Часть II. Производство работ по сооружению тоннеля. 2.1. Выбор способа производства работ

2.1. Выбор способа производства работ.

Участок тоннеля №3: f =1; грунт – глина тяжёлая ломовая L=320м.

Грунт относится к слабым (I группа), поэтому выработку раскрываем по частям

с немедленным закреплением обнажённого массива временной крепью (рис.2).

Работы по проходке тоннеля в данном грунте будем проводить, используя способ опёртого свода. Данный способ предусматривает сооружение в первую очередь верхней части обделки – свода. Вначале проходят нижнюю штольню 1. Из неё при помощи горизонтальных или наклонных поперечных ходков 2 открывают забой штольни 3, из которой раскрывают штольню 5. Затем разрабатывают в верхней штроссе 5 и в последнюю очередь – в боковых штроссах 8. Одновременно с раскрытием выработки бетонируются стены, а затем свод. В последнюю очередь раскрывают и бетонируют обратный свод.

.

Рис.2. Схема очерёдности раскрытия элементов подземной выработки в слабых грунтах.

Участок тоннеля №2: f = 8; грунт –ангидрид слаботрещиноватый L=480м.

При постройке тоннеля в крепком грунте не нужно не только немедленно после разработки грунта устанавливать временную крепь, но и в некоторых случаях можно обойтись без обделки. При проходке данного участка тоннеля мы будем использовать способ сплошного забоя, для которого характерно наличие одной плоскости забоя, что упрощает использование для бурения шпуров буровых рам с буровыми машинами, снабжёнными автоматическим управлением (рис.3).

Основные работы при этом способе из разработки грунта во всем забое 1 и бетонировании обделки 2 за один приём.

Рис. 3. Проходка тоннеля в крепком грунте способом сплошного забоя.

Участок тоннеля №1: f =4, грунт – туф L=560м.

Для проходки выработки в скальных грунтах с коэффициентом крепости от 4 до 6 при строительстве двухпутного железнодорожного тоннеля применяется уступный способ(рис.4).

Рис.4. Схема сооружения тоннеля уступным способом.

Вначале с опережением на 50-100м проходим калотту 1, затем раскрываем нижний уступ 2. После полного раскрытия выработки бетонируем обделку за один приём.

2.2. Буровзрывные работы.

Разработка полускальных и скальных грунтов с коэффициентом крепости более 2 осуществляется буровзрывным способом. В курсовом проекте мы произведём расчёт разработки участка тоннеля. Грунт разрабатываем буровзрывным способом f=8 (тип2).

2.2.1. Определение параметров буровзрывных работ.

В соответствии с заданными геологическими условиями в качестве ВВ выбираем аммонит N6 порошкообразный. Его характеристики:

· плотность, ∆ =1, 0 г/см³=1000 кг/м³;

· коэффициент работоспособности, е=1;

Определим удельный расход ВВ с учётом его работоспособности по формуле:

;

где е - коэффициент работоспособности ВВ;

ψ - коэффициент влияния плотности заряжения;

ω - коэффициент структуры и трещиноватости грунтового массива;

S - площадь сечения забоя.

Определим линию наименьшего сопротивления (ЛНС) отбойных шпуров по формуле:

;

где к - коэффициент зажима;

d - диаметр шпура, м;

γ - объёмная масса грунта, кг/м³.

Учитывая то, что обуривание забоя производится мощными бурильными установками и машинами принимаем прямой вруб. Расстояния между врубовыми шпурами – а_ш=0, 25м.

Площадь сечения забоя, взрываемого врубовыми зарядами будет равной

Расстояние между шпурами принимается:

• между отбойными а_о=(0, 8~0, 95)W₀= 0, 9*1, 06=0, 95м
• между подошвенными а_п=(0, 7~0, 9)W₀= 0, 8*1, 06=0, 85 м
• между контурными а_к=0, 5W₀= 0, 6*1, 06=0, 64

Далее вычислим количество шпуров на забой по формуле:

,

где - количество контурных шпуров;

- количество подошвенных шпуров;

- количество отбойных шпуров;

где - площадь сечения забоя, взрываемая отбойными шпурами;

где - площадь сечения забоя, взрываемая контурными шпурами;

m - коэффициент сближения контурных зарядов;

- площадь сечения забоя, взрываемая подошвен-ными шпурами;

S_вр - площадь сечения забоя, взрываемая врубовыми зарядами;

к_з - коэффициент заполнения шпура;

к_∆ - коэффициент уплотнения, для патронированных ВВ равен 1, 0.

Итак, общее количество шпуров:

шт.

