Автор работы: Пользователь скрыл имя, 11 Апреля 2013 в 10:18, курсовая работа
В соответствии с заданием на курсовой проект, проектируемый тоннель будет заложен в твёрдых полускальных горных породах - змеевик (серпентин) выветрелый с коэффициентом крепости f = 4. Таким образом, предварительный выбор типа обделки произведен по табл. 4.1 [1]. Учитывая тот факт, что тоннель находится в породах естественной влажности для проектирования принимается 2-й тип конструкции обделки – пологий свод, опирающийся на гибкие стены .
Министерство образования
Государственное образовательное учреждение
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
(СибАДИ)
Кафедра «Мосты»
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Проектирование и строительство транспортного тоннеля, сооружаемого горным способом
Выполнил:
студентка МТ-06Д3
Гридасова А.Ю.
Принял:
ст. преп. Русанов В.Е.
Омск – 2010
Оглавление
Конструирование обделки тоннеля
Выбор габарита осуществлен в соответствии с заданной технической категорией дороги (I I I категория) и длиной тоннеля (960 м).
Для заданных условий габарит транспортной зоны тоннеля равен Г = 8000 мм (рис.1)
Рис.1. Габарит приближения строений и оборудования
В соответствии с заданием
на курсовой проект, проектируемый
тоннель будет заложен в твёрды
Учитывая выбранный тип конструкции по табл. 4.1 [1] выбираем расчетную схему обделки (рис.2).
Рис.2. Расчетная схема обделки
В качестве материала тоннельной обделки на начальной стадии проектирования принимается монолитный бетон.
Предварительно назначаемый класс бетона по прочности: B15.
Расчетное сопротивление бетона на осевое сжатие: Rb = 8,5 МПа.
Расчетное сопротивление бетона на осевое растяжение: Rbt = 0,75 МПа.
Модуль упругости бетона: E = 23000 МПа.
Так как тоннель заложен в породах естественной влажности, то марка бетона по водонепроницаемости W4.
Марка бетона по морозостойкости принята F200 для суровых климатических условий в необводненных породах.
Поперечное сечение проектируемого тоннеля можно условно разделить на элементы: свод, стены, обрез фундамента.
При назначении размеров элементам поперечного сечения обделки были использованы рекомендации [1], табл. 3.7. с учетом значения коэффициента крепости f = 4 (по заданию).
Толщина замкового сечения hз = 550 мм.
Толщина условной пяты свода hп = 600 мм.
Толщина стен тоннеля hст = 700 мм.
Толщина обреза фундамента ho = 800 мм.
Размеры обделки определены аналитико-графическим способом с использованием среды автоматизированного проектирования AutoCAD.
Пролет свода тоннеля в свету определен по формуле:
l0 = Г + П + ЗП + 2 · dз = 8 + 0,75+0,5 + 2·0,1= 9,45м,
где П – ширина служебного прохода;
dз – ширина зазора между стенами и углами габарита, гарантирующего обеспечение габарита приближения строений и оборудования при возможной неточности размеров при сооружении обделки и деформации конструкции при эксплуатации ([1], стр. 24).
b=2,5-4,0
Проектный радиус внутреннего очертания свода : r0 = 4,8мм.
Дальнейшее определение размеров выполняется графическим способом с использованием программы AutoCAD:
- черчение габарита
приближения строений и
- учет зазоров по 100 мм слева и справа от ГПСО;
- расстояние от замка
свода до верхней границы
- черчение окружности радиусом 4,8 м из центра дуги внутреннего свода;
- пересечение окружности с вертикальными линиями, ограничивающими пролет свода в свету;
- обрезка окружности
и линий, получение
- черчение внешней
части свода и стен, используя
толщины свода в замковом
- расстояние по вертикали от подошвы стен тоннеля (обреза фундамента) до нижней точки ГПСО принято 0,7 м;
- черчение подошвы
стен тоннеля (обреза
- черчение осевых линий свода и стен тоннеля.
Конструкция тоннеля представлена на рис.3.
Рис.3. Эскиз конструкции тоннеля
Конструкция дорожной одежды состоит:
- из основания, обеспечивающего необходимую жесткость;
- выравнивающего слоя из бетона,
обеспечивающего требуемые
- покрытия.
Для проектируемого тоннеля применяется:
- гравийно-щебеночное основание;
- поперечный уклон проезжей части 20‰;
- выравнивающий слой из бетона толщиной принимается в нижних точках проезжей части h1 = 100 мм, по оси проезжей части по формуле:
h2 = 0,5 · Г · i + h1 = 0,5 · 8000 · 0,020 + 100 = 180мм,
где i – поперечный уклон проезжей части;
- асфальтобетонное покрытие толщиной 120 мм.
Рис. 4. Конструкция дорожной одежды
Общий вид расчетной схемы представлен на рис.5.
В курсовом проекте предусматривается расчет конструкции обделки с использованием программного комплекса (ПК) ЛИРА.
