геодезия конспект лекций

При траншейном способе строительства разрабатывают узкие траншеи на глубину стен, которые бетонируют до отметки перекрытия. После

окончания сооружения стен и затвердения бетона над будущим тоннелем выбирают грунт и бетонируют перекрытия. Затем через отверстия, оставленные в перекрытии выбирают грунт и бетонирую и лоток. В местах,

где тоннели проходят в непосредственной близости к зданиях вместо сплошных траншей роют отдельные колодцы, и стены тоннеля бетонируют небольшими по протяжению участками.

Тоннели глубокого заложения сооружают подземным способом через порталы или через вертикальные стволы и специальные камеры.

Через порталы сооружают тоннели в горной местности (рис. 2). Портал - сооружение, оформляющее вход в тоннель и предназначенное

для укрепления стенок откосов и лобовой стенки тоннеля, отвода воды от тоннеля и архитектурного оформления входа в него.

Если железнодорожная дорога под землю уходит не сразу, а постепенно, то перед тоннелем сооружают длинную, постепенно увеличивающуюся выемку, стены которой укрепляют бетоном или камнем. Сооружение, укрепляющее поход к тоннелю называется рамкой.

Рисунок 2 – Сооружение туннеля через порталы: МС – место сбойки

Тоннели метрополитена глубокого заложения сооружают обычно через вертикальные стволы. Стволы проектируют смещенными на 20-50 метров от трассы тоннеля (рис. 3).

После проходки и возведения ствола 1 до проектной глубины под землей строят рудничный двор 2. Для выхода от ствола на трассу 4 сооружают подходные штольни 3.

Один и тот же тоннель может одновременно сооружаться через стволы и через порталы.

По внешнему контуру поперечного сечения тоннеля сооружают постоянное крепление, называемое обделкой. Обделка бывает металлической или железобетонная, состоящая из отдельных колец шириной 0.75-1м. каждое кольцо собирается из отдельных сегментов, которые называются тюбингами.

Может быть обделка из монолитного бетона или железобетона. В крепких скальных породах контур тоннеля может оставаться без крепления - лишь неровности выравнивают бетоном.

Рисунок 3 – сооружение туннеля через вертикальные стволы: а) разрез; б) план

Для проходки тоннелей широко применяются щиты. Это мощное сооружение (диаметром 6м и более), которое с помощью домкратов подвигается в перед, а следом осуществляется крепление. Основное применение щитов - строительство перегонных тоннелей метрополитенов и коммуникационных тоннелей.

При щитовом способе в качестве временной крепи применяют стальной цилиндр - щит, имеющий диаметр, несколько больший, чем тоннельная обделка.

Породу перед щитом разрабатывают на ширину кольца обделки, после

чего щит передвигают в образовавшиеся пространство при помощи расположенных в нем гидравлических домкратов, которые упираются в последние кольцо обделки.

3.2. Понятие о габарите и форме поперечных сечений

Габаритом называют предельное очертание какого-либо сооружения. Размеры поперечных сечений тоннелей (ширина, высота) определяются пропускной способностью строящегося тоннеля.

В тоннелях на путях сообщения установлено три вида габаритов (рис.

4):

§подвижного состава;

§приближение строения;

§приближение оборудования.

Рисунок 4 – Габариты поперечного сечения туннеля Габарит подвижного состава (1) определяется контуром внутри

которого должен помещаться подвижной состав со всеми выступающими и висящими частями с учетом раскачки вагонов на рессорах во время движения, и возможных случаев наклонов вагонов при поломке.

Габарит приближения строения (2) определяется контуром очертания обделки тоннеля. Он представляет собой плавную кривую, проведенную по

крючках, светофоры, релейные шкафы, осветительные фонари и др.) Габаритный запас (4) - пространство между габаритом подвижного

состава и габаритом приближения оборудования. Он устанавливается

проектировщиками и является исходной величиной для расчета требуемой точности выполнения геодезических работ при сооружении тоннеля.

Форма поперечного сечения тоннеля зависит от следующих показателей: -размера тоннеля; -назначения тоннеля;

-способа сооружения (возведения); -величины, интенсивности и направления горного давления.

3.3. Назначение геодезических работ при проектировании и строительстве туннелей

При проектировании - получить необходимый топографо- геодезический материал.

При строительстве - правильно перенести в натуру оси трассы и очертание запроектированного тоннеля.

Наиболее важными и ответственными являются работы, связанные с обеспечением сбоек подземных работ с необходимой точностью.

Для удешевления строительства габаритный запас устанавливают как можно меньше (10 см для тоннелей метрополитена и ж/д). В результате этого повышаются требования к точности геодезических работ.

При строительстве геодезист выполняет очень большой объем работ. Основными работами являются:

§контроль за вертикальностью проходки стволов;

§проверка правильности установки каждого тюбинга;

§ведение щита по трассе;

§съемка контуров разработанной породы;

§съемка контуров внутреннего очертания обделки тоннеля;

§подсчет объемов выполненных работ по результатам выполненных съемок;

§контроль за возможными смещениями точек съемочного обоснования;

§наблюдения за деформациями тоннеля и сооружений на дневной поверхности.

При сдаче тоннеля в эксплуатацию вместе с исполнительными чертежами геодезисты сдают каталоги геодезического обоснования на поверхности и в тоннели.

При эксплуатации тоннелей геодезисты производят измерения для определения величины деформаций и принимают участие при рихтовке и пере укладке путей.

4. СПОСОБЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРАССЫ ТОННЕЛЯ

Применяют два способа проектирования трассы: геометрический и аналитический.

Геометрический способ

При геометрическом способе ось тоннеля трассируется непосредственно на поверхности земли.

Измеренные углы и линии вынесенной и закрепленной в натуре оси тоннеля принимают за основу при перенесении оси под землей. Поэтому

ошибки геодезических измерений оказывают влияния на точность проектирования.

Способ применим при сравнительно несложных топографических условиях и при отсутствии застройки.

Аналитический способ

Аналитический способ применяют при проектировании метрополитенов и тоннелей в сложных топографических условиях.

Сущность способа заключается в следующем:

1)Трассу наносят на план масштаба 1:2000 или более мелкого масштаба.

2)Графически определяют координаты вершин углов поворота.

3)Решая обратные геодезические задачи, вычисляют азимуты трассы и расстояния между вершинами поворотов. Углы вычисляют до 0.1, а расстояние до мм.

4)По азимутам отдельных участков определяют углы попорота и задаваясь длинной радиусов круговых кривых вычисляют до мм длины кривых и линий тангенсов.

небольшое смешение трассы по отношению к ситуации, но все точки поворота трассы будут между собой строго математически согласованы. То есть, на точность проектных расчетов будут влиять только ошибки округлений при определении основных элементов трассы.

3.4.1.Основные элементы трассы в плане и профиле

Вплане трасса состоит из прямых отрезков и круговых кривых. Такая

запроектированная трасса тоннеля в плане носит название разбивочной оси трассы.

Для более плавного перехода с прямого участка на кривую между ними вписывается переходная кривая переменного радиуса. В результате

вписывания переходных кривых круговая кривая смещается к центру кривизны на величину сдвижки р и радиус смещенной круговой кривой равен R-р.

Ось трассы, включающая прямые отрезки, переходные и смещенные круговые кривые, называется осью пути.

Для уравнивания действия центробежной силы на кривых внешний рельс возвышают по отношению внутреннему на величину h, которую для круговой кривой подсчитывают по формуле:

v 2 h=12,5* R

v - средняя скорость движения поездов, км/ч R - радиус кривой, в м.

В результате этого возвышения центр вагона смещается на величину q

(рис.1)

Рисунок 1 – Смещение оси туннеля на кривых Из подобных треугольников MLK и CLD можно написать:

LM/ED = MK/CE

Учитывая, что ED очень мало отличается от величины q можно записать:

d - высота центра вагона над головками рельсов,

а - расстояние между осями рельсов (для нормальной колеи а= 1524

мм.)

Следовательно, ось тоннеля необходимо сместить в сторону круговой кривой от оси пути на величину q .Тогда радиус кривой по оси тоннеля будет RT = R − p − q

Таким образом, на участках круговых кривых в проектных чертежах дается три оси трассы:

1.Разбивочная ось с запроектированным радиусом R;

2.Ось пути с радиусом R-p;

3. Ось тоннеля с радиусом R-(p+q).

Тоннели метрополитенов строят преимущественно однопутными. Для

движения поездов в прямом и обратном направлениях сооружают два параллельных тоннеля с расстояниями между осями D=25.4м.

Если двигаться между тоннелями по ходу возрастания пикетажа, то тоннель расположенный слева, называют левым, а справа - правым. Нулевые пикеты на правом и левом тоннелях располагают так, чтобы линия, их соединяющая была перпендикулярна к оси трассы (рис. 2).

Рисунок 2 – Расположение пикетажа на кривых двухпутного туннеля

На кривых участках длина и радиус круговых кривых неправом и левом путях проектируется одинаковыми. При таком положении на правом (внутреннем) пути укладывается меньшее количество пикетов, чем на внешнем. Вследствие этого на прямом участке за кривой, одноименные

пикеты левого и правого пути не будут находиться на одном перпендикуляре к оси пути (например, ПК 5’ и ГК 5).

Это вызывает неудобства при строительстве и эксплуатации. Поэтому прибегают к введению неправильных пикетов, длины которых могут быть больше или меньше 100 м.

Так как длины круговых кривых в левом и правом тоннелях одинаковы, то отклонение длины неправильного пикета от 100 м определяется величиной

а=а1+а2, где а1=а2.

Рассмотрим прямоугольный треугольник АОЛОП.

В нем А*ОП=Д (расстояние между путями),а а1=ОΛ*А, тогда: a1 = D * tg Q2

a = a1 + a2 = 2 * D * tg Q2

Величины а вводят или в последний пикет левого пути, или в последние пикеты левого и правого пути равными частями, но с разными знаками.

3.4.2. Расчет координат пикетов трассы

Для вынесения проекта тоннеля в натуру необходимо знать координаты всех пикетов трассы и точек кривых.

На прямых участках приращение координат между пикетами вычисляют по известным формулам

X I = d * cos αi ; Y = d*sinαi d -проектное расстояние между пикетами (100м);

αi -дирекционный угол прямых участков, определяемый через углы поворота трассы:

αi+1=αi+Qпр=αi-Qл;

Qпр и QЛ -соответственно угол поворота трассы вправо и влево.

С использованием этих формул вычисляют координаты НКК, ВУ, ККК. Координаты пикетов, расположенных на кривой, вычисляют двумя

независимыми путями: