Плешко М.С. Способы сооружения тоннелей

ВВЕДЕНИЕ

Целью дисциплины «Способы сооружения тоннелей» является фундаментальная профессиональная подготовка в составе других базовых дисциплин цикла «Профессиональный цикл» в соответствии с требованиями, установленными федеральным государственным образовательным стандартом по специальности 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» для формирования у выпускника профессиональных компетенций, способствующих решению профессиональных задач в соответствии с видами профессиональной деятельности: производственно-технологическая, организа- ционно-управленческая, проектно-изыскательная и проектно-конструкторская, научно-исследовательская.

Для достижения цели поставлены задачи ведения дисциплины:

−подготовка студента по разработанной в университете основной образовательной программе к успешной аттестации планируемых конечных результатов освоения дисциплины;

−подготовка студента к освоению дисциплины «Содержание и реконструкция мостов и тоннелей»;

−подготовка студента к прохождению практики «Преддипломная»;

−подготовка студента к защите выпускной квалификационной работы;

−развитие социально-воспитательного компонента учебного процесса. Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих

компетенций:

−ПК-15 – способностью разрабатывать проекты и схемы технологических процессов строительства, реконструкции, капитального ремонта и эксплуатации железнодорожного пути, мостов, тоннелей, метрополитенов, а также их обслуживания, с использованием последних достижений в области строительной науки;

−ПК-24 – способностью оценить технико-экономическую эффективность проектов строительства, капитального ремонта и реконструкции пути, искусственных сооружений и метрополитенов;

−ПК-36 – способностью совершенствовать строительные нормы и технические условия, опираясь на современные достижения науки и передовых технологий в области общего и транспортного строительства.

В результате изучения данной дисциплины студент должен: Знать (обладать знаниями):

−принципы и методы изысканий, нормы и правила проектирования железных дорог, в том числе мостов, тоннелей и других искусственных сооружений;

−технологию строительства и технического обслуживания железнодорожного пути, мостов, тоннелей, водопропускных и других искусственных сооружений.

Уметь (обладать умениями):

4

− разрабатывать проекты производства работ по строительству объектов железнодорожного транспорта, железнодорожного пути и искусственных сооружений.

Для наиболее эффективного освоения компетенций, приобретения умений и навыков в части проектирования и строительства железнодорожных тоннелей учебным планом предусмотрено выполнение курсовой работы по дисциплине «Способы сооружения тоннелей». В настоящих методических указаниях представлены общие требования к организации работы при выполнении курсовой работы, цели и задачи, тематика, содержание, краткие указания к выполнению разделов курсовой работы и порядок ее защиты.

1 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТЫ СТУДЕНТА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа основывается на полученных теоретических знаниях при изучении дисциплины «Способы сооружения тоннелей», а также «Тоннельные пересечения на транспортных магистралях».

Государственным образовательным стандартом и учебным планом подготовки по направлению 271501 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей» предусматривается выполнение курсовой работы в учебном семестре. За период обучения студент должен:

− выбрать и согласовать преподавателем, ведущим дисциплину, тему ра-

боты;

−получить задание на выполнение курсовой работы;

−ознакомится с методическими указаниями, учебной и справочной литературой, передовыми проектными разработками по профилю курсовой работы;

−выполнить курсовую работу в соответствии с требованиями настоящих методических указаний к её структуре, объему, оформлению и графику выполнения;

−посещать все виды занятий и консультаций по дисциплине, своевременно предоставлять преподавателю подготовленные разделы курсовой работы

всоответствии с графиком;

−получить допуск защите курсовой работы у преподавателя, ведущего дисциплину;

−подготовить доклад и презентацию по материалам выполненной курсовой работы;

−успешно защитить курсовую работу.

Примерный график выполнения курсовой работы представлен в табл. 1.

5

является выбор темы студентом во время прохождения производственной практики. Темы курсовых работ закрепляются за студентами приказом ректора университета.

При решении более крупной задачи возможно создание коллектива студентов, работающих над комплексной курсовой работой, в которой каждый студент в соответствии с общей задачей выполняет свое конкретное задание. Так же допускается возможность «сквозных» комплексных курсовых работ (межкафедральных, межфакультетских) с привлечением студентов других направлений для решения соответствующих задач. Объем курсовой работы при этом увеличивается пропорционально количеству авторов.

