Проектирование тоннельных конструкций

Внутренние размеры обделок железнодорожных тоннелей должны соответствовать габариту приближения строений "С" (рис.4.1), приведенному в ГОСТ 9238, с учетом размещения за пределами этого габарита устройств сигнализации, централизации и блокировки (СЦБ), светильников и кабелей, а также строительных допусков на сооружение обделки тоннеля [1, с. 64].

Размеры, показанные в виде дроби, означают: в числителе – для контактной подвески с несущим тросом, в знаменателе – без несущего троса.

На криволинейных участках пути габарит "С" должен быть увеличен вследствие наклона вагона и выноса его концов и середины в стороны от оси (рис. 4.2). Наклон вагона обуславливается возвышением h наружного рельса, которое назначают в зависимости от наибольшей скорости движения, допускаемой на кривой данного радиуса.

Рис.4.2. Габарит приближения строений "С" на криволинейном в плане участке пути.

В двухпутных тоннелях необходимо также увеличить междупутье [1, рис. 55]. Вертикальная линия, проведенная через середину отрезка, соединяющего крайние точки уширенного габарита, является осью тоннеля.

Автодорожные тоннели проектируют, как правило, для двухполосного движения в обоих направлениях.

Внутреннее очертание обделок автодорожных тоннелей описывается вокруг габарита приближения строений «Г» [1, с. 65].

Габариты приближения строений и оборудования автодорожных тоннелей, располагаемых на прямых участках в плане и кривых радиусом более 1000 м, следует принимать по ГОСТ 24451 (рис.4.3).

Ширину проезжей части Г назначают в зависимости от категории дороги и длины тоннеля в соответствии с приведенной на рисунке таблицей. Служебные проходы П шириной 750 мм принимаются для тоннелей, сооружаемых на дорогах I и II категорий, по обеим сторонам проезжей части; для тоннелей, сооружаемых на дорогах III и IY категорий, с одной стороны предусматривается устройство служебного прохода, с другой защитной полосы шириной 500 мм.

При наличии пешеходного движения могут дополнительно устраиваться тротуары (однополосные шириной 1000 мм или двухполосные шириной 1500 мм). При этом требуется понижать допускаемые концентрации окиси углерода в зависимости от времени пребывания людей в тоннеле.

При расположении тоннеля на кривой радиусом 700 м и менее проезжую часть уширяют. При радиусах кривых в пределах от 700 до 550, 500…450, 400…200, 200…150 и 125…90 м уширения соответственно назначают равными 0,40; 0,50; 0,60; 0,75; и 1,0 м [1, с. 65].

Если в подсводовой части тоннеля располагают вентиляционные каналы, то при построении внутреннего контура следует предварительно рассчитать объем воздуха, потребного для проветривания тоннеля, выбрать систему вентиляции и определить необходимую площадь вентиляционных каналов.

Между внутренним контуром обделки и угловыми (критическими) точками габарита должен быть обеспечен некоторый зазор, гарантирующий от появления негабаритности из-за неточности строительных работ и деформаций конструкции. В слабых породах этот запас достигает 15 см, в крепких скальных – 5…10 см.

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 их контуров.

Основными из этих правил являются требования плавного изменения оси обделки и ее подъемистая подковообразная форма при преобладании вертикальных нагрузок [1, с. 65–68]. При отсутствии бокового горного давления стены подковообразной обделки могут проектироваться вертикальными, а свод очерчивается по круговой кривой (однопутные железнодорожные тоннели) или трехцентровой кривой (двухпутные железнодорожные и автодорожные тоннели) [1, рис. 58,а, б].

При воздействии вертикального бокового горного давления обделки однопутных железнодорожных тоннелей имеют внутреннее очертание в виде подъемистого свода, контур которого очерчивается по пяти- или трехцентровой коробовой кривой [1, рис. 58,в, г]. Обделкам двухпутного железнодорожного или автодорожного тоннелей в этих условиях обычно придают форму трехцентровой коробовой кривой [1, рис. 58,5, е].

При курсовом проектировании рекомендуется первоначально на миллиметровке построить «от руки» несколько вариантов внутреннего очертания обделки, руководствуясь приведенными выше положениями, а также требованиями, изложенными в [1, с. 65–68]. При этом, в качестве образцов могут быть использованы внутренние очертания обделок, приведенные в [1, с. 72—77]. Установив наиболее рациональный и экономичный вариант, следует подобрать радиусы круговых кривых и привязать их центры (к вертикальной оси обделки и уровню головки рельсов или проезжей части) таким образом, чтобы вычерченный контур с максимальным приближением описывал предварительно намеченный. Окончательно значения радиусов кривых и размеры, привязывающие их центры, устанавливаются графически по чертежу.

