Понятие о габарите и форме поперечных сечений

Габаритом называют предельное очертание какого-либо сооружения. Размеры поперечных сечений тоннелей (ширина, высота) определяются пропускной способностью строящегося тоннеля.

В тоннелях на путях сообщения установлено три вида габаритов (рис. 4):

§ подвижного состава;

§ приближение строения;

§ приближение оборудования.

Рисунок 4 – Габариты поперечного сечения туннеля

Габарит подвижного состава (1) определяется контуром внутри которого должен помещаться подвижной состав со всеми выступающими и висящими частями с учетом раскачки вагонов на рессорах во время движения, и возможных случаев наклонов вагонов при поломке.

Габарит приближения строения (2) определяется контуром очертания обделки тоннеля. Он представляет собой плавную кривую, проведенную по наиболее выступающим внутрь тоннеля точкам обделки.

Габарит приближения оборудования (3) определяется контуром, соединяющим наиболее выступающие точки различного оборудования, устанавливаемого и монтируемого в тоннелях (кабели на специальных крючках, светофоры, релейные шкафы, осветительные фонари и др.)

Габаритный запас (4) - пространство между габаритом подвижного состава и габаритом приближения оборудования. Он устанавливается проектировщиками и является исходной величиной для расчета требуемой точности выполнения геодезических работ при сооружении тоннеля.

Форма поперечного сечения тоннеля зависит от следующих показателей:

-размера тоннеля;

-назначения тоннеля;

-способа сооружения (возведения);

-величины, интенсивности и направления горного давления.

Назначение геодезических работ при проектировании и строительстве туннелей

При проектировании - получить необходимый топографо-геодезический материал.

При строительстве - правильно перенести в натуру оси трассы и очертание запроектированного тоннеля.

Наиболее важными и ответственными являются работы, связанные с обеспечением сбоек подземных работ с необходимой точностью.

Для удешевления строительства габаритный запас устанавливают как можно меньше (10 см для тоннелей метрополитена и ж/д). В результате этого повышаются требования к точности геодезических работ.

При строительстве геодезист выполняет очень большой объем работ. Основными работами являются:

§ контроль за вертикальностью проходки стволов;

§ проверка правильности установки каждого тюбинга;

§ ведение щита по трассе;

§ съемка контуров разработанной породы;

§ съемка контуров внутреннего очертания обделки тоннеля;

§ подсчет объемов выполненных работ по результатам выполненных съемок;

§ контроль за возможными смещениями точек съемочного обоснования;

§ наблюдения за деформациями тоннеля и сооружений на дневной поверхности.

При сдаче тоннеля в эксплуатацию вместе с исполнительными чертежами геодезисты сдают каталоги геодезического обоснования на поверхности и в тоннели.

При эксплуатации тоннелей геодезисты производят измерения для определения величины деформаций и принимают участие при рихтовке и пере укладке путей.

СПОСОБЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРАССЫ ТОННЕЛЯ

Применяют два способа проектирования трассы: геометрический и аналитический.

Геометрический способ

При геометрическом способе ось тоннеля трассируется непосредственно на поверхности земли.

Измеренные углы и линии вынесенной и закрепленной в натуре оси тоннеля принимают за основу при перенесении оси под землей. Поэтому ошибки геодезических измерений оказывают влияния на точность проектирования.

Способ применим при сравнительно несложных топографических условиях и при отсутствии застройки.

Аналитический способ

Аналитический способ применяют при проектировании метрополитенов и тоннелей в сложных топографических условиях.

Сущность способа заключается в следующем:

1) Трассу наносят на план масштаба 1:2000 или более мелкого масштаба.

2) Графически определяют координаты вершин углов поворота.

3) Решая обратные геодезические задачи, вычисляют азимуты трассы и расстояния между вершинами поворотов. Углы вычисляют до 0.1, а расстояние до мм.

4) По азимутам отдельных участков определяют углы попорота и задаваясь длинной радиусов круговых кривых вычисляют до мм длины кривых и линий тангенсов.

5) Эти величины принимаются за основу для дальнейшего проектирования и вынесения оси тоннеля в процессе строительства.

