспортных тоннелей» (Омск, СибАДИ, 2002 г.).

Всостав записки включаются графические материалы: варианты трассы на плане местности; варианты продольных профилей трассы (на миллиметровой бумаге); схемы к конструированию и расчету обделки; схемы к паспорту буровзрывных работ.

Пояснительная записка должна быть написана аккуратно и ясно, без механического пересказа известных положений нормативных документов и учебных пособий, но с достаточным обоснованием принимаемых решений.

1.2.Состав дипломного проекта

Всостав дипломного проекта входят пояснительная записка и графический материал. В пояснительную записку, содержащую 100-140 страниц, включают все расчеты и материалы, обосновывающие графическую часть, а также дополнительную информацию, не требующую графического оформления на чертежах. Ее обычно приводят внутри текста или на отдельных листах записки в виде рисунков и небольших чертежей на писчей бумаге, миллиметровке или кальке.

Впояснительной записке отражают следующие положения: 1) основные исходные данные к проекту; 2) характеристику топографических, климатических и

инженерно-геологических условий места расположения

3) описание намеченных вариантов трассы дороги, сравнение вариантов по технико-экономическим показателям и выбор наиболее целесообразного варианта;

4) обоснование расположения порталов, описание плана и профиля тоннеля;

5) выбор типа обделки (внутреннее очертание, форма, размеры и материал) в соответствии с габаритами тоннеля и геологическими условиями; технико-экономическое сравнение вариантов обделки;

6)конструирование обделки;

7)определение нагрузок, действующих на обделку;

8)обоснование расчетной схемы и статический расчет обделки;

9)расчет вентиляции для эксплуатации тоннеля;

10)конструирование обустройств в тоннеле (вентиляционные устройства, водоотводные и дренажные устройства, проезжая часть, камеры и ниши и пр.);

11)обоснование и описание способа сооружения тоннеля, выбор проходческого оборудования, транспортных средств и типа временной крепи;

12)расчеты элементов проходческих работ: паспорта буровзрывных работ, бурения шпуров и скважин, погрузочнотранспортных работ, временной крепи, проходческой вентиляции;

13)организацию проходческих работ;

14)технологию и организацию бетонных работ;

15)составление графика строительства тоннеля;

16)мероприятия по технике безопасности, охране труда и охране окружающей среды при строительстве тоннеля;

17)составление смет для подсчета стоимости сооружения тоннеля.

Графическая часть проекта состоит из 10 12 листов чертежей формата А1. В состав проекта входят следующие чертежи:

1) план местности в районе тоннельного перехода с вариантами трассы - 1 лист; 6

2)продольный профиль по оси тоннеля - 1 лист;

3)варианты конструкций обделок тоннеля - 1 лист;

4)элементы конструкции обделки - 1 2 листа;

5)конструкции портала и эксплуатационных обустройств -

2 3 листа;

6)производство работ - 2 3 листа;

7)план стройплощадки и график производства работ - 1 2 листа.

1.3.Оформление чертежей

Чертежи курсовых и дипломных проектов выполняют карандашом или тушью с обязательным соблюдением правил графического оформления, установленных масштабов и условных обозначений. Размерности всех величин на чертежах следует указывать в единицах международной системы (СИ). При выполнении изображений на строительных чертежах следует руководствоваться ГОСТ 2.301-68, ГОСТ 21.001-93,

ГОСТ 21.101-97 [6, 7, 8].

Рекомендуются следующие масштабы изображения в проектах (таблица):

Следует избегать чрезмерной детализации, не вызываемой требованиями проекта. По возможности применяют упрощенные и схематические изображения. Сложные участки изображений показывают схематически и без детальных размеров, вынося изображения этих участков со всеми данными в более крупном масштабе в виде фрагментов.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАССЫ

2.1. Общие положения

При трассировании автомобильных дорог по горной местности решают вопросы выбора:

-местного пересечения водораздела;

-уровня пересечения водораздела;

-вариантов трасс и подхода к водоразделу.

Трасса горных автомобильных дорог, как правило, представляет собой напряженные ходы, т.е. требует применения максимальных уклонов, и проектируется по нормам проектирования автодорог. Основные нормы проектирования автодорог приведены в табл. 2.1 [3].

Самым удобным местом пересечения водораздела открытой трассой является наиболее низкая его седловина - перевал, благоприятная для трассирования подходов. В этом же месте, под перевалом, может быть запроектирован наиболее

короткий тоннель. Но перевалы - это, как правило, места повышенного водопритока и тектонических нарушений, поэтому расположение тоннелей непосредственно под ними не

рекомендуется. Более благоприятным, несмотря на увеличение длины тоннелей, следует считать размещение их в стороне от оси перевала.

Выбор уровня пересечения водораздела должен обеспечить безопасность движения и защиту трассы от снежных заносов, обвалов, лавин и оползней.

