3. Вентиляция тоннелей.

При проектировании автодорожного тоннеля, вопрос о вентиляции решается до проектирования тоннельных конструкций, поскольку выбор системы вентиляции в тоннелях длиной более 300м в большинстве случаев определяет размеры их поперечного сечения.

Вентиляцию транспортных тоннелей следует предусматривать естественной или с механическим побуждением в зависимости от длины тоннеля и в соответствии с указаниям, приведенным в [1, с.52], [8, пункт 7.26-7.34].

Вентиляция должна обеспечивать эксплуатацию железнодорожного или автодорожного тоннеля в следующих режимах:

А – нормальный – осуществляется безостановочное движение транспорта с максимальной разрешенной скоростью при интенсивности, соответствующей часу «пик»;

Б – замедленный – осуществляется безостановочное движение транспорта со скоростью менее 20 км/час.;

В – транспортная пробка – имеет место остановка транспорта с работающими двигателями длительностью до 15 мин.

В курсовом проекте расчет вентиляции производится для нормального режима эксплуатации (режим А).

Целью проектирования вентиляции тоннелей является разработка мероприятий, обеспечивающих подачу в тоннель чистого воздуха в таком количестве, при котором вредные газовые примеси (интегральный показатель – окись углерода) разбавляются до безопасных предельно допустимых концентраций (ПДК).

Таблица 3.1.

ПДК окиси углерода в воздухе транспортной зоны тоннеля, мг/куб.м. :

Время нахождения транспортных средств в тоннеле t, мин	Т о н н е л ь
	железнодорожный	автодорожный
5	28	60
6	24	51
7	21	45
8	19	41
9	17	38
10	16	35
15	12	26
20	9	21

При выборе схем и систем вентиляции следует иметь ввиду, что скорость воздуха в транспортной зоне тоннеля не должна превышать 6 м/с., а в вентиляционных выработках и каналах – 20 м/с.

Железнодорожные тоннели. (Расчет ведется на прохождение составов с тепловозной тягой).

Исходные данные: длина тоннеля L (м), уклоны линии , q_co - количество СО , выделенного при сжигании 1кг топлива (зависит от вида топлива, в курсовом проекте можно принять q_co  0,5 ), уровень ПДК должен быть восстановлен через 15 минут после выхода локомотива из тоннеля, скорость движения воздуха в транспортной зоне должна быть не выше 6 м/с.

- время нахождения локомотива в тоннеле в секундах с учетом движения на участках с различными уклонами.

Расчетные скорости движения поезда: на подъем с i_max= 15%_o V_п = 20км/ч (5,6 м/с), на площадке и спуске – V_с = 90 км/ч (25м/с). Расчетная скорость при движении поезда на на подъем с уклоном i_i может быть определена путем интерполяции из выражения:

.

В зависимости от времени нахождения локомотива в тоннеле определяется ПДК окиси углерода по таблице 3.1.

Расчетом определяется количество воздуха, подаваемого для проветривания.

К моменту выхода локомотива из тоннеля концентрация вредных газов составит:

, г/м³,

где С_к - предельно допустимая концентрация СО, г/м³;

- количество вредного газа, выделенного в тоннеле, г;

K_i - количество сжигаемого топлива в тоннеле (кг/с), при движении на подъем К= 0,2 кг/с, на спуск - К= 0,01 кг/с;

U= F_Т . L_Т - объем транспортной зоны тоннеля, м³;

F_Т - площадь транспортной зоны тоннеля, м²;

L_Т - длина тоннеля, м.

Для того, чтобы к концу расчетного времени проветривания t = 15 мин. (900с.) в тоннеле установилась предельно допустимая концентрация СО, необходимо подать свежий воздух в объеме:

, м³/с.

Количество воздуха, определенное расчетом для проветривания железнодорожных тоннелей, может быть уменьшено на 20–30%, так как некоторое количество вредных газов уносится из тоннеля поездом.