Основная тематика курсовой работы посвящена вопросам проектирования и строительства железнодорожных тоннелей.

Объектом проектирования в курсовой работе может являться железнодорожный тоннель, тоннельный комплекс, вспомогательные сооружения тоннеля (штольни, сбойки, стволы и др.).

Примерный перечень тем курсовой работы по дисциплине «Способы сооружения тоннелей»:

1 Проект сооружения однопутного железнодорожного тоннеля горным способом.

2 Проект сооружения двухпутного железнодорожного тоннеля горным способом.

3Проект сооружения однопутного железнодорожного тоннеля щитовым способом.

4Проект сооружения двухпутного железнодорожного тоннеля щитовым способом.

5Проект сооружения сервисной штольни железнодорожного тоннеля горным способом.

6Проект сооружения сервисной штольни железнодорожного тоннеля горным способом.

7Проект сооружения тоннельного комплекса.

8Проект сооружения вспомогательных сооружений тоннеля. Исходными данными для разработки курсовой работы являются:

−ситуационный план района строительства;

−материалы инженерно-геологических изысканий по трассе тоннеля;

−данные о железнодорожной линии и требования к тоннелю.

Исходные данные оформляются преподавателем, ведущим дисциплину, в форме задания на выполнения курсовой работы, которое утверждается заведующим кафедрой, подшивается к пояснительной записке и является неотъемлемым элементом ее структуры.

7

4 СОСТАВ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

4.1 Общие положения

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части.

Обязательный минимальный объем графической части составляет 1 лист формата А1 или 4 листа формата А3 (при выполнении следует использовать современные системы автоматизированного проектирования). Минимальный объем расчетно-пояснительной записки должен быть достаточным для содержательного отражения пояснений ко всем разделам курсовой работы (в среднем 30 – 40 с. Объем приложений не регламентируется.

Допускается применение выпускником дополнительных иллюстративных материалов, применяемых наряду с обязательными чертежами графической части, такими как:

−3D-модели и макеты проектируемых тоннельных конструкций, узлов;

−иллюстрации, дополняющие или поясняющие чертежи графической части и др.

4.2. Состав и структура расчетно-пояснительной записки

Титульный лист

Пример оформления титульного листа представлен в Приложении 1.

Задание на курсовую работу

Пример оформления задания представлен в Приложении 2.

Содержание

Пример оформления содержания на курсовую работу представлен в Приложении 3.

Введение

Объем введения составляет 1 – 2 с. В нем отражается современное состояние вопроса проектирования и строительства транспортных тоннелей, приводятся цели и задачи курсовой работы.

1 Основные конструктивные решения железнодорожного тоннеля

Общий объем раздела до 15 – 18 с. В его состав входят следующие подразделы:

1.1 Исходные данные проектирования

Выполняется краткий анализ исходных данных, содержащихся в задании на проектирование, делаются выводы об особенностях района строительства, требованиях к объекту проектирования, сложности инженерно-геологических условий.

1.2 Проектирование плана и продольного профиля тоннеля

На основании ситуационного плана района сооружения тоннеля выполняется проектирование плана и продольного профиля тоннеля. За трассу тоннеля принято принимать его продольную ось, положение которой определяется планом и продольным профилем. Расположение тоннелей в плане должно удовлетворять

8

требованиям, предъявляемым к плану открытых участков железнодорожной линии или автодороги. Предпочтительнее располагать тоннель на прямых участках, поскольку кривые усложняют проходку тоннелей, ухудшают их вентиляцию и видимость пути.

Продольный профиль тоннеля представляет собой вертикальный разрез с указанием земной поверхности, мест выхода на поверхность порталов или рамп тоннеля, а также величин и направлений продольных уклонов тоннеля. Продольный уклон тоннеля выражается в процентах или промилле и определяется для каждого характерного участка тоннеля отношением разности высот между крайними точками к длине этого участка на плане (горизонтальному проложению).

В зависимости от количества участков с различными продольными уклонами тоннели подразделяются на односкатные, двускатные и многоскатные. Разработанный продольный профиль тоннеля приводится в графической части курсовой работы.

1.3 Габариты и форма поперечного сечения тоннеля

Определяются габариты, и производится выбор формы поперечного сечения тоннеля. Размеры поперечного сечения тоннеля определяются габаритами пропускаемого транспорта с учетом зазоров безопасности и размещения инженерных коммуникаций, осветительных и противопожарных систем и т.д.

