СПОСОБЫ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ

4.3. Назначение поперечного сечения тоннеля

4.3.1. Внутреннее очертание обделок и габариты

Основой для построения внутреннего очертания тоннельной обделки является габарит приближения строений. Для железнодорожных горных тоннелей используется габарит С по ГОСТ 9238-2013 [5], принятый как основной на сети дорог колеи 1520 мм (рис. 4.3).

Габарит приближения строений: предельное поперечное перпендикулярное оси железнодорожного пути очертание, внутрь которого помимо железнодорожного подвижного состава не должны попадать никакие части сооружений и устройств, а также лежащие около железнодорожного пути материалы, запасные части и оборудование, за исключением частей устройств, предназначаемых для непосредственного взаимодействия с железнодорожным подвижным составом (контактные провода с деталями крепления, хоботы гидравлических колонок при наборе воды и другие), при условии, что положение этих устройств во внутригабаритном пространстве увязано с соответствующими частями железнодорожного подвижного состава и что они не могут вызвать соприкосновения с другими элементами железнодорожного подвижного состава.

20

линия приближения сооружений и устройств для путей, электрификация которых исключена даже при электрификации данного участка железнодорожной линии;

линия приближения зданий, сооружений и устройств (кроме пролетных строений мостов, конструктивных элементов тоннелей, галерей, платформ), расположенных с внешней стороны крайних путей перегонов и станций, а также у отдельно лежащих путей на станциях;

линия, выше которой на перегонах и в пределах полезной длины путей на станциях не должно подниматься ни одно устройство, кроме инженерных сооружений, настилов переездов, устройств приема и передачи информации, а также механизмов стрелочных переводов и расположенных в их пределах устройств СЦБ;

линия приближения фундаментов зданий и опор, подземных тросов, кабелей, трубопроводов и других, не относящихся к пути сооружений на перегонах и станциях, за исключением инженерных сооружений и устройств СЦБ в местах расположения сигнальных и трансляционных точек;

линия приближения конструктивных элементов тоннелей,

ворот и тому подобных сооружений и устройств на путях, предназначаемых для эксплуатации только специального подвижного промышленного транспорта, высотой не более 4700 мм и попадание на которые подвижного состава высотой более 4700 мм исключается;

линия приближения отдельно стоящих колонн, стоек проемов ворот производственных зданий, а также выступающих частей зданий (пилястр, контрфорсов, лестниц и др.) при их длине вдоль пути не более

1000 мм;

линия приближения погрузо-выгрузочных и сливно-наливных устройств, свесов крыш прирельсовых складов, устройств по техническому обслуживанию, экипировке и ремонту железнодорожного подвижного состава и других технологических устройств в нерабочем их положении, расположенных на станционных (кроме главных и приемо-отправочных) и портовых путях.

Построение габарита приближения строений в кривых

На кривых участках 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, обусловленного возвышением h наружного рельса. Принцип построения габарита приближения строений в кривых различных радиусов показан на рис.4.4.

22

допустимая концентрация окиси углерода в воздухе тоннеля не должна превышать следующих значений: при нахождении поезда в тоннеле до 5 мин

– 60 мг/м3; до 10 мин – 35 мг/м3; до 15 мин – 26 мг/м3; до 20 мин – 21

мг/м319 .

Время нахождения поездов в тоннеле определяют в зависимости от расчетной скорости их движения и длины тоннеля.

Назначенное внутреннее поперечное очертание тоннеля должно учитывать необходимость размещения приточного и вытяжного каналов вентиляции. После определения площадей поперечного сечения этих каналов следует проверить возможность их размещения внутри тоннеля и в необходимых случаях скорректировать размеры внутреннего поперечного очертания тоннеля.

4.3.3 Расчет площади вентиляционных каналов

Требуемую площадь поперечного сечения каждого из вентиляционных каналов определяют в такой последовательности [19]:

а) находят расход дизельного топлива тепловозом на участке пути на котором расположен тоннель, кг:

(4.7)

где –расход топлива тепловозом в режиме тяги в зависимости от расчетной скорости движения, кг/мин; - время работы дизеля тепловоза в режиме тяги, мин; - расход топлива тепловозом на холостом ходу или в режиме торможения; - время движения поезда в режиме холостого хода или при торможении. Величины расхода топлива на холостом ходу для марок тепловозов, приведенных в задании, представлены в таблице 1.4. Величины расхода топлива в режиме тяги в зависимости от скорости движения для марок тепловозов, приведенных в задании, в зависимости от расчетной скорости движения находят по топливным характеристикам, показанным на рис. 4.6.,

в) находят количество окиси углерода СО, выделяемой дизелем тепловоза:

односекционных тепловозов, предусмотренных в задании. Для двухсекционных и многосекционных тепловозов расход топлива увеличивается кратно количеству секций.

