Проектирование и строительство транспортного тоннеля, сооружаемого горным способом

e₀ = max{M/N; h/30; 0.01 м}= max{0,055; 0,026; 0,01} м, т.е. max e₀=>

e₀ = M/N=-44,1/(-795,5) = 0,055 м, т.е.  e₀< h/2, то должно выполнятся условие предельной продольной силы:

N ≤ R_b∙А_в,

R_b ∙g_в1∙g_в2 ∙g_в3 ∙ А_в = R_b ∙g_в1 ∙g_в2 ∙g_в3 ∙ b ∙h ∙[1-(2∙ e₀∙h)/h]= 8500∙0,9∙0,9∙0,9∙ ∙1∙0,8 ∙[1-(2∙0,055)∙1)/0,8]=5514,9 кН, тогда

N= -795,5 кН <5514,9 кН ®прочность в сечении 5 – 5 обеспечена.

 

 

3. Проектирование вентиляции тоннеля.

 

Рис.18. Схема расположения тоннеля

 

h_з = 120 м - глубина заложения тоннеля;

L=960 м - длина тоннеля;

i=9 %_о  - продольный уклон тоннеля;

1220 м   - высота тоннеля над уровнем моря;

1306,4 м   - отметка верха тоннеля.

1. Выбор системы вентиляции

Применение вентиляции в тоннелях обусловлено необходимостью снижения до допустимой концентрации вредных газов, устранения задымлённости  и запылённости воздуха, создания нормального  температурного режима. Искусственная вентиляция автодорожных тоннелей производится путём подачи свежего воздуха, удалении загрязнённого или одновременной подачи свежего и вытяжки отработанного воздуха.

 

Рис.19. Рабочая площадь тоннеля S_т

 

1. Определение состава транспортного потока.

  Состав автомобильного потока для курсового проектирования:

     1) автомобильный поток представлен легковыми автомобилями с карбюраторным двигателем m_л=30%, грузовыми автомобилями с карбюраторным двигателем m_гк=40%, грузовыми автомобилями с дизельным двигателем m_гд=20%, автобусами с карбюраторными двигателями m_ав=10%.

     2) количество грузовых автомобилей в общем потоке независимо от типа двигателей составляет: m_г=m_гк+m_гд=20+40=60%

     3) доли автомобилей с карбюраторным и дизельным двигателем в общем потоке определяется по формулам:

m_к=m_л+m_гк+m_ав=30+40+10=80% - доля автомобилей с карбюраторным двигателем в общем потоке;

m_д=m_гд=20% - доля автомобилей с дизельным двигателем в общем потоке.

m_к+m_д=100%

     4) доля каждой группы автомобилей с карбюраторным двигателем в общем потоке таких автомобилей вычисляется из предположения: m_л,кп+m_гк,кп+m_ав,кп=100%,

m_л,кп=100· m_л/ m_к=100·30/80=38% - доля легковых автомобилей в карбюраторном потоке;

m_гк,кп=100· m_гк/ m_к=100·40/80=50% - доля грузовых автомобилей в карбюраторном потоке;

m_ав,кп=100· m_ав/ m_к=100·10/80=12% - доля автобусов в карбюраторном потоке.

     5) дизельный поток представлен только одним видом автомобилей – грузовыми автомобилями m_гд,дп=100%.

     6) в расчетных формулах m_i подставляются в долях единицы:

m_л=0,3;      m_гк=0,4 ;     m_гд=0,2;      m_ав=0,1;

 m_г=0,6      m_к=0,8;         m_д =0,2;

 m_л,кп=0,38;     m_гк,кп=0,5;      m_ав,кп=0,12;      m_гд,дп=1,0.

Расход воздуха, который  требуется подавать в тоннель  для обеспечения нормальной эксплуатации, определяют из условий снижения до ПДК вредных газов и установления в тоннеле нормального температурного режима. Для расчета вентиляции принимают исходные данные: тип и назначение тоннеля, категорию дороги, площадь поперечного сечения тоннеля, длину тоннеля, высоту расположения над уровнем моря, продольный профиль и план тоннеля, интенсивность движения автомобилей, скорость движения автомобилей в колонне, состав автомобильного потока по типам автомобилей, систему вентиляции.