Место расположения порталов назначают исходя из экономичности подходных выемок, геологических условий и способа производства земляных работ при разработке выемок. Максимальную глубину подходных выемок при трассировании принимают равной 10 12 м в глинистых породах и 15 20 м - в скальных.

Подходные к водоразделу участки трассы выбирают на основе сравнения вариантов.

Сравниваемые варианты обычно представляют трассы:

-большой протяженности с10коротким тоннелем;

-малой протяженности с длинным тоннелем;

-через перевал без сооружения тоннеля.

В результате трассирования показываются преимущества тоннельного варианта перед бестоннельным:

*экономические (для курсового проекта - по прямым затратам);

*технологические:

1)значительное уменьшение длины участка дороги;

2)уменьшение количества преодолеваемых высот, крутых поворотов и искусственных сооружений, а также величины наибольших уклонов;

3)отсутствие необходимости защиты дорог от снежных заносов, обвалов, лавин, оползней и осыпей;

4)обеспечение безопасности и непрерывности движения транспорта, облегчение работы двигателей, уменьшение износа дорожного полотна и автомобильных шин;

5)и вследствие вышеизложенного уменьшение эксплуатационных расходов и обеспечение стабильности дорожного движения.

В табл. 2.2 приведены средние ориентировочные величины прямых затрат (цены 1984 г.) строительной стоимости открытых участков автодороги и тоннелей.

Т а б л и ц а 2.2

2.2. Трассирование по планам в горизонталях

Задачей проектирования является трассирование участка дороги между пунктами А и Б, намеченными на плане (рис. 2.1). Уклоны дороги и радиусы кривых должны соответствовать установленным нормам.

Работа включает проектирование плана трассы, наколку и проектирование продольного профиля. Трассирование рекомендуется вести участками до 4 5 км, одновременно накалывая и проектируя профиль.

Необходимый шаг трассирования автомобильной дороги по плану в горизонталях с указанным масштабом и сечением горизонталями определяется по формуле

lТp himax,

где l Тр - шаг трассирования в натуре, км;h - сечение горизонталями, м;

imax - наибольший допустимый уклон автодороги, ‰. Например, при сечении горизонталями через 50 м, imax =

80 ‰, масштабе плана 1:50000 (см. рис. 2.1): lTp 5080 0,625км (в натуре);

lТp 1,25 см (в плане).

При проектировании плана трассу необходимо уложить возможно ближе к циркульному ходу, т.е. к линии нулевых работ. Однако когда циркульный ход образует высокую и частую «пилу», то стремятся найти оптимальное значение высот насыпей и глубин выемок для лучшего распределения земляных масс. Это относится и к пересечению глубоких

логов и

12

Рис. 2.1. Трассирование по плану в горизонталях методом

«нулевых работ»: 1 - бестоннельный вариант с обходом;

2 - бестоннельный вариант с развитием дороги на перевал;

3 - тоннельный вариант

оврагов, где рекомендуется располагать искусственные сооружения ( мосты, виадуки, трубы).

Минимально допустимые радиусы кривых в плане и вертикальных кривых, а также наибольшие продольные уклоны принимают в соответствии с основными нормами проектирования автодорог (см. табл. 2.1).

2.3. План и продольный профиль тоннеля

План и профиль тоннеля проектируются но нормам, установленным для открытых участков автодороги с учетом особенностей, связанных с расположением трассы в подземных выработках.

В плане предпочтение следует отдавать расположению тоннелей на прямых участках дороги. Если по условиям рельефа возникает необходимость расположения тоннеля на кривой, радиус ее не должен быть менее 250 м. Исходя из условий безопасности движения транспорта на кривых с радиусом менее 1000 м, предусматривают уширение проезжей части, а при радиусах менее 2000 3000 м устраивают виражи.

Тоннель, криволинейный в плане, рекомендуется располагать полностью на круговой кривой одного радиуса или, в крайнем случае, на кривых радиусов, близких по значению. Это способствует применению однотипных конструкций обделки и проходческого оборудования.

В продольном профиле горные автодорожные тоннели проектируют при длине тоннеля менее 300 м - односкатными, а при большей длине тоннели могут быть односкатными и двускатными (выпуклый профиль с подъемом к середине тоннеля). В средней части тоннеля на переломе профиля устраивают разделительные площадки длиной 250 500 м с уклонами до 3 ‰ в обе стороны.

Односкатный продольный профиль применяют обычно для петлевых, спиральных и коротких перевальных тоннелей, а двускатный - для длинных перевальных тоннелей. При выборе вида продольного профиля учитывают рельеф местности, горно-геологические условия эксплуатации тоннеля.

Минимальный продольный уклон в тоннеле принимают по условиям обеспечения водоотвода равным 3 ‰. Максимальный продольный уклон принимают по условиям обеспечения оптимальных режимов вентиляции равным 40 ‰.

16

Рис. 2.3. Геологический продольный разрез по оси тоннеля

При длине тоннеля до 500 м в сложных топографических условиях допускается увеличение17 продольного уклона до 60 ‰. На подходах к тоннелям длиной 250 м от портала