С учётом крепости разрабатываемого грунта величина заходки W = 2.5м. Тогда длина комплекта шпуров определяется по формуле:

;

где η - коэффициент использования шпура.

Объём взрываемой породы равен:

.

Ориентировочно расход ВВ на взрыв равен:

.

Масса всех контурных зарядов

;

где к_к - концентрация заряда контурного шпура.

Средняя масса зарядов остальных шпуров

.

Масса зарядов врубовых, отбойных и подошвенных шпуров равна

;

;

.

Суммарная масса зарядов:

∑ Q=44, 5+16, 92+197, 47+24, 18=283, 07кг

2.2.2. Буровое оборудование.

Для бурения шпуров в забое выработки будем применять бурильные машины БУ-1 на базе буровой установки ББК-4м. Из расчёта, что на 8~10 м² площади обуриваемого забоя одна бурильная машина, следовательно количество одновременно работающих бурильных машин принимаем равным 8.

2.3. Временное крепление выработки.

Выбор типа временного крепления производим исходя из рекомендаций. Для грунтов крепостью f=8 применяем клинощелевые анкеры с металлической сеткой.

Длина анкеров - la= 1.8м и шаг расстановки анкеров а=1м.

2.4. Погрузка и транспорт породы.

Для выработок больших сечений (более50 м²) рекомендуется применять для погрузки породы погрузочные машины типа ПНБ непрерывного действия. В курсовом проекте

применяем машину ПНБ-3Д.

Вывозку породы будем производить автомобильным транспортом. Тогда для разминовки встречных транспортных средств и для поворота автотранспорта необходимо будет устраивать специальные ниши.

Для транспортировки породы из тоннеля будем использовать автомобильный транспорт – автосамосвалы МоАЗ-6401 с объёмом кузова 11 м³. Так как объём взорванной породы составляет 211 м³, то необходимое количество автосамосвалов равно 19.

2.5. Организации работ в забое, определение

параметров проходческого цикла.

Так как основными операциями проходческого цикла являются бурение шпуров в забое и погрузка взорванной породы, продолжительность цикла определяется по формуле:

,

где Т_б, Т_п, Т_всп - продолжительность операций бурения, погрузки и вспомогательных операций.

Продолжительность бурения определяется по формуле:

где N - число шпуров в забое;

l - средняя длина шпуров;

φ - коэффициент использования бурильных машин во времени;

β - коэффициент одновременности работы бурильных машин;

n - число бурильных машин;

v_б - чистая скорость бурения шпура, пог. м шпура в ч.

Чистая скорость бурения шпура определяется по формуле:

где к₁ - коэффициент, зависящий от типа бурильной машины;

к₂ - коэффициент, учитывающий влияние сжатого воздуха;

к₃ - коэффициент, учитывающий влияние диаметра головки бура;

к₄ - коэффициент, учитывающий глубину шпура.

Продолжительность погрузки взорванной массы грунта определится по формуле:

;

где W₃ - глубина заходки за цикл, м;

S - проектная площадь сечения выработки, м²;

к_п - коэффициент перебора;

к_р - коэффициент разрыхления грунта;

n - число погрузочных машин в забое;

β - коэффициент одновременности работы погрузочных машин.

Р_э - эксплутационная производительность погрузочной машины;

Эксплутационная производительность определяется по формуле:

м³/ч;

где φ - коэффициент использования машины;

Р_т - техническая производительность погрузочной машины;

t₁, t₃ - продолжительность простоя машины и различные потери времени, отнесённые к 1 м³ породы;

v - объём самосвала;

η -коэффициент заполнения самосвала.

Время на вспомогательные операции, ч

;

где Т₁ - время на подготовительные операции;

- время на заряжение шпуров

где N - число шпуров,

l - средняя длина шпура,

n - число заряжающих;

Т₃ - время на взрывание и проветривание;

Т₄ - время на прочие работы.

Тогда ч=3ч, 43мин.

На базе полученных данных построена циклограмма – графическое изображение последовательности работ. Полученная циклограмма представлена на втором листе чертежей.

2.6. Определение длины комплекта опалубки.

Выбрана параллельная схема бетонирования обделки с применением шарнирно-складывающейся телескопической опалубки.

При этом:

где - длина участка бетонирования;

- длина участка выдерживания бетона до набора прочности;

- скорость проходки;

- время выдерживания бетона в опалубке до набора прочности.

Бетон набирает 70% прочности через 12 суток, с применением активных добавок, ускоряющих скорость набора прочности время выдерживания можно сократить до 3-5 суток.

Принимаем длину секции опалубки равной 3, 3м, следовательно длина комплекта опалубки будет равна:

где l_c - длина секции опалубки;

n – количество секций.

2.7. Расчёт объёма работ, определение стоимости тоннеля.

Для определения стоимости сооружения тоннеля необходимо определить стоимость различных участков тоннеля с учётом их конструкции, способа производства работ по проходке тоннеля в различных грунтах. Данные о расценках на строительные работы взяты из «Единых норм и расценок на строительные, монтажные и ремонтно-строительные работы». Расчёт стоимости ведём в ценах 1984 года.

Для удобства вычисления и результаты оценки сведём в таблицу:

Определение стоимости тоннеля

2.8. Мероприятия по охране труда и технике безопасности.

На время выполнения взрывных работ бригада и механизмы располагаются в надежном укрытии на расстоянии 150-200 метров от забоя при наличии вытяжной вентиляции, в противном случае, удаляются из тоннеля.

Взрывник выполняет взрыв из укрытия на расстоянии не мене 75 метров от забоя.

Пост охраны располагается в месте размещения бригады.

Продолжение работ в забое допускается после его проветривания в течение 30-40 минут и осмотра места взрыва взрывником.

Образовавшиеся продукты взрыва могут служить причиной отравления людей. Для взрывных работ в подземных условиях гостехнадзором допущены к применению взрывчатые вещества, при взрыве 1кг которого выделяется не более 40 кубических метров ядовитого газа. Борьбу с газами ведут тщательным проветриванием выработки с целью разбавления ядовитых газов до ПДК. Ядовитые газы могут задерживаться в массе взорванной породы и не устраняться проветриванием. Поэтому перед началом работ по уборке породы из выработки, породу тщательно продувают сжатым воздухом, а также обрызгивают водой. Тогда окислы азота переходят в азотную и азотистые кислоты. Водой обрызгивают забой и выработку, прилегающую к нему на расстоянии до 20м.

Воздух подземной выработки должен содержать по объему не менее 20 % кислорода и не более 1, 5 % углекислого газа, и иметь температуру не менее + 2^оС зимой и не более 25^оС летом.

Правилами безопасности требуется не реже одного раза в неделю делать лабораторный анализ воздуха выработки на содержание кислорода, углекислого газа, окиси углерода и метана.

При использовании в выработке оборудования с двигателями внутреннего сгорания обязательно применение нейтрализаторов отработанных газов.

При отсутствии взрывных работ и действующих двигателей внутреннего сгорания в выработку следует подавать в 1 минуту не менее 6 кубических метров сжатого воздуха на каждого рабочего, находящегося под землей.

Допуск рабочих в забой разрешается по достижении концентрации условной окиси углерода 0, 008 % по объему, но не ранее чем через 15 минут после взрывания. Эта концентрация в 5 раз превышает ПДК при продолжительном пребывании (0, 0016%). Поэтому после допуска рабочих в забой необходимо непрерывное проветривание в объеме не менее 60% от первоначального.

Производительность труда и безопасность работ зависит от освещенности рабочих мест и длины откаточных путей, которая должна составлять не менее 15 метров. Все подземные выработки обеспечивают стационарным электрическим освещением, не требующим усиления вентиляции и безопасности при выделении газов. В выработках высотой более 4 метров допускается применять прожекторы с матовыми стеклами так, чтобы была исключена возможность их ослепляющего действия. В виду опасности поражения электрическим током, напряжение в сети освещения принимают равным 42 В. Лишь в готовой части сухих тоннелей допускается напряжение 220 В с осветительной проводкой, выполняемой изолированным проводом на фарфоровых изоляторах или роликах с высотой подвески не менее 2, 5 метров от УГР. Для перехода от напряжения наружной сети к напряжению принятому в выработках все пределов рабочей зоны устанавливают трансформаторы с низковольтными распределительными подстанциями.

3. Список используемой литературы.

1. " Проектирование тоннелей, сооружаемых горным способом" Методические указания.

Ю.С Фролов, ЛИИЖТ, 1983.

2. " Производство работ при строительстве тоннелей, сооружаемых горным способом"

Методические указания. Новосибирск, 1981г.

3. " Мосты и тоннели на железных дорогах" под редакцией В.О.Осипова, М.,

Транспорт, 1988;

4. " Тоннели и метрополитены" под редакцией В.Г. Храпова и д.р. М., Транспорт, 1989;

5. " Справочник инженера-тонельщика" под редакцией В.Е. Меркина и др., М.,

Транспорт, 1993г.

6. СНиП 32-04-97 “Тоннели железнодорожные и автодорожные” М., 1997.