|
Читайте также: |
1.1. Инженерно-геологическое описание продольного разреза по трассе тоннеля.
Инженерно-геологические изыскания осуществляются с полнотой, которая достаточна для оценки условий строительства и разработки прогноза взаимодействия геологической среды и подземного сооружения. Эти изыскания выполняются по особой программе, результатом которой является соответствующая документация, описывающая гидрологические условия, геологическое строение массива, в котором ведётся строительство, геологические процессы и явления (сейсмичность), трещиноватость, складчатость и разрывные нарушения, теплофизические и другие характеристики. Проектируется перегонный тоннель метрополитена. План трассы – прямая. Он проходит в слабых и не обводнённых грунтах. Имеются три вида грунтов. Один из них – суглинок тяжёлый с крепостью f=1, другой грунт – песок плотный с крепостью f=0,8, третий грунт – туф с крепостью f=3.
1.2. Обоснование продольного профиля тоннеля.
При проектировании профиля перегонного тоннеля учитываются следующие факторы:
ü трасса должна располагаться в однородных и, по возможности, в наиболее благоприятных инженерно-геологических условиях; тоннель проходит через суглинок тяжёлый крепостью f=1, туф с крепостью f=3 и песок плотный крепостью f=0,8;
ü - уклон тоннеля, для обеспечения водотока, должен быть не менее 3 о/оо и не более 40 о/оо.
Таким образом, учитывая всё выше сказанное, принимаем следующий профиль трассы: участки длиной 160, 1104 и 160 м с уклоном 3 о/оо и участки длиной 216 и 160 м. с уклоном 30 о/оо.
Длина трассы составляет 1800 м.
1.3. Варианты тоннельных обделок.
Обделки выбираются в зависимости от габарита приближения строений, от инженерно-геологических и гидрологических условий, от материала, от производства и технико-экономических факторов. Предпочтительны сборные обделки кругового очертания, их преимущество в следующем:
ü Возможность лучшего восприятия всестороннего давления;
ü Данный тип обделок обеспечивает минимальное количество типов размеров;
ü Данный тип обделок наиболее удобен при конструировании с помощью щитов;
ü Сборные обделки позволяют применять конструкции индустриального изготовления, которые обладают лучшим качеством;
ü Способность воспринимать нагрузку сразу после монтажа.
Наряду с преимуществами имеется ряд недостатков:
ü Многошовность конструкции обделки;
ü Необходимость гидроизоляции;
ü Дороговизна.
Сооружение тоннеля щитовым способом накладывает следующие ограничения на обделки:
ü Обделка должна быть прочной и устойчивой сразу же после монтажа, причем как на восприятие постоянной, так и на восприятие временной нагрузки;
ü Обделка должна быть долговечной, водонепроницаемой, обеспечивать удобство работ по гидроизоляции;
ü Из условий изготовления, транспортировки и монтажа следует, что обделка должна иметь минимальное число типов размеров и собираться из одинаковых взаимозаменяемых элементов.
Процесс конструирования сборной обделки перегонного тоннеля предполагает такую последовательность действий:
ü Исходя и габарита приближения строений Смк, принимают внутренний диаметр обделки;
ü Устанавливают материал и в соответствии с его механическими характеристиками определяют форму рабочего сечения и её наружный диаметр (толщина блока или высота кольцевого борта тюбинга);
ü Назначают ширину кольца по длине тоннеля;
ü Производят разбивку кольца на составные элементы – тюбинги или блоки;
ü Определяют способ соединения элементов в кольцо и колец между собой и назначают основные геометрические параметры элементов;
ü Решают вопрос обеспечения водонепроницаемости обделки.
Вариант №1.
Железобетонная обделка с трапецеидальными блоками.
Данный тип обделки включает нормальное кольцо, состоящее из четырёх блоков типа «К» и четырёх «Н», а также универсальное коническое кольцо – из четырёх блоков «Ку» и четырёх «Ну». Блоки в кольце имеют плоские стыки, при этом продольные торцы блока симметрично наклонены относительно продольной оси тоннеля так, что каждый блок имеет в плане трапецеидальную форму. На продольных торцах блоков типа «К» устроены центрированные цилиндрические пазы, которым соответствуют цилиндрические гребни на продольных торцах блоков типа «Н». На каждом кольцевом торце блока предусмотрены два пластмассовых патрона, в которые устанавливают пластмассово-металлические дюбели, обеспечивающие связь между кольцами. Коническая форма двухсторонних дюбелей, вдавливаемых гидроцилиндрами щита в пластмассовые патроны блоков двух смежных колец, в сочетании с направляющими элементами шпунтового соединения блоков в кольце обеспечивает высококачественный монтаж обделки. Гидроизоляция стыков обделки достигается установкой неопреновых прокладок, закрепляемых в канавке, устроенной по периметру блока у его внешней поверхности. Со стороны тоннеля стыки при необходимости могут быть расчеканены безусадочными составами.