 

 

 

2. Определение расхода воздуха по ПДК СО.

В курсовом проекте допускается  производить расчет по ПДК вредных  газов в тоннеле только для  СО.

Расход воздуха м³/с, требуемый по условию снижения концентрации СО до       предельно допустимой:

,

 

L=0,960 км – длина тоннеля, односкатный.

J_a=1600 авт/ч – максимальная интенсивность движения автомобилей,

V_a=50км/ч – средняя скорость движения колонны автомобилей по тоннелю для дороги III категории[3, табл. 1.1];

Δ=60 мг/м -предельно допустимая концентрация СО в воздухе тоннеля, мг/м³, при этом время нахождения транспорта в тоннеле t, мин, определяется по формуле

мин,

но не менее 5 минут, принимаем t=5 мин.

Δ’=1 мг/м³ – концентрация СО в приточном воздухе;

      m_к, m_д – доли автомобилей с карбюраторными и дизельными двигателями в общем потоке;

m_к =0,4;               

m_д =0,2.

      с_пк, с_ск, с_пд, с_сд, - коэффициенты, учитывающие влияние уклона проезжей части тоннеля для различных скоростей движения на подъеме и спуске соответственно для автомобилей с карбюраторными и дизельными двигателями;

с_пк=1,26;       с_ск=1,14;        с_пд=1,69;       с_сд=0,89.

 

     q_к, q_д – количество СО, выделяемой одним “осредненным” автомобилем с карбюраторными и дизельным двигателем соответственно:

 где ηк=0,85…1,2 – коэффициенты избыточного расхода воздуха в горючей смеси для карбюраторных двигателей,

 ηд=1,5…2,5 – коэффициенты  избыточного расхода воздуха  в горючей смеси для дизельных  двигателей;

Gт.к., Gт.д – расход  топлива одним «осредненным» автомобилем, кг/ч:

В расмчете принимаю :

η _к=0,85       

η _д=1,5;

 кг/ч,

кг/ч;

p – процентное содержание СО в выхлопных газах по массе:

p_к=0,7%,;       

p_д=0,08%;

с_в – коэффициент, учитывающий влияние высоты расположения тоннеля над уровнем моря:

c_вк=1,82;

c_вд=1,46.

 

,

;

Расход воздуха в  тоннеле по СО:

.

 

 

3. Определение расхода воздуха по теплоизбыткам..

Расход воздуха, требуемый по условию удаления из тоннеля избыточного тепла и установления нормального температурного режима:

,

где Т – суммарные  теплоизбытки в тоннеле,

       a=1 кДж/кгК – удельная массовая теплоёмкость воздуха,

      t_т ,t_н – температура воздуха в тоннеле и нарухная на поверхности земли,

Для курсового проекта  допускается принимать температуру  наружного воздуха t_н  от -5 до +15 ºС. Температура воздуха в тоннеле t_m не должна превышать среднюю температуру наружного воздуха t_н более чем на 10…15ºС и не должна быть выше +35ºС.

Примем t_н =10°С и t_m =20°С.

       ρ_т – плотность воздуха в тоннеле при определенной температуре,

 ρ_т=1,205 кг/м³.

Т=Т_а+T_осв+Т_л+Т_пор,

где Т_а – тепловыделения автомобильных двигателей,

      Т_осв – тепловыделения устройств искусственного освещения,

      Т_л – тепловыделения находящихся в тоннеле людей,

      Т_пор – теплоприток из массива в тоннель, Вт.

 

,

h_к, h_д – низшая теплотворная способность бензина и ДТ,

h_к=44000кДж/кг;  h_д=42500кДж/кг;

μ_к, μ_д – доля тепловыделений карбюраторных и дизельных двигателей, μ_к=0,6,    μ_д=0,45.

 

 

Тепловыделения  автомобильных двигателей:

 

Тепловыделения устройств освещения:

.

