Оглавление.
1. Аннотация (Annotation)
стр.
2
2. Общий раздел
3
2.1. История развития метрополитена. Метрополитен сегодня.
4
2.2. Введение.
8
2.3. Горно-геологические условия строительства.
9
2.4. Выбор и расчет сечения вертикального ствола.
10
2.5. Расчет паспорта буро-взрывных работ.
12
2.6. Расчет параметров замораживания массива.
14
2.7. Технология ведения работ по замораживанию породного массива.
17
2.8. Производство горнопроходческих работ.
19
3. Основная часть.
21
3.1. Нагрузки от горного давления на обделки вертикальных стволов метрополитенов.
22
3.2. Проверка несущей способности тюбинговых обделок вертикальных стволов метрополитенов.
29
3.3. Расчет параметров и построение паспорта прочности несущей способности тюбинговых обделок вертикальных стволов метрополитенов.
32
3.4. Проверка устойчивости тюбинговых обделок вертикальных стволов метрополитенов.
35
4. Приложения.
36
4.1. Программа для проверки несущей способности и построения паспорта прочности тюбинговых обделок вертикальных стволов метрополитенов.
37
5. Список используемой литературы.
57
1.Annotation
In this work analysis procedure for bearing capacity of tubbing liningfor shaft is presented. The analysis is camed out for two layer lining ring.The procedure is implemented into computer program for calculation the bearingcapacity of standart tubbing lining and allows to evaluate nonstandart tubbinglining performance. The program is designed for Microsoft Windows version 3.1or higher and OS/2.
2. Общий раздел
2.1.ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МОСКОВСКОГОМЕТРОПОЛИТЕНА. МЕТРОПОЛИТЕН СЕГОДНЯ.
Тоннели метрополитеновотносятся к категории капитальных сооружений, срок службы которыхпланируется не менее чем на столетие. Поэтому не случайно теоретикметростроения П.И.Балинский, анализируя факторы, влияющие на жизненность таких внеуличныхтранспортных систем, зависимых , главнымобразом, от численности и подвижностинаселения крупнейших городов, обращается к периодам такого масштаба.
К началу прошлого столетия,когда появились метрополитены, население самого крупного города планеты — Лондона достигло миллиона человек (в 1800 г. — 950 тыс., а уже в 1801 г. — 1 млн.145 тыс.чел) и продолжало возрастать.
Нашествие Наполеонапревратило пылающую столицу в почти безлюдный город. Но всего два года спустягород стал быстро оживать. В английской столице в 1814 году Александру I представиличлена Лондонского королевского общества,талантливого военного инженера Марка Брюнеля. Речь зашла о насущной проблеме устройства постоянной шоссейнойпереправы через р.Неву в Петербурге, врезультате чего с Брюнелем был заключен контракт на ее проектирование. Начатуюв 1814 г. работу он передал русским заказчикам в начале 20-хгг. в двух вариантах: мостовом итоннельном. Вариант подводного тоннеля возник вследствие опасения разрушенияопор моста плывущими льдинами. В основе проекта оказалось замечательноеизобретение - тоннелепроходческий щит, ставший впоследствии наиболее эффективным средством метростроения не тольков России и Англии, но и во всем мире.Идея возникла при наблюдении за морским моллюском-древоточцем, пробуривавшим своей раковиной отверстия вобломках затонувшего корабля. В первыхэскизах Брюнель представил механическую копию такого цилиндрического червя длябурения тоннелей со сборной тюбинговой обделкой,монтируемой по спирали, — настоящего предшественника будущихмеханизированных щитов. Брюнеля не отпустили в Россию. Страну, с которой он имел официальные деловыесвязи, и, лишившись поддержки скончавшегося в 1825 г. Александра I, он остался в Лондоне. Брюнель переработалчертежи применительно к местным условия р.Темзы, сходным с Невой.
В 1863 г. произошло главное событие в историиметростроения — пуск первого в мире 3,6-километрового подземного участкавнеуличной железной дороги в Лондоне. В 1863 г. парламентская комиссия одобриласооружение подземной кольцевой линии общей протяженностью 30 км. Она откраласьв 1884 г.
Большое внимание привлеклапостройка первой электрофицированнойлинии в Париже, с которой могли ознакомиться многочисленные посетителиВсемирной выставки 1900 г. Активное участие в создании этой и несколькихпоследующих линий принимал русский инженер, энтузиаст отечественногометростроения С.Н.Розанов.
Наступило время увереннойпрокладки подземных линий метрополитенов в Берлине, Гамбурге, Филадельфии, Мадриде, Барселоне,Токио. Началась борьба за метрополитен в Петербурге и Москве.
Перед первой мировой войнойтранспортный кризис в Москве резко обостирлся, в результате чего появилосьнесколько новых предложений метрополитена, инициированных Городской Управой.Населенность Москвы к 1915 г. достигладвухмиллионой отметки и, казалось, что проблема приобретает обликреальности, но помешали военные иреволюционные события, преобразовавшие страну.
Для быстрейшеговосстановления городского коммунального хозяйства в Москве было создано управление МКХ. Работу в нем возглавили опытные инженерыК.С.Мышенков и С.Н.Розанов, перешедшими в 1931 г. ворганизованный «Метрострой». Проходка в этом же году началась сопытного участка по рабочим чертежам Технического отдела Управления Метростроя, а затем — Метропроекта, выпущенным подруководством проф.В.Л.Николаи. Постройкапервого в мире Лондонского и первого внашей стране осуществлялась по чертежам, разработанным еще до создания строительных организаций: в Лондоне — Брюнеля, а в Москве- опытного тоннеля С.Н.Розанова.
Сооружение линии 1 очереди велось с неподдельным энтузиазмом,а пуск первого в России метрополитена ознаменовался, как подлинный праздник.
Сегодня невозможно себепредставить нашу столицу без самого быстрого и эффективного городского транспорта — метрополитена. Общая длина подземныхмагистралей превысила 250 км и продолжает расти. Ежедневные перевозки достигли 8,7 млн. пассажиров. Все это обеспечивается неустанным трудом30-тысячного коллектива метрополитена.
Московский метрополитен — первенец отечественного метростроения- с момента своего открытия в 1935 годузанимает ведущее положение в отрасли, являясь флагманом научно-технического прогресса в системе метрополитеновстраны.
В жизни крупнейших городовмира, в том числе и Москвы, метрополитенявляется наиболее удобным для населения видом городского пассажирского транспорта. 15 мая 1995 г. исполнилось 60 лет со дняоткрытия движения поездов на первой линии Московского метрополитенапротяженностью 11,2 км с 13 станциями.
С тех пор метрополитен постоянно развивался, совершенствовалось его сложное хозяйство.Сегодня эксплуатационная длина 9 линий достигла 243,6 км со 150 станциями.
С увеличением протяженноститрассы постоянно возрастал и объем перевозок пассажиров: в 1935 г.среднесуточные показатели составляли 177 тыс., а в 1994 г. 8723 тыс.человек. Внастоящее время на долю метрополитена приходится 51,7 % объема всехпассажирских перевозок города. Максимальнаяинтенсивность движения — 42 пары 8-вагонных составов в час, интервал междупоездами 85 секунд (Замоскворецкая линия). Такой интенсивности движения нет нина одном метрополитене мира. Кроме того, заполняемость вагонов значительно превышает допустимые нормы, что отрицательно сказывается на надежности устройств вагонов, пути и, в конечном счете, на выполнении графика движения поездов.
По оценкам специалистов,метрополитену для полного обеспечения потребности столицы в перевозкахпассажиров неддостает около 100 км линий, В настоящее время плотность сетиметрополитена на 1 км2 площади города составляет 0,26 км, в то времякак в Нью-Йорке этот показатель равен 0,5, в Лондоне — 1,2, в Париже — 2,8 км.
За 60 лет: перевезено более86 миллиардов пассажиров; пропущено около 111 миллионов поездов, из которых 99,93 % проследовалострого по графику; сэкономлено электроэнергии 515 миллионов кВтч.
Среди метрополитеновРоссийской Федерации среднесуточная перевозка пассажиров Московского метрополитена составляет около 80 %, что почти в 5,4 раза вышесреднесуточной перевозки С.-Петербургского и в 29 раз — Новосибирскогометрополитенов.
МЕТРОПОЛИТЕН ВЦИФРАХ
Показатели
15 мая
1935 г.
15 мая
1995 г.
Протяженность линий, км
11,2
243,6
Их количество
1
9
Количество станций
в том числе:
— пересадочных
— оборудованных эскалаторами
13
-
4
150
49
107
Количество вестибюлей
16
232
То же, эскалаторных машин
15
508
Протяженность лестничного полотна эскалаторов, км
1.5
55.2
Развернутая длина тоннелей, км
13.01
521.6
То же, пути, км
30.08
703.7
Среднесуточная перевозка пассажиров, тыс. чел.
177
8723
Годовой объем перевозки, млн. чел.