Вариант №2.
Обделка из железобетонных тюбингов с болтовыми связями
по поперечным и продольным бортам.
Как и чугунная, железобетонная тюбинговая обделка состоит из элементов коробчатого сечения, которые соединены в кольцо рабочими болтовыми связями. Благодаря рабочим болтовым связям между тюбингами в кольце и перевязке продольных стыков в смежных кольцах достигаются работа конструкции как упругого кольца в условиях неравномерной нагрузки на обделку, достаточная жёсткость и устойчивость обделки, как в поперечном сечении тоннеля, так и вдоль его оси. Это качество особенно важно для обделок тоннелей, расположенных в грунтах с относительно невысоким коэффициентом упругого отпора. Кроме того, такие обделки удобны в монтаже и обеспечивают близкую к проектной форму обделки как до начала работы с окружающим грунтом, так и под нагрузкой. Однако эта обделка имеет пониженную трещиностойкость и значительный расход металла на закладные части болтовых соединений.
Железобетонный тюбинг с болтовыми связями по поперечным и продольным бортам
1 – отверстие для болтовой связи в продольных стыках железобетонной обделки;
2 – отверстие для нагнетания;
3 – отверстия диаметром 40 мм для болтов диаметром 36 мм.
1.4. Технико-экономическое сопоставление обделок
| Наименование работ | Ед. изм. | Ст.ед. изм. у.е. | Тип I (трапец.) | Тип II (тюбинг.) | ||
| Кол-во | Ст-ть | Кол-во | Ст-ть | |||
| Разработка грунта щитом | м3 | 23,75 | 23,75 | |||
| Устройство сб. ж/б обделки -блочная -тюбинговая | м3 | 3,33 – | 732,6 – | – 3,33 | – 832,5 | |
| Первичное нагнетание раствора за обделку | м2 | – | – | 17,27 | 34,54 |
å = 922,6 å = 1057,04
1.5. Статический расчёт обделки.
1.5.1. Составление расчётной схемы.
Основные расчетные положения
Расчетные модели тоннельных обделок и внутренних подземных конструкций должны
соответствовать условиям работы сооружений, технологии их возведения, учитывать характер
взаимодействия элементов конструкций между собой и окружающим грунтом, отвечать
различным расчетным ситуациям, включающим возможные для отдельных элементов или всего
сооружения в целом неблагоприятные сочетания нагрузок и воздействий, которые могут
действовать при строительстве и эксплуатации тоннеля.
Нормативные нагрузки от горного давления следует назначать в зависимости от размеров выработки, глубины заложения тоннеля, физико-механических свойств и структурно-тектонических характеристик (в первую очередь, трещиноватости) массива, его обводненности,
а также способов производства работ. При этом следует учитывать данные, полученные при
строительстве тоннелей в аналогичных инженерно-геологических условиях. Для предварительных расчетов обделок на заданные нагрузки вертикальные и горизонтальные нагрузки от горного давления в условиях сводообразования следует принимать от веса грунта, заключенного в пространстве, ограниченном контуром свода и плоскостями обрушения, а в данном расчете в грунтах, в которых сводообразование невозможно, – от давления всей толщи грунтов над тоннельным сооружением.
Расчётную схему выбирают таким образом, чтобы она с возможно большим приближением отражала действительные условия работы конструкции в зависимости от инженерно-геологических условий, конструктивных особенностей и материала обделки, а также принятых методов производства работ. Одной из особенностей, определяющей выбор той или иной схемы, является взаимодействие конструкции с окружающим грунтом.
Для расчёта используется метод перемещений. Расчётная схема для этого метода составляется следующим образом:
ü плавное очертание обделки заменяется вписанным многоугольником;
ü распределённая внешняя нагрузка заменяется узловой;
ü сплошная упругая среда заменяется отдельными упругими опорами в узлах многоугольника;
ü жёсткость каждого стержня принимается постоянной по его длине.
Характеристики грунтов, необходимые для расчета нормативных нагрузок:
ü суглинок тяжёлый крепостью f=1, jн = 600, g = 1,8 т/м3, h2 = 13 м, ε = 0,7;
ü туф с крепостью f=3, jн = 700, g = 2,5 т/м3;
ü песок плотный крепостью f=0,8, jн = 400, g = 1,6 т/м3, h1 = 25 м, h1w = 7 м, ε = 0,55;
1.5.2. Определение нагрузки и других параметров системы «обделка – грунт».
