4. Проектирование тоннельных конструкций.

1. Выбор и технико-экономическое обоснование конструктивных решений обделок.

Материалы тоннельных конструкций должны удовлетворять требованиям прочности, жесткости, долговечности, огнестойкости, химической стойкости, технологичности, ремонтнопригодности , экономичности. Обычно любую конструкцию проектируют, начиная с выбора материала, затем назначается сечение элементов конструкции и их очертания, а потом проверяется расчетом.

Форма и размеры транспортных тоннелей определяются типом транспорта, заданными габаритами приближения строений и конструкций, инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями, системой и объемом вентиляции, способом сооружения тоннеля. В зависимости от числа путей или полос движения и типа подвижного состава поперечное сечение транспортного тоннеля должно удовлетворять соответствующему габариту, представляющему собой условный контур, внутрь которого не должны заходить никакие части сооружений и устройств, за исключением, предназначенных для непосредственного взаимодействия с подвижным составом.

Внутренние размеры обделок железнодорожных тоннелей должны соответствовать габариту приближения конструкции “С”.

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 этих контуров. Основными из этих правил являются требования плавного изменения оси обделки и ее подъемистая подковообразная форма при преодолении вертикальных нагрузок. При отсутствии бокового горного давления стены подковообразной обделки могут проектироваться вертикальными, а свод очерчивается по двухцентровой кривой (для однопутного ж. д. тоннеля). В породах, оказывающих на обделку значительное боковое давление, а также склонных к пучению, необходимо замкнутое очертание обделки с обратным сводом или усиленным плоским лотком.

Между внутренним контуром обделки и угловыми (“критическими”) точками габарита должен быть обеспечен некоторый запас, обеспечивающий проход негабаритного подвижного состава из-за неточности строительных работ и деформаций конструкций . В слабых породах, этот запас можно принять равным 15 см, в крепких скальных- 5-10 см.

Экономические характеристики выражаются преимущественно денежными показателями , которые в курсовом проекте определяются подсчетом стоимости одного погонного метра обделки каждого типа по укрепленным расценкам на основные работы.

Основным материалом для сооружения тоннелей является монолитный бетон, железобетон и набрызг-бетон. Выбор того или иного материала производится и с учетом способа производства тоннельных работ. В данном случае используется монолитный бетон класса B25.

Конструкцию обделок выбирают в зависимости от характеристик грунтов. В данном случае конструкции обделок проектировались для грунтов крепостью f=1.2, f=5, f=12. Первая обделка запроектирована в мергеле f=1.2, следовательно по нормам проектирования в слабых грунтах сводовую часть принимаем толщиной 550мм и устраивается обратный свод, толщиной 300мм. Вторая грунта обделка запроектирована в сланцевом кварците крепостью f=12. В грунтах с такой прочностью делаем только сводовую часть 300мм, а по бокам наносим набрызг-бетон 50мм.

Третья обделка запроектирована в ангидриде трещиноватом f=5. В данном случае сводовую часть принимаем толщиной 400мм, низ обделки из обычного бетона

Переход от тоннеля в предпортальной выемке осуществляется при помощи портала для обеспечения устойчивости лобового и боковых откосов выемки, отвода воды с лобового откоса и архитектурного оформления входа в тоннель. Порталы тоннелей устраивают в зависимости от состояния грунтов на склонах горного массива и подходов к тоннелю врезной стеной или напорными с торцевой подпорной стеной либо выносными с искусственной засыпкой для уположения лобового откоса в случае неустойчивых склонов. Из опыта проектирования следует, что в крепких скальных грунтах глубина выемки назначается 15-20 м, а в слабых грунтах – 10-15 м, при этом минимальная высота засыпки под тоннелем должна быть не менее 2-3 м.

Портал устраивается на 2-3 м выше обделки, для того чтобы создать водоотводные устройства, засыпку для уплотнения дна откоса и т. д. При расположении торцевой стены под углом к оси тоннеля устраивают ступенчатый портал (при f=1.2). Кроме торцевой стены, в состав портала входят водоотводная канава и первое кольцо обделки, в наибольшей степени подвергающееся выветриванию. Для устройства портала выполняют срезку и укрепление лобового откоса. Торцевая стена связывается с первым кольцом обделки с помощью арматуры или отрезков прокатных профилей и опирается на боковые откосы выемки, в которые заделываются на необходимую глубину. Подошвы торцевой и боковых портальных стен заглубляются относительно низа кюветов в соответствии с глубиной промерзания в их основании. Предпортальные подпорные стены следует разделять по длине сквозными вертикальными швами на секции протяженностью не более 15 м, располагая подошвы каждой секции на однородном по сжимаемости грунта. Откосы и дно канав защищают от размыва и просачивания воды мощением или бетонным покрытием. Дно канавы располагают не ниже чем на расстоянии 1.5 м от верха тоннельной обделки для обеспечения слоя породы, достаточного для амортизации возможных ударов камней, скатывающихся с лобового откоса . Парапет стены должен быть не менее , чем на 1.1м выше верха канавы.