110.7
3183.9
Удельный вес в общегородских перевозках, %
2
51.7
Количество вагонов
58
4060
Максимальное число вагонов в составе
4
8
Максимальная частота движения поездов, пар/час
15
42
Минимальный интервал между поездами
5 мин.
85 сек
Пропуск поездов в среднем за сутки (проезд)
487
7870
Конструктивная скорость движения, км/ч
50
90
Средняя эксплуатационная, км/ч
26.7
41
Удельный расход электроэнергии, кВтч/тыс.тн.-км
67.2
55.5
Численность работников по эксплуатации, чел
1991
24615
То же на 1 км пути, чел
181
104.3
2.2. Введение.
Вертикальный ствол являетсявскрывающей горной выработкой для раскрытия фронта проходческих работ пристроительстве станций метрополитена глубокого заложения.
В процессе строительстваподземного сооружения через вертикальный ствол ведут все строительные работы.Он служит для выдачи породы, подачи материалов, оборудования и элементовобделки, для энергоснабжения, водоотлива и вентиляции при проходке, а так же дляспуска и подъема людей.
В период эксплуатациистанции метрополитена глубокого заложения ствол используют главным образом длявентиляции сооружения. В отдельных случаях стволы забучиваются.
Вертикальный ствол имееткруговое сечение, которое обеспечивает рациональную работу обделки в условияхвсестороннего горного давления.
2.3. Горно-геологические условия строительства.
Горно-геологический районстроительства вертикального ствола круглой формы диаметром в проходке 6м иглубиной 45м состоит из водоносных песчаных и глинистыхгрунтов и известняков:
— Рыхлые горные породы,галька, щебень, песок.
— Наносы, слежавшиесягрунты, пластичные глины, известняк белый мелкокристаллический.
Абсолютная отметка устьяствола 131м. Глубина ствола 45м.
Мощности пластов песка и известняка равны соответственно10, 15 и 25 м.
Пористость песка, глины иизвестняка равны соответственно 38, 40 и39%, а весовые влажности — 17, 22 и 20%.
Удельные веса песка, глины иизвестняка равны соответсвенно 19, 19.6 и 21 Н/м3.
Начальная температура грунтаи температура замерзания равны соответственно 120С и 0С.
2.4. Выбор и расчет сечения вертикального ствола.
Для обеспечения рациональнойработы материала обделки в условиях всестороннего горного давления принимаемкруглую форму сечения ствола. Произведем расчет размеров сечения ствола.
Определяем часовуюпроизводительность подъема:
AЧ=
где кр=1.5 — коэффициент неравномерности подъема;
N=300- число рабочих дней в году;
t=16- ч/сут — время работы в сутки;
АГ — годовой объем грунта выдаваемый из ствола, АГ »100000 м3.
AЧ= т/час.
Определяем массу грузавыдаваемого за один раз:
AЧ, т,
где — высота подъема, м;
НСТ=45 м — глубина ствола;
h1=8.1 м — высота откаточного горизонта;
м;
q=12 сек — времяразгрузки-загрузки клети.
т.
Определяем объемодновременно поднимаемого груза:
3,
где g=1.9 ¸2.1 т/м3 — средняя плотность выдаваемой породы.
м3.
По полученнойгрузоподъемности выбираем:
— вагонетка УВГ — 1.6:
вместимость кузова 1.6 м3;
габариты — 850´1300´2700 мм;
ширина колеи — 600 мм;
— клеть марки 1УКН3.3Г-2, с размерами:
ширина — 1000 мм:
высота — 3040 мм:
длина — 3300 мм;
— подъемная машина марки 2БМ-2000/1030-3А:
двухбарабанная;
диаметр каната dК=24мм;
высота подъема — 170 м;
потребляемая мощность — 90 кВт;
масса машины — 31100 кг.
Произведем выбор армирующихэлементов.
В качестве проводниковпринимаем сосновый брус 160´180 мм. Расстреламипринимаем балки из двутавра №24.
Учитывая всеминимально-допустимые зазоры:
— зазоры между расстрелами и клетью — 200 мм;
— зазоры между проводниками и направляющими башмаками клети — 10мм;
— зазор между углом клети и обделкой — 150 мм;
и размеры лесоспуска 1.5 м2,и лестничного отделения — 0.6´0.7 м, а так же учитываятолщину тюбингового кольца обделки, графически определяем искомое сечениествола.
Ближайшим к типовому сечениюствола является сечение ствола с наружним диаметром по обделке 6.0 м.
Принимаем DСТВ=6.0 м.
2.5. Расчет паспорта буро-взрывных работ.