Так как тоннель расположен в водонасыщенных грунтах, то следует рассчитывать вертикальную нагрузку с учетом гидростатического давления и веса грунта во взвешенном состоянии:
Вертикальная нормативная нагрузка:
Горизонтальная нормативная нагрузка:
Расчётное вертикальное горное давление:
, где
к1 = 1,1 – коэффициент от веса столба грунта;
к2 = 1,1 – коэффициент гидростатического давления;
Расчётное горизонтальное горное давление:
, где
к2 = 1,2 – коэффициент от веса столба грунта;
Определяем коэффициент упругого отпора грунта
,где
K0 – коэффициент удельного упругого отпора для суглинка тяжёлого,
;
Модуль упругости бетона B40 Ер= Еб ∙ α =36000 МПа=3600000 т/м3;
Определение геометрических характеристик сечения тюбинга:
Площадь сечения:
F = 0,104 м2
Момент инерции:
I = 0,00034 м4
1.5.3. Расчёт тоннельной обделки на ЭВМ.
В курсовом проекте производится расчёт обделок с использованием программы РК6. Эта программа позволяет производить расчёт конструкций представленных стержневой моделью в плоской постановке задачи.
РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ ТИПА
КОНСТРУКЦИЯ СИММЕТРИЧНА 16 узлов, 15 стержней
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
ОПИСАНИЕ УЗЛОВ В ПРЯМОУГОЛЬНЫХ КООРДИНАТАХ Таблица 1
--------------------------------------------------------------------------
::: Координаты, м: Сосредоточенные нагрузки:Запр.перем.:
: N:Расч:--------------------------------------------------------------:
:Узла: N: Х: У: Р верт: Р гориз: Момент:по-: Х: У:
::::: т: т: тм:вор:::
--------------------------------------------------------------------------
: 1: 1:.000: 5.365:.000:.000:.000::::
: 2: 2:.558: 5.306:.000:.000:.000::::
: 3: 3: 1.091: 5.132:.000:.000:.000::::
: 4: 4: 1.577: 4.852:.000:.000:.000::::
: 5: 5: 1.993: 4.477:.000:.000:.000::::
: 6: 6: 2.323: 4.023:.000:.000:.000::::
: 7: 7: 2.551: 3.511:.000:.000:.000::::
: 8: 8: 2.668: 2.962:.000:.000:.000::::
: 9: 9: 2.668: 2.402:.000:.000:.000::::
: 10: 10: 2.551: 1.853:.000:.000:.000::::
: 11: 11: 2.323: 1.341:.000:.000:.000::::
: 12: 12: 1.993:.888:.000:.000:.000::::
: 13: 13: 1.577:.512:.000:.000:.000::::
: 14: 14: 1.091:.232:.000:.000:.000::::
: 15: 15:.558:.059:.000:.000:.000::::
: 16: 16:.000:.000:.000:.000:.000::::
--------------------------------------------------------------------------
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
ОПИСАНИЕ СТЕРЖНЕЙ Таблица 2
---------------------------------------------------------------------------
:Номера:Распределен. нагрузки: Коэффиц.:Шар:Площадь: Момент: Модуль:
:узлов:---------------------: упругого:нир:сечения: инерции:упругости:
:-------: Q верт: Q гориз: отпора:---:: сечения:конструкц.:
:Нач:Кон: т/м2: т/м2: К,т/м3:Н:К: F,м2: J,м4: Е,т/м2:
---------------------------------------------------------------------------
: 1: 2: 75.720: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
: 2: 3: 75.720: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
: 3: 4: 75.720: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
: 4: 5: 75.720: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
: 5: 6: 75.720: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
: 6: 7: 75.720: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
: 7: 8: 75.720: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
: 8: 9: 75.720: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
: 9:10:.000: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
:10:11:.000: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
:11:12:.000: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
:12:13:.000: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
:13:14:.000: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
:14:15:.000: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
:15:16:.000: 33.680: 21818:::.104:.0003400: 3600000:
---------------------------------------------------------------------------
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
==========================================
:: Перемещения в системе Х У:
: Номера:--------------------------------:
: узлов: Угол: Горизонт.: Вертик.:
