Проектирование предпортальной выемки грунта глубиной 12.1м

2 Проектирование предпортальной выемки

2.1 Назначение основных конструктивных элементов выемки

Выемка на подходах к тоннелю является объектом индивидуального проектирования по следующим показателям:

1) большая глубина выемки;

2) разнородность грунтового сложения;

3) обводненность.

Физико-механические характеристики грунтов верхнего слоя откосов выемки, а также нижнего слоя откосов и основания выемки приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Физико-механические характеристики грунтов

Номер грунта	Вид грунта	s, т/м3	аКП, м	I0	Кф, м/сут	Wм, Wр, %	WL, %	Iр, %	W, %	С, кПа	j, град
12б	Суглинок тяжелый	2,71	1,4	0,09	110-9	20	33	13	21	22	20
10в	Суглинок легкий	2,70	1,0	0,07	110-8	16	24	8	20	7	20

Обозначения: _s – плотность частиц грунта; а_КП – высота капиллярного поднятия воды; I₀ – средний уклон кривой депрессии; К_ф – коэффициент фильтрации; W_м – максимальная молекулярная влагоемкость; W_р – влажность на границе раскатывания; W_L – влажность на границе текучести; I_р – число пластичности; W - природная влажность; С – удельное сцепление; j - угол внутреннего трения. 

Глубина выемки Н определяется по формуле:

Н_в=Г_зем - Г_пр,                                               (2.1)

где Г_зем – отметка земли, м (Г_зем=132,5 м);

Г_пр – отметка проетной бровки, которая определяется по формуле

Г_пр= Г_бр+0,4,                                                 (2.2)

где Г_бр – отметка профильной бровки основной площадки, м (Г_бр=120,0 м).

0,4 – суммарная высота сливной призмы и толщина песчаной подушки, м.

Г_пр= 120,0+0,4=120,4 м,

Н_в=132,5 – 120,4=12,1 м.

Форма основной площадки принимается горизонтальной.

Ширина основной площадки назначается по формуле

В=b+Db+M+Dm – 0,4,                                        (2.3)

где b – нормативная ширина основной площадки на прямом однопутном участке пути, м (b=7,3 м для линий III категории) /2, таблица 1.1/;

Db – уширение основной площадки в кривой, м (Db=0,4 м для R=1200 м), /2, таблица 1.2/;

М – расстояние между осями смежных путей на прямом участке, 4,1 м;

Dm – уширение междупутного расстояния в кривых участках, м (Dm=0,15 м для R=1200 м), /2, таблица 1.3/.

В=7,3+0,4+4,1+0,15 – 0,4=11,55 м.

Крутизна откосов принимается 1:2.

Отвод атмосферных осадков осуществляется с помощью кюветов 0,4×0,6 м и нагорной канавы 0,8×1 м с укреплением дна канавы и ее откосов каменной наброской толщиной 20 см.

Нагорная канава размещается с нагорной стороны выемки на расстоянии не менее 5 метров.

2.2 Расчет местной устойчивости откосов

Цель расчета – оценить возможность сплыва откосов, принятой крутизны и предусмотреть в случае необходимости их уположение в сочетании с тем или иным способом защиты от переувлажнения.

Расчетная схема приведена на рисунке 2.1.

Удельный вес грунта в верхней части откоса вычисляется как среднее значение веса в точке 0 и 1.

В точке 0 s_g-0=0. Для этой точки по ветви нагрузки компрессионной кривой грунта верхнего слоя откосов (рисунок 2.2) находится е₀.

 Рисунок 2.1 – Расчетная схема к определению местной устойчивости откосов

Рисунок 2.2 – Компрессионная кривая грунта верхней части откоса выемки: 1 – ветвь нагрузки; 2 – ветвь разгрузки

При значении s=0 находится е₀=0,872. Определяется g₀ по формуле

В точке 1 принимаем  =+0,05h, где h – высота части откоса, подверженная сплыву, определяется по чертежу (рисунок 2.1). h=7,7 м.

=17,18+0,057,7=17,57 кН/м³

Напряжение в точке 1 определяется по формуле

По величине по ветви нагрузки компрессионной кривой определяем коэффициент пористости в точке 1: е₁=0,785. Определяется удельный вес грунта в точке 1 по формуле (2.4):

Удельный вес грунта определяется по формуле

Сплыв откоса обычно происходит в период оттаивания мерзлого слоя грунта, когда снижается его прочность в водонасыщенном состоянии.

Сплыв происходит при приближении плоскости оттаивания к границе максимального сезонного промерзания, глубина которого определяется по формуле

где  – коэффициент теплопроводности мерзлого слоя, Вт/(м°С), определяемый из выражения

где K – коэффициент равный 1,4 для суглинков;