Определим удельный расходвзрывчатого вещества и примем его тип. При данных горно-геологических условияхстроительства наиболее целесообразно применить аммонит №6ЖВ, в патронахдиаметром 32 мм. Электродетонаторы типа ЭДКЗ-ПМ-15 с сериями замедления — 0; 0.15;0.30; 0.45; 0.60 сек.
3,
где q1=0.1f, где f=4 — крепость вмещающих пород попрофессору Протодьяконову;
где Sпрох — сечение ствола в проходке
ВЧ м2
Sвч=28.26 м2
— коэффициентработоспособности;
кг/м3.
Определим количество шпуровв сечении
где
шпуров.
Определим и зададимостальные параметры буро-взрывных работ:
глубина шпура — м;
глубина заходки — м;
КИШ=0.8 (
Определим расход взрывчатоговещества за цикл:
кг/цикл.
Заряжание шпуров призводитсяследующим образом:
в центральный (буферный) шпур заряжается одна шашкамассой 250 грамм, во врубовые — 3 шашки, в отбойные — 2 шашки. Общее числошашек — 98 штук. Взрывание производится методом обратного инициирования.Материал забойки — песок средних фракций. Взрывание производится с четырьмястепенями замедления.
2.6. Расчет параметров замораживания массива.
Расчет ледогрунтовогоограждения.
Расчет толщиныледогрунтового ограждения производим по формуле Ляме.
где м — радиус ствола впроходке;
МПа — допустимый пределпрочности замороженных пород на сжатие;
— коэффициент запасапрочности при сжатии, равный 2-5.
— давление массива наледогрунтовое ограждение, где
— удельный вес грунта,т/м3;
м — глубиназамораживания;
МПа
м.
Расчет диаметразамораживания и числа замораживающих
Число колонок
где
м — диаметр ствола;
— глубиназамораживания;
м
колонки,
где м — расстояние междуколонками.
Расчетхладопроизводительности замораживающей станции.
где ккал/час,
где м — диаметрзамораживающей колонки;
— глубиназамораживания;
ккал/м2.час
ккал/час
ккал/час
Таким образом исходя изполученной хладопроизводительности принимаем установку замораживания ПХУ-50.
Технические характеристикиПХУ-50:
— хладопроизводительностьпри
и — 203 ккал/час;
— общая установленнаямощность электродвигателя — 105 кВт;
— хладагент — фреон;
— одновременная зарядкахладоном R-22 — 550 кг;
— рабочее давлениеохлаждающей воды — 0.4 МПа;
— зарядка системы CaCl2 — 1.6 т.
На время эксплуатациииспользуются четыре станции ПХУ-50, одна из которых резервная, но иногдавключается в работу.
Расчет времени активногозамораживания.
где
— объем породногоцилиндра;
м3
где
м3
— пористость
ккал/0С.кг
кг/м3
ккал/м3
ккал/кг
ккал/кг
кг/м3
ккал/0С.кг
ккал/м3
м3
кг/м3
ккал/0С.кг
ккал/м3
ккал/м3
ккал/м3
ккал/м2.час
м2
ккал
сут
Таким образом времяактивного замораживания равно 23 суткам, так как необходимое время наподключение и проверку хладопроизводительной станции около 7 дней.
Во время пассивного режимазамораживания хладопроизводительность станции берется равной 35% от активногорежима замораживания, что обеспечивается постоянной работой одной станцииПХУ-50 с периодическим подключением еще одной ПХУ-50.
2.7. Технология ведения работ по замораживанию породногомассива.
Сооружение ствола начинаетсяс возведения форшахты, которая выполняет роль оголовка ствола. Сначалаотрывается котлован на глубину 4 м и на бетонную подготовку толщиной 15 смводружаются четыре тюбинговых кольца ствола. Далее, предварительно вставив кондукторапод бурение замораживающих скважин, из труб диаметром 219 мм в затюбинговоепространство закачивается бетон марки В25. После схватывания бетона приступаютк бурению замораживающих скважин диаметром 300 мм. Бурение осуществляетсястанком СБУ-150 с глинистым пригрузом. Замораживающие скважины заглубляются вводоупор не менее чем на 4 метра. Буровые работы производятся в следующейпоследовательности:
— бурение замораживающих, дополнительных и термометрическихскважин;
— цементация затрубного пространства замораживающих итермометрических скважин; перед опусканием в скважину замораживающей колонки ееобязательно промывают водой;
— по окончании проходки ствола все пробуренные скважинытампонируются или цементируются.
После того как скважиныпробурены их оборудуют замораживающими колонками и монтируют рассольную сеть. Вкачестве колонок используют бесшовные цельнотянутые трубы с наружным диаметром146 мм, насосно-компрессорна