Размеры поперечного сечения железнодорожного тоннеля должны приниматься в соответствии с [10], при этом для пролетных строений мостов, конструктивных элементов тоннелей, галерей применяются очертания габарита С.

На кривых участках железнодорожного пути габарит приближения строений однопутных тоннелей должен быть увеличен с учетом выноса концов и середины стандартного вагона с базой 17 м и длинной кузова 24 м от оси пути и его наклона.

Основными факторами, влияющими на выбор формы поперечного сечения тоннеля, являются: устойчивость горных пород; объемно-планировочные решения тоннеля, указанные в задании на курсовую работу; предполагаемые средства механизации, которые будут использованы при сооружении тоннеля.

1.4 Материалы тоннельных конструкций

Выполняется краткий анализ и производится выбор материалов тоннельных конструкций: обделки, порталов и т.п. Материалы для тоннельных обделок должны отвечать требованиям долговечности, прочности, морозостойкости, стойкости против агрессивных воздействий внешней и внутренней среды, несгораемости и не выделять токсичных соединений в условиях строительства и эксплуатация при нормальных и аварийных температурных режимах. На практике получили распространение обделки из монолитного бетона и железобетона, сборного железобетона, набрызгбетона, чугуна.

1.5 Конструкции тоннельных обделок

Производится выбор и конструирование тоннельных обделок для прямолинейных и криволинейных участков тоннеля графическим способом на основании определенных ранее габаритов и формы поперечного сечения тоннеля.

9

Монолитные обделки как правило применяют при горном способе сооружения тоннелей, при этом они имеют некруговую форму. Их выбор осуществляется исходя из горно-геологических условий участка строительства.

Сборные обделки получили наибольшее применение в сочетании со щитовым способом проходки тоннелей. Они могут выполнятся из чугунных тюбингов, железобетонных блоков и тюбингов.

1.6 Расчет тоннельной обделки

Производится расчет постоянных и временных нагрузок на тоннельную обделку. Выбирается метод расчета обделки и производится расчет с использованием соответствующих систем автоматизированного проектирования в необходимых случаях. Современные методы расчета тоннельной обдели можно разделить на три большие группы: методы расчета на заданные нагрузки, основанные на положениях строительной механики; методы расчета, учитывающие совместное деформирование обделки и окружающего породного массива, основанные на положениях теории упругости и механики сплошных и дискретных сред; приближенные численные методы расчёта, основанные на применении метода конечных элементов, реже метода граничных элементов.

Для расчета обделки в настоящее время применяют следующие системы САПР: ANSYS, COSMOS/M, Лира-Windows, SCAD GROUP, STAAD Pro, FEM models, PLAXIS, Robot Millennium, FLAC (Itasca Company), ABAQUS, ADAPT, CRISP, SOFiSTiK, CivilFEM, LS-DYNA, Z_SOIL и др.

1.6 Камеры, ниши и вспомогательные подземные сооружения в тоннеле

Приводятся основные технические решения по камерам, нишам и вспомогательным сооружениям тоннеля. Путевые камеры для размещения оборудования, инвентаря, материалов и механизмов при производстве ремонтных работ и ниши для укрывания людей устраиваются в железнодорожных тоннелях подковообразного поперечного сечения. Железнодорожные тоннели протяженностью более 3000 м должны иметь дополнительные эвакуационные выходы в рядом расположенные тоннели или в специально сооружаемые штольни безопасности, имеющие выходы на поверхность. Тоннели глубокого заложения могут сооружаться с помощью вертикальных стволов, которые в целях удобства при дальнейшей эксплуатации располагают на расстоянии 20 – 50 м от трассы тоннеля.

1.7 Порталы тоннеля

Приводятся основные технические решения порталов тоннеля. Портал предназначен для обеспечения устойчивости лобового откоса выемки, отвода воды, стекающей по склону массива, защиты пути или проезжей части от скатывающихся по склону отельных обломков породы, а также для архитектурного оформления входа в тоннель. В зависимости от крутизны склонов горного массива и состояния грунтов на склонах устраивают порталы в виде наклонных оголовков, с врезной или выносной портальной стенкой.

1.8 Защита тоннелей от подземных вод

На основании исходных данных разрабатываются мероприятия по защите тоннеля от подземных вод. Гидрозащита тоннеля осуществляется двумя основ-

10