Ошибки графического определения координат могут вызвать небольшое смешение трассы по отношению к ситуации, но все точки поворота трассы будут между собой строго математически согласованы. То есть, на точность проектных расчетов будут влиять только ошибки округлений при определении основных элементов трассы.

3.4.1. Основные элементы трассы в плане и профиле

В плане трасса состоит из прямых отрезков и круговых кривых. Такая запроектированная трасса тоннеля в плане носит название разбивочной оси трассы.

Для более плавного перехода с прямого участка на кривую между ними вписывается переходная кривая переменного радиуса. В результате вписывания переходных кривых круговая кривая смещается к центру кривизны на величину сдвижки р и радиус смещенной круговой кривой равен R-р.

Ось трассы, включающая прямые отрезки, переходные и смещенные круговые кривые, называется осью пути.

Для уравнивания действия центробежной силы на кривых внешний рельс возвышают по отношению внутреннему на величину h, которую для круговой кривой подсчитывают по формуле:

h=12,5*

v - средняя скорость движения поездов, км/ч

R - радиус кривой, в м.

В результате этого возвышения центр вагона смещается на величину q (рис.1)

Рисунок 1 – Смещение оси туннеля на кривых

Из подобных треугольников MLK и CLD можно написать:

LM/ED = MK/CE

Учитывая, что ED очень мало отличается от величины q можно записать:

;

d - высота центра вагона над головками рельсов,

а - расстояние между осями рельсов (для нормальной колеи а= 1524 мм.)

Следовательно, ось тоннеля необходимо сместить в сторону круговой кривой от оси пути на величину q .Тогда радиус кривой по оси тоннеля будет

Таким образом, на участках круговых кривых в проектных чертежах дается три оси трассы:

1. Разбивочная ось с запроектированным радиусом R;

2. Ось пути с радиусом R-p;

3. Ось тоннеля с радиусом R-(p+q).

Тоннели метрополитенов строят преимущественно однопутными. Для движения поездов в прямом и обратном направлениях сооружают два параллельных тоннеля с расстояниями между осями D=25.4м.

Если двигаться между тоннелями по ходу возрастания пикетажа, то тоннель расположенный слева, называют левым, а справа - правым. Нулевые пикеты на правом и левом тоннелях располагают так, чтобы линия, их соединяющая была перпендикулярна к оси трассы (рис. 2).

Рисунок 2 – Расположение пикетажа на кривых двухпутного туннеля

На кривых участках длина и радиус круговых кривых неправом и левом путях проектируется одинаковыми. При таком положении на правом (внутреннем) пути укладывается меньшее количество пикетов, чем на внешнем. Вследствие этого на прямом участке за кривой, одноименные пикеты левого и правого пути не будут находиться на одном перпендикуляре к оси пути (например, ПК 5’ и ГК 5).

Это вызывает неудобства при строительстве и эксплуатации. Поэтому прибегают к введению неправильных пикетов, длины которых могут быть больше или меньше 100 м.

Так как длины круговых кривых в левом и правом тоннелях одинаковы, то отклонение длины неправильного пикета от 100 м определяется величиной а=а₁+а₂,где а₁=а₂.

Рассмотрим прямоугольный треугольник АО_ЛО_П.

В нем А*О_П=Д (расстояние между путями),а а₁=О_L*А, тогда:

Величины а вводят или в последний пикет левого пути, или в последние пикеты левого и правого пути равными частями, но с разными знаками.

3.4.2. Расчет координат пикетов трассы

Для вынесения проекта тоннеля в натуру необходимо знать координаты всех пикетов трассы и точек кривых.

На прямых участках приращение координат между пикетами вычисляют по известным формулам

D ; DY = d*sina_i

d -проектное расстояние между пикетами (100м);

a_i -дирекционный угол прямых участков, определяемый через углы поворота трассы:

a_i+1=a_i+Q_пр=a_i-Q_л;

Q_{пр и} Q_Л -соответственно угол поворота трассы вправо и влево.

С использованием этих формул вычисляют координаты НКК, ВУ, ККК.

Координаты пикетов, расположенных на кривой, вычисляют двумя независимыми путями:

1) через центральные углы и длины радиусов от координат центра кривой.

2) по стягивающим хордам и углам между ними.