1.5. Вентиляция тоннеля.

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

Система вентиляции тоннеля зависит от длины тоннеля, площади поперечного сечения, величины уклонов и радиусов кривых, вида транспорта и других условий. В процессе эксплуатации тоннеля, в воздух транспортной зоны попадают различные вредные вещества. Это выхлопные газы, газы, выделяемые окружающими породами. Кроме того, качество воздуха ухудшается также за счет повышения температуры, влажности и других факторов.

Расчет вентиляции тоннеля ведется по содержанию окиси углерода (СО) в транспортной зоне тоннеля. Концентрация СО в тоннеле не должна превышать предельно допустимую концентрацию.

Расчет искусственной вентиляции тоннеля.

• При движении в одном направлении.

1. Скорость движения на подъеме:

2. Скорость движения на спуске:

3. Время нахождения в тоннеле:

4. Количество сгораемого топлива:

5. Количество выделяемого газа:

6. Концентрация СО к моменту выхода локомотива из тоннеля:

7. Количество воздуха, необходимое для разбавления СО до ПДК:

,

где V - Объем воздуха в тоннеле

t - расчетное время, за которое необходимо разбавить (t=15мин=900с)

8. Скорость воздуха в тоннеле:

• При движении в противоположенном направлении.

В противоположном направлении тоннель абсолютно симметричен, следовательно, скорость воздуха в тоннеле:

Проверка выполняется. Применяем продольную систему вентиляции.

1.6. Статический расчет обделки на участке тоннеля

с крепостью грунта f = 4.

Составление расчетной схемы:

Выбор расчетной схемы статической работы конструкции наиболее важный этап расчета. Расчетную схему обделки тоннеля следует выбирать 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 статической работы тоннельных обделок, определяющей выбор той или иной схемы, является взаимодействие подземной конструкции с окружающим грунтовым массивом. Это взаимодействие тем активнее, чем крепче грунты, в которых сооружается обделка.

Расчет обделок производится методом Метрогипротранса. Для этого предназначена программа PК-6. Она позволяет вести расчет на любые сочетания сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок.

Расчетная схема устанавливается путем замены криволинейного очертания обделки вписанным многоугольнике, сплошной активной нагрузке – сосредоточенными в узлах многоугольника силами. Упругая среда заменяется упругими опорами, расположенными в вершинах многоугольника, толщиной стержней одинаковой по длине.

Определение параметров, необходимых для расчёта на ЭВМ, а также определение нагрузки, действующей на обделку:

Для расчета системы на ЭВМ:

1. Определяются координаты узлов, (из расчетной схемы).

2) Определяются вертикальные и горизонтальные нагрузки.

Вертикальное горное давление принимается равномерно распределенным по пролету выработки и определяется, как вес грунта в объеме вывала.

Рис.1. Схема распределения нагрузок.

На участке с крепостью f=4 обделка подковообразного очертания без обратного свода.

Основные геометрические размеры: высота H=9,66 м, толщина свода меняется от 0,600 до 1,00 м, ширина B=10,80 м.

Класс бетона обделки В25, расчетное сопротивление: на растяжение –10 кгс/см², на сжатие – 135 кгс/см².

Основные физико-механические характеристики горной породы: коэффициент прочности f=4, кажущийся угол внутреннего трения φ=60º, коэффициент упругого отпора к₀=300 кгс/см ², объемная масса грунта γ=2,1 т/м³.

Расчётные нагрузки:

Коэффициент упругого отпора в сводчатой части выработки:

Коэффициент упругого отпора под пятой:

Расчётная схема с расположением узлов представлена на рисунке №2:

Рис.2. Расчётная схема. Узлы.

Далее представлен расчёт внутренних усилий, действующих в обделке.

Расчет выполнен на ЭВМ с помощью программы ПК 6.

По результатам расчёта строим эпюры моментов и нормальных сил:

Рис.3. Эпюра моментов в обделке.

Рис.4. Эпюра нормальных сил в обделке.

Проверка прочности обделки.

После определения внутренних усилий (изгибающих моментов и нормальных сил) проверяют прочность бетонных сечений. Для этого вычисляют величину предельной нормальной силы N_П, которую может воспринять данное сечение, и сравнивают её с величиной нормативной силы N, полученной при статическом расчете для этого же сечения. При этом должно соблюдаться условие N_П > N.

Проверку прочности тоннельной обделки проводим для наиболее загруженных сечений 1 и 5 .

Для сечения 1. Проверяем эксцентриситет:

е₀=0,2599 м = 25,99 см ≤ 0,9*у=0,9*0,3=0,27 м 27 см;

где y – расстояние от центра тяжести сечения до наиболее сжатого слоя бетона обделки.

Условие выполняется, в этом случае работа сечения обделки рассматриваем как осевое сжатие.

В этом случае проверка прочности сечения производится по формуле:

;

где m - коэффициент условия работы (m=0,9);

k - коэффициент, учитывающий вид бетона ( k=1 );

R_р - расчетное сопротивление бетона осевому сжатию( R_р=115кгс/см² ).

b - ширина сечения ( b=100 см );

h - высота сечения ( 60см ).

Производим проверку: N=30,707 тс ≤ N_п=83,21 тс. Проверка выполняется, прочность обделки обеспечена.

Для сечения 6. Проверяем эксцентриситет:

е₀=0,2114 м = 21,14 см ≤ 0,9*у =0,9* 0,326=0,293 м = 29,3 см;

Условие выполняется, в этом случае работа сечения обделки рассматриваем как осевое сжатие.

В этом случае проверка прочности сечения производится по формуле:

;

Производим проверку: N=57,48 тс ≤ N_п=237,5 тс. Проверка выполняется, прочность обделки обеспечена.В дальнейшем увеличении толщины обделки нет необходимости, так как при принятых толщинах свода и стен прочность обделки обеспечена.