Скорость воздуха в тоннеле:

4. Проектирование тоннельных конструкций. Проектирование тоннельных конструкций для горного/щитового способа сооружения тоннеля. Выбор и обоснование конструктивных решений обделки (внутреннее очертание, форма, размеры сечений, материал тоннельных обделок). Обоснование конструктивного решения порталов. Дополнительные сооружения в тоннеле.

Внутренние размеры обделок железнодорожных тоннелей должны соответствовать габариту приближения строений "С" (рис.4.1), приведенному в ГОСТ 9238, с учетом размещения за пределами этого габарита устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), светильников и кабелей, а также строительных допусков на сооружение обделки тоннеля [1, с. 64].

Размеры, показанные в виде дроби, означают: в числителе – для контактной подвески с несущим тросом, в знаменателе – без несущего троса.

На криволинейных участках пути габарит "С" должен быть увеличен вследствие наклона вагона и выноса его концов и середины в стороны от оси (рис. 4.2). Наклон вагона обуславливается возвышением h наружного рельса, которое назначают в зависимости от наибольшей скорости движения, допускаемой на кривой данного радиуса.

Рис.4.2. Габарит приближения строений "С" на криволинейном в плане участке пути.

В двухпутных тоннелях необходимо также увеличить междупутье [1, рис. 55]. Вертикальная линия, проведенная через середину отрезка, соединяющего крайние точки уширенного габарита, является осью тоннеля.

Между внутренним контуром обделки и угловыми (критическими) точками габарита должен быть обеспечен некоторый зазор, гарантирующий от появления негабаритности из-за неточности строительных работ и деформаций конструкции. В слабых породах этот запас достигает 15 см, в крепких скальных – 5…10 см.

Внутреннее очертание обделки зависит также от геологических условий. Практика проектирования определила ориентировочные границы геологических условий, в которых могут применяться обделки того или иного очертания, и выработала некоторые правила построения их контуров.

Основными из этих правил являются требования плавного изменения оси обделки и ее подъемистая подковообразная форма при преобладании вертикальных нагрузок [1, с. 65–68]. При отсутствии бокового горного давления стены подковообразной обделки могут проектироваться вертикальными, а свод очерчивается по круговой кривой (однопутные железнодорожные тоннели) или трехцентровой кривой (двухпутные железнодорожные и автодорожные тоннели) [1, рис. 58,а, б].

При воздействии вертикального бокового горного давления обделки однопутных железнодорожных тоннелей имеют внутреннее очертание в виде подъемистого свода, контур которого очерчивается по пяти- или трехцентровой коробовой кривой [1, рис. 58,в, г]. Обделкам двухпутного железнодорожного или автодорожного тоннелей в этих условиях обычно придают форму трехцентровой коробовой кривой [1, рис. 58,5, е].

При курсовом проектировании рекомендуется первоначально построить несколько вариантов внутреннего очертания обделки, руководствуясь приведенными выше положениями, а также требованиями, изложенными в [1, с. 65–68]. При этом, в качестве образцов могут быть использованы внутренние очертания обделок, приведенные в [1, с. 72—77]. Установив наиболее рациональный и экономичный вариант, следует подобрать радиусы круговых кривых и привязать их центры (к вертикальной оси обделки и уровню головки рельсов или проезжей части) таким образом, чтобы вычерченный контур с максимальным приближением описывал предварительно намеченный. Окончательно значения радиусов кривых и размеры, привязывающие их центры, устанавливаются графически по чертежу.

Нижняя часть обделки проектируется в соответствии с заданными геологическими, гидрогеологическими и климатическими условиями, в зависимости, от которых решается вопрос о необходимости устройства плиты или обратного свода, устраиваются верхнее строение пути и водоотводные лотки [1, с. 82—84].

Основными материалами для сооружения обделок горных тоннелей являются монолитный бетон, железобетон и набрызгбетон. Выбор того или иного из них производится в зависимости от географических, геологических, сейсмических и других условий, характеризующих особенности расположения тоннеля, с учетом способов производства тоннельных работ.

Значения класса бетона по прочности на сжатие следует применять не ниже:

В15 - для бетонных монолитных и набрызгбетонных обделок, порталов;

В25 - для железобетонных монолитных обделок.

Для обделки тоннеля, сооружаемого горным способом, в качестве материала обычно применяется монолитный бетон класса В20.

Для предварительного назначения геометрических размеров обделок из монолитного бетона в курсовом проекте можно пользоваться данными табл. 4.1. В скальных породах с коэффициентом крепости более f 4, при курсовом и дипломном проектировании допускается проработать варианты облегченных обделок, используя данные таблицы 4.2.

В пояснительной записке необходимо указать протяженность участков с однотипной обделкой с привязкой их к пикетажу и дать краткое обоснование принятых конструктивных решений на основе их технической и экономической оценки.

Технические характеристики выражаются в основном показателями натуральными, к которым могут быть отнесены: соответствие очертания обделки и размеров сечений инженерно-геологическим условиям, вид и расход материалов, степень механизации и индустриализации работ по возведению обделки, производительность и затраты труда и т. п.

Таблица 4.1. Геометрические размеры обделок из монолитного бетона
Тип тоннеля	Характер­ные сечения обделки (см. рис.)	Ориентировочная высота сечений бетонной обделки в сантиметрах при коэффициенте крепости пород по М. М. Протодьяконову
		f=1	f=2	f=3	f=4		f=5	f>6
Однопутный железнодорожный	Замковое сечение hз	55	50	45	40		35	30
Двухпутный железнодорожный		85	75	65	60		55	40
Для всех типов тоннелей	Условная пята свода hп	h п=(1,4...1,3)hз				hп=(1,3...1,1) hз
	Стена hст	hст=(1,6 ... 1,5) hз				hст=(1,5...1,3) hз
	По обрезу фундамента ho	ho=(2,0...1,8) hз				hл=(0.8…1,6) hз
	Обратный свод (лоток) hл	hл = (0,8 .. .0,7) hз

Таблица 4.2.

Конструкция обделок из набрызгбетона

Назначение тоннеля	Вид набрызг- бетонного покрытия	Коэффициент крепости f
		2–3	3–4	4–6	6–8	8
		толщина покрытия, мм
Однопутный железнодорожный	Сплошное С анкерами С арками и анкерами	– – -	– 200-150	– 200-150 150-200	200–150 150-100 100-150	150–100 100–50 -
Двухпутный железнодорожный или автодорожный (Г-8)	С арками и анкерами		200–150	150-100	100–50	-

Примечание. При всех типах обделки покрытие из набрызгбетона должно быть выполнено по металлической сетке.

Экономические характеристики выражаются преимущественно денежными показателями, которые в курсовом проекте определяются подсчетом стоимости 1 пог. м обделки каждого типа по укрупненным расценкам на основные работы.

Стоимость 1 пог. м обделки

№ п/п

Наименование основных работ по сооружению тоннеля

Единица измерения

Стоимость на единицу, руб.

Тип I

Тип II и т. д.

Колич.

Стоим.

Колич.

Стоим.

1 2 . .

Итого:

–

–

Водоотводные устройства и гидроизоляция тоннелей осуществляется согласно рекомендациям, приведенным в [1, с. 78–84] .

В целях безопасности обслуживающего персонала в железнодорожных тоннелях предусматриваются ниши, располагающиеся через 60 м с каждой стороны в шахматном порядке. Для хранения ремонтного оборудования и укрытия дрезины через каждые 300 м по обеим сторонам железнодорожного тоннеля вместо ниш сооружаются камеры. По этой же схеме устраиваются камеры в автодорожных тоннелях.

Конструкции порталов проектируется с учетом местных геологических и гидрогеологических условий и устойчивости откосов. Основные сведения о проектировании порталов тоннеля изложены в [1, с. 84–85].