:: поворота: смещение: смещение:
:: (рад): (м): (м):
==========================================
: 1.00000.00000.02088:
: 2 -.00497.00009.01941:
: 3 -.00792 -.00084.01577:
: 4 -.00762 -.00287.01172:
: 5 -.00432 -.00497.00896:
: 6 -.00016 -.00578.00799:
: 7.00245 -.00496.00801:
: 8.00316 -.00329.00803:
: 9.00284 -.00158.00771:
: 10.00216 -.00027.00710:
: 11.00150.00052.00638:
: 12.00096.00088.00570:
: 13.00058.00089.00515:
: 14.00034.00070.00475:
: 15.00014.00038.00450:
: 16.00000.00000.00443:
------------------------------------------
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
=============================================================================
:: Зона:::::
:: взаимо-: Момент:Нормальная:Поперечная: Эксцентриситет:
: НН-:действия: (тм)::: (м):
::с грунтом:: сила: сила::
: -НК:---------:-------------------:::----------------:
::Нач.: Кон:В начале: В конце:в элементе:от момента:В начале:В конце:
::стер:стер: стержня: стержня: (т): (т):стержня:стержня:
=============================================================================
: 1- 2 12.052 -9.626 -160.026 -4.323 -.0753 -.0602:
: 2- 3 9.626 -3.279 -166.494 -11.320 -.0578 -.0197:
: 3- 4 3.279 4.620 -177.898 -14.083 -.0184.0260:
: 4- 5 -4.620 9.815 -191.577 -9.275.0241.0512:
: 5- 6 -9.815 8.293 -203.982 2.710.0481.0407:
: 6- 7 ** ** -8.293 3.119 -211.636 9.233.0392.0147:
: 7- 8 ** ** -3.119 -.020 -215.787 5.591.0145 -.0001:
: 8- 9 ** **.020 -1.370 -216.284 2.412 -.0001 -.0063:
: 9-10 ** ** 1.370 -1.598 -216.939.406 -.0063 -.0074:
:10-11 ** ** 1.598 -1.291 -221.621 -.547 -.0072 -.0058:
:11-12 ** ** 1.291 -1.086 -229.111 -.367 -.0056 -.0047:
:12-13 ** ** 1.086 -.564 -238.003 -.930 -.0046 -.0024:
:13-14 ** **.564 -.479 -246.585 -.151 -.0023 -.0019:
:14-15 ** **.479 -.377 -253.289 -.183 -.0019 -.0015:
:15-16 ** **.377 -.244 -256.997 -.236 -.0015 -.0010:
1.6 Проверка прочности сечений.
Определив внутренние усилия, проверяем прочность бетонных сечений по несущей способности. Для этого рассчитываем величину нормальной силы Nn, которую может воспринять данное сечение, и сравниваем её с величиной нормальной силы N полученной при расчёте.
Внецентренное растяжение происходит с большим эксцентриситетом:
где m = 0.9 – коэффициент условия работы, учитывающий неточность в назначении
расчётной схемы обделки;
к = 1 – коэффициент, учитывающий вид бетона (для тяжёлых);
Rp = 1,4 МПа – расчётное сопротивление бетона растяжению (В40);
b = 1 м – ширина сечения;
h = 0,2 м – высота сечения.
φ = 0,7
Проверка не выполняется, значит, прочность сечения не достаточна.
Для исправления этого недостатка необходимо принять ряд мер:
ü отказ от данной конструкции тоннельной обделки;
ü увеличение высоты сечения или (и) марки бетона;
ü изменение профиля трасы тоннеля, что позволит вести расчёт по нагрузке не на полный вес столба грунта, а по теории сводообразования.
Внецентренное сжатие:
Проверка не выполняется
1.7 Подбор количества арматуры.
Условие прочности сечения при симметричном армировании и внецентренном сжатии:
где e – эксцентриситет;
N – нормальная сила;
Rb – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;
Abc – площадь сжатой зоны бетона;
zb – расстояние от сжатой зоны до арматуры, работающей на растяжение;
zb = h0 - 0,5∙x
Rsc – расчетное сопротивление арматуры сжатию;
As, As` - площадь растянутой и сжатой арматуры;
x – высота сжатой зоны бетона;
a, a` - расстояние от центра тяжести арматуры до ближайшей грани;
a` = 30 – 40 мм;
Определение высоты сжатой зоны бетона:
zb = h0 - 0,5∙x =9,52 см
Определение относительной высоты сжатой зоны бетона ξ, ξR:
ξR = ω / (1+0,9Rs∙(1 – ω/1,1) / 500),
где ω – характеристика сжатой зоны бетона;
ω =0,85 - 0,008∙0,9Rb = 0,85 - 0,008∙22,0 = 0,692
< ξ = 0,81
Так как ξR > ξ, то имеем случай малых эксцентриситетов.
Принимаем верхнее армирование класса АIII As` = 863,5 мм2 11 d =10 мм
нижнее армирование класса АIII As = 895 мм2 4 d =28 мм
Дата добавления: 2015-09-03; просмотров: 74 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Расчет устойчивости низового откоса земляной насыпи. | | | Производство работ по сооружению тоннеля. |