- коэффициент перехода электроэнергии в тепло

 я в расчете принимаю 

- потребляемая мощность одновременно  включенных светильников, кВт

-потребляемая мощность одного светильника

=2-3-количество светильников в  поперечном сечении тоннеля

В расчете принимаю

L-длина тоннеля, км

=5-10- шаг светильников по длине  тоннеля

=10

 

                             

 

Рис.20. Схема расположения светильников в тоннеле

 

Тепловыделение  находящихся в тоннеле людей.

,

Где τ_i – среднее тепловыделение одного человека, Вт,

Принимаем τ_раб=175Вт,

 τ_вод=120Вт,

 τ_пас=τ_пеш=80Вт,

μ_i – максимальное количество людей, одновременно находящихся в тоннеле,

7<=μ_раб<=30,

,

где к_л=4 – количество пассажиров в легковых автомобилях;

к_г=2 – количество пассажиров в грузовых автомобилях;

к_ав=40 – количество пассажиров в автобусах;

μ_пеш=5·L>5=5·0,960≈5

 

Тепловыделения  породного массива (теплопотери  через обделку тоннеля), Вт:

 

,

где – периметр внутреннего контура тоннеля=32,49;

       – средняя температура породы на данной глубине, °С

°С

t_пор<t_тон, происходит теплоуход.

 

Н- глубина заложения  тоннеля, м

h- глубина пояса постоянных температур, равная 30-35 м,в расчете принимаю =30м

n- величина геометрической ступени,определяется в зависимости от отметки тоннеля выше уровня моря, м

n=25м

      R₀ – сопротивление теплопередаче обделки тоннеля,

,

α_в – коэффициент теплопередачи внутренней поверхности обделки;

α_н - коэффициент теплопередачи наружной поверхности обделки тоннеля;

R_Т – термическое сопротивление обделки тоннеля,

, где δ_i – толщина отдельного слоя,

λ_i – расчётный коэффициент теплопроводимости материала  отдельного слоя,

,

α_в= 8,7 Вт/м²К,

α_н=11,6 Вт/м²К.

,

;

Теплоизбытки на участке  тоннеля:

;

 

Расход воздуха по теплоизбыткам:

;

 

 

3.1.4. Обоснование  системы вентиляции.

После определения требуемых  расходов воздуха по ПДК СО и теилоизбыткам  в тоннеле определяется максимальное значение требуемого расхода воздуха, м³/с:

Q_max=max{Q_CO;Q_m}=max{176,6;228,13}

Выбор системы вентиляции определяют по допустимой скорости движения воздуха в транспортной зоне тоннеля V_в[3, табл. 1.9].

Средняя скорость движения воздуха в транспортной зоне тоннеля, м/с:

 м/с

где S_m=73,6 – сечение транспортной зоны тоннеля, м².

Так как V_в=3,10 м/с < 6 м/с, то принимается продольная система вентиляции.

 

 

 

 

 

2. Расчет вентиляционных установок.

3.2.1 Расчет давления воздуха в тоннеле

По нормативам, автодорожные тоннели  длиной более 400 м должны проветриваться с помощью специально устроенных и рассчитанных вентиляционных установок.

3.2.1.1 Расчет давления в тоннеле

Тяга воздуха определяется алгебраическая сумма давлений в тоннеле, Па, создаваемых действием отдельных факторов естественного проветривания.

где – соответственно давления вызванные, действием ветра, разностью температур, барометрического давления и поршневым эффектом автомобилей.

Давление за счет динамического  действия ветра, Па

где – скорость ветра, попутного или встречного движению воздуха в тоннеле, 4 м/с;

 – угол между направлением  ветра и осью тоннеля, 10 град.

 Па

Даление, вызванное разностью  температур воздуха на поверхности и в тоннеле, Па

где – разность высотных отметок порталов тоннеля, м;

– плотности воздуха снаружи  и в тоннеле соответственно, определяются для соответствующих темперетур [3 табл.1.6],кг/м³;

где – длина тоннеля, км;

 – продольный уклон, ‰.

 м

Давление за счет разности барометрических давлений у порталов, Па

В курсовом проекте допускается  вычислять данное давление по упрощенной формуле.

 Па

Давление вызванное поршневым  действием автомобилей, движущихся в одном направлении, Па

_где – миделевое сечение автомобиля, м²;

– площадь поперечного сечения тоннеля, м²;