Нижняя часть обделки проектируется в соответствии с заданными геологическими, гидрогеологическими и климатическими условиями, в зависимости, от которых решается вопрос о необходимости устройства плиты или обратного свода, устраиваются верхнее строение пути и водоотводные лотки [1, с. 82—84].

Основными материалами для сооружения обделок горных тоннелей являются монолитный бетон, железобетон и набрызгбетон. Выбор того или иного из них производится в зависимости от географических, геологических, сейсмических и других условий, характеризующих особенности расположения тоннеля, с учетом способов производства тоннельных работ.

Значения класса бетона по прочности на сжатие следует применять не ниже:

В15 - для бетонных монолитных и набрызгбетонных обделок, порталов;

В25 - для железобетонных монолитных обделок.

Для обделки тоннеля, сооружаемого горным способом, в качестве материала обычно применяется монолитный бетон класса В20.

Для предварительного назначения геометрических размеров обделок из монолитного бетона в курсовом проекте можно пользоваться данными табл. 4.1. В скальных породах с коэффициентом крепости более f ³4, при курсовом и дипломном проектировании допускается проработать варианты облегченных обделок, используя данные таблицы 4.2.

В пояснительной записке необходимо указать протяженность участков с однотипной обделкой с привязкой их к пикетажу и дать краткое обоснование принятых конструктивных решений на основе их технической и экономической оценки.

Технические характеристики выражаются в основном показателями натуральными, к которым могут быть отнесены: соответствие очертания обделки и размеров сечений инженерно-геологическим условиям, вид и расход материалов, степень механизации и индустриализации работ по возведению обделки, производительность и затраты труда и т. п.

Таблица 4.1. Геометрические размеры обделок из монолитного бетона
Тип тоннеля	Характер­ные сечения обделки (см. рис.)	Ориентировочная высота сечений бетонной обделки в сантиметрах при коэффициенте крепости пород по М. М. Протодьяконову
f=1	f=2	f=3	f=4	f=5	f>6
Однопутный железнодорожный	Замковое сечение hз
Двухпутный железнодорожный
Автодорожный (габарит Г-7)
Автодорожный (габарит Г-8)
Для всех типов тоннелей	Условная пята свода hп	h п=(1,4...1,3)hз	hп=(1,3...1,1) hз
Стена hст	hст=(1,6... 1,5) hз	hст=(1,5...1,3) hз
По обрезу фундамента ho	ho=(2,0...1,8) hз	hл=(0.8…1,6) hз
Обратный свод (лоток) hл	hл = (0,8...0,7) hз

Таблица 4.2.

Конструкция обделок из набрызгбетона

Назначение тоннеля	Вид набрызг- бетонного покрытия	Коэффициент крепости f
2–3	3–4	4–6	6–8
толщина покрытия, мм
Однопутный железнодорожный	Сплошное С анкерами С арками и анкерами	– – -	–   200-150	– 200-150 150-200	200–150 150-100 100-150	150–100 100–50 -
Двухпутный железнодорожный или автодорожный (Г-8)	С арками и анкерами		200–150	150-100	100–50	-

Примечание. При всех типах обделки покрытие из набрызгбетона должно быть выполнено по металлической сетке.

Экономические характеристики выражаются преимущественно денежными показателями, которые в курсовом проекте определяются подсчетом стоимости 1 пог. м обделки каждого типа по укрупненным расценкам на основные работы.

Стоимость 1 пог. м обделки

№ п/п	Наименование основных работ по сооружению тоннеля	Единица измерения	Стоимость на единицу, руб.	Тип I	Тип II и т. д.
Колич.	Стоим.	Колич.	Стоим.
. .
Итого:		–		–

Для оценки стоимости строительства тоннеля следует составлять сметы в новой базе 2001г. С этой целью рекомендуется использовать программный продукт “Smeta WISARD” ЗАО “ ВИЗАРТСОФТ”, который используется на предприятиях С.-Петербурга: Метрострой, Подземстройпроект, ПКТБ Петербургского метрополитена, трест Севзаптрансстрой и др.

Водоотводные устройства и гидроизоляция тоннелей осуществляется согласно рекомендациям, приведенным в [1, с. 78–84].

В целях безопасности обслуживающего персонала в железнодорожных тоннелях предусматриваются ниши, располагающиеся через 60 м с каждой стороны в шахматном порядке. Для хранения ремонтного оборудования и укрытия дрезины через каждые 300 м по обеим сторонам железнодорожного тоннеля вместо ниш сооружаются камеры. По этой же схеме устраиваются камеры в автодорожных тоннелях.

Конструкции порталов проектируется с учетом местных геологических и гидрогеологических условий и устойчивости откосов. Основные сведения о проектировании порталов тоннеля изложены в [1, с. 84–85].