25

Рис. 4.6. Топливные характеристики тепловозов

26

г) определяют требуемый расход воздуха по условию снижения содержания СО до допустимой нормы, м3/с:

концентрация СО в воздухе транспортной зоны тоннеля, принимаемая равной 60 мг/м3;

– начальная концентрация вредного газа в тоннеле на момент входа поезда в тоннель, мг/м3.

Величину находят по формуле:

(4.10)

Расчетное время проветривания находят по формуле:

(4.11)

где – время прохода поезда по тоннелю, мин; – интервал движения поездов, мин;

д) определим площадь поперечного сечения каждого (приточного и вытяжного) канала:

(4.12)

В отдельных случаях для уменьшения площади поперечного сечения каналов по согласованию с руководителем допустимая скорость движения воздуха может быть принята равной 20 м/с.

Подобрав площадь поперечного сечения каждого из продольных вентиляционных каналов, эти каналы следует расположить в пределах внутреннего очертания тоннеля. Наиболее целесообразно и приточный, и вытяжной каналы размещать в верхней сводчатой части тоннеля вышетранспортной зоны. Если в верхней части тоннеля не достаточно места для расположения обоих каналов, то один из них (чаще всего приточный) располагают в нижней части тоннеля под проезжей частью. В тоннелях кругового поперечного сечения целесообразно всегда один из каналов располагать ниже транспортной зоны, а другой – выше. Для обмена воздухом между транспортной зоной и продольными каналами в тоннеле

27

предусматривают местные каналы и окна, размеры и расположение которых уточняют совместно с руководителем проекта.

Проектируя внутреннее очертание нижней части транспортной зоны тоннеля, следует учитывать необходимость устройства водосборных лотков открытого или закрытого типа. При этом суммарная площадь сечения двух лотков должна составлять 0,15 м². При двухскатном поперечном профиле проезжей части тоннеля эта площадь распределяется между парой лотков равномерно, а при односкатном поперечном профиле на кривых участках трассы – в соотношении 1:4.

4.4 Конструирование тоннельных обделок

Форма поперечного сечения тоннельной обделки выбирается с учетом степени устойчивости грунтов, величины и характера проявления горного давления, обводненности вмещающего тоннель горного массива и способов производства тоннельных работ.

Вмонолитных, невыветривающихся, неразмываемых породах выработка транспортного тоннеля может быть оставлена без обделки или при необходимости кровлю выработки закрепляют стойкими против коррозии железобетонными анкерами.

Вкрепких, но выветривающихся скальных грунтах горное давление отсутствует, поэтому в таких случаях устраивают облицовку контура выработки для защиты грунтов от выветривания и сохранения их несущей способности. Облицовочная обделка в кровле выполняется из набрызгбетона толщиной до 100–150 мм, нанесенного по стальной сетке, прикрепляемой к коротким анкерам временного типа. Бока выработки облицовываются слоем набрызгбетона толщиной 50–70 мм.

Вуказанных случаях входные участки тоннелей на длину не менее 6 м закрепляются несущей обделкой, способной воспринять также продольную составляющую горного давления, возникающую у порталов в выветренных грунтах.

Вмонолитных скальных грунтах (f = 6–8), оказывающих только вертикальное горное давление и обладающих достаточной прочностью в стенах выработки, тоннельная обделка может быть выполнена в виде монолитного бетонного свода, опирающегося на уступы стен, которым задают запасы 200–300 мм. Запасы уступов исключают возможные ослабления опор свода при взрывании штроссы. При этом необходимо, чтобы пролет свода не превышал его высоту более чем в 4 раза.

При более пологом своде резко возрастает изгибающий момент в замке, что требует значительного увеличения толщины обделки. Поэтому в таких грунтах более совершенной конструкцией, упрощающей технологию строительства тоннеля, является многослойный свод из набрызгбетона общей толщиной 150–200 мм с анкерами, армированный стальными сетками или

28

выполненный из фибробетона. Бока выработки защищают от выветривания слоем набрызгбетона толщиной 50–70 мм.

Взакрепленных таким образом выработках подошву выравнивают слоем бетона класса по прочности. В7,5 толщиной 150–200 мм, который служит основанием для щебеночного балласта в железнодорожных тоннелях.

Вслаботрещиноватых и трещиноватых скальных грунтах с коэффициентом крепости f < 6, оказывающих горное давление, устраивают несущие обделки, форма и конструкция которых зависят от величины и характера распределения горного давления.

Форме поперечного сечения обделок тоннелей, сооружаемых горным способом, придают подковообразное очертание в виде подъемистого свода, опирающегося на грунт или обратный свод. Такая обделка плавно огибает габарит приближения строений, а ее толщина, как правило, постепенно увеличивается от свода к пятам.

При отсутствии или небольшой величине бокового давления и отсутствии гидростатического давления стены обделки могут быть вертикальными с постоянной толщиной по высоте или с некоторым утолщением в нижней части (рис. 4.7,4.8 ,4.9) для лучшего опирания на подошву выработки.

Рисунок 4.7. Монолитная обделка однопутных тоннелей на железных дорогах первой категории (Слева – на прямой. Справа – в кривой).

29