В ПК ЛИРА реализован метод конечных элементов, позволяющий решать задачи строительной механики в численном виде.
Данная конструкция тоннеля может быть представлена в виде системы из стержней соответствующей жесткости.
Стены – вертикальные прямые, криволинейное очертание свода заменено ломанным.
Геометрические размеры стержневой расчетной схемы получены по осям свода и стен тоннеля, в соответствии с разработанной конструкцией тоннеля (рис.3) с использованием программы AutoCAD.
Общий вид расчетной схемы с необходимыми размерами для использования в ПК ЛИРА представлен на рис.5.
Рис. 5. Геометрические параметры расчетной схемы
Нагрузки, действующие
на тоннельные обделки, определяются в
зависимости от глубины заложения
и размеров выработки, климатических,
инженерно-геологических и
Все виды нагрузок делятся на постоянные, оказывающие на обделку регулярное воздействие, и временные, которые имеют кратковременный или периодический характер, а также особые нагрузки, возникающие в аварийных ситуациях.
В данном курсовом проекте расчёт обделки производится только на основные сочетания нагрузок, состоящих из постоянных нагрузок и воздействий. Временные нагрузки от транспорта компенсируются реакцией основания. Таким образом, временные нагрузки не влияют на работу свода и стен обделки тоннеля.
Равномерно распределенная нагрузка от собственного веса обделки определяется в ПК ЛИРА в автоматическом режиме в зависимости от параметров сечения стержневых элементов стен и свода тоннеля и удельного веса используемого материала обделки.
Удельный вес бетона обделки принят равным R0= gb = 24 кН/м3, где
R0 - удельный вес материала бетона.
Коэффициент надежности по нагрузке по табл. 4.3 [1] g f = 1.2 учитывается в расчетном сочетании нагрузок в ПК ЛИРА для собственного веса обделки.
Так как тоннель заложен на глубине 120 м, то возможно естественное сводообразование в соответствии с гипотезой Протодьяконова, по которой вертикальное горное давление создаётся весом породы, заключённой в пространстве, ограниченном сверху контуром свода давления, а по бокам плоскостями обрушения. Схема определения горного давления с использованием гипотезы сводообразования представлена на рис.6. Эскиз свода давления и призм обрушения представлен на рис.7.
Пролет свода давления L определен по формуле:
L = B + 2 · h · tg (45° – 0.5 · j) = 10,85+ 2 · 10,11 · tg (45° – 0,5 · 70°) = 14,415
где B – пролет выработки ;
h – высота выработки;
j – угол внутреннего трения породы (по заданию).
Высота свода давления h1 определена по формуле:
h1 = 0,5 · L / f = 0,5·14,415/ 4 =1,8 м,
где f – коэффициент крепости породы.
Рис. 6. Определение горного давления при сводообразовании
Рис. 7. Свод давления и призмы обрушения
Обоснование возможности применения гипотезы сводообразования выполнено по формуле:
H1 ≥ 2 · h1, где H1 – глубина заложения тоннеля от шелыги свода до земной поверхности (или до контакта со слабыми породами).
(120 м) > (2 · 1,8 = 3,6 м) – условие допустимости гипотезы сводообразования выполняется.
Нормативное вертикальное горное давление принято в виде равномерно распределенного с интенсивностью qн, определенной по формуле:
qн = g · h1 = 24 · 1,8 = 43,2 кПа,
где g – удельный вес породы (по заданию).
Расчетное вертикальное горное давление определено по формуле:
qр = qн · g f = 43,2· 1,6 = 69,12 кПа,
где g f – коэффициент надежности для нагрузки от вертикального горного давления при сводообразовании в скальных породах по табл. 4.3 [1].
Нормативное горизонтальное горное давление принято в виде равномерно распределенного по высоте с интенсивностью pн, определенной по формуле:
pн = g · (h1 + 0,5 · h) · tg2 (45° – 0,5 · j), однако
если λ = tg2 (45° – 0,5 · j )≤ 0,05…0,1, то горизонтальной нагрузкой пренебрегаем и вместо активного горизонтального давления учитываем упругий отпор породы по боковой обделке.
λ = tg2 (45° – 0,5 · j)= tg2 (45° – 0,5 · 70°) = 0,03≤ 0,05…0.1
Следовательно, горизонтальной нагрузкой пренебрегаем.
Проектируемый тоннель располагается в породах естественной влажности, гидростатическое давление отсутствует.
Обделки тоннелей, расположенных в полускальных и скальных породах, которые обладают упругими свойствами, работают на восприятие внешних нагрузок совместно с окружающим породным массивом и образуют единую упругую систему. Такие породы оказывают сопротивление деформациям обделки при воздействии на неё внешних нагрузок, т.е. упругий отпор. При этом упругий отпор определяют только на той части контура обделки, которая под действием нагрузок может перемещаться в сторону породы.