Технология возведения земляного полотна

Технология возведения земляного полотна

Содержание

Введение

  Железнодорожное строительство, - наиболее сложное среди других видов строительства, очень специфично из-за своей значительной линейной протяженности. Оно осуществляется в различных климатических и инженерно-геологических условиях, под открытым небом, круглогодично, с применением мобильной техники и ведется обычно в малообжитых районах.                                                                                       К железнодорожному строительству относятся: постройка новых и соединительных путей, сооружение вторых и третьих путей, электрификация существующих и вновь строящихся железных дорог, реконструкция и переустройство отдельных линий.  Работы на существующих железных дорогах производятся в условиях непрекращающегося движения поездов.

  Значительная роль в повышении эффективности железнодорожного строительства принадлежит рациональному планированию и оптимальной организации производства, улучшению его комплексной и инженерной подготовки, совершенствованию технологии производства строительно-монтажных работ.

  Общий комплекс работ по постройке железной дороги делится на три периода: подготовительный, основной, заключительный.

1 Производство подготовительных работ

  К подготовительным работам при строительстве железных дорог относятся: восстановление и закрепление оси трассы; разбивка земляного полотна; расчистка полосы отвода от леса и кустарника; корчевка пней; устройство нагорных канав и водоотводных канав; строительство при трассовых и землевозных автомобильных дорог; удаление дерна по насыпям высотой:

 До 0,5 м – на равнинных участках местности и косогорах крутизной до 1:10;

 До 1,0 м – на косогорах крутизной от 1:10 до 1:1,5;

 Рыхление поверхности основания насыпей высотой более 1 м в пределах косогоров крутизной от 1:5 до 1:3, удаление дерна и нарезку уступов шириной от 1 до 4 м в пределах косогоров крутизной от 1:5 до 1:3 не зависимо от высоты насыпи.

1.1   Расчистка полосы отвода от леса, кустарника, корчевка пней

  Для определения объема лесорасчистных работ следует ширину просеки умножить на длину участка и получить площадь расчистки в гектарах, затем полноту насаждений умножить на площадь расчистки, чтобы установить число деревьев и пней, подлежащих соответственно валке и корчевке.

Объем работ определяют по формулам:

(1)

, (2)

Где S – площадь расчистки, га;

K -  коэффициент перевода в га;

B - ширина полосы расчистки, м;

N – число деревьев на всей площади расчистки, шт;

n – число деревьев на 1 га, принимаемое по таблице 1.1.

S1=37*100*0,0001=0,37

S2=33*530*0,0001=1,749

S3=22*70*0,0001=0,154

S4=25*100*0,0001 = 0,25

S5=22*200*0,0001=0,44

S6=33*100*0,0001=0,33

S7=37*300*0,0001=1,11

S8=33*250*0,0001=0,825

S9=25*50*0,0001=0,125

S10=22*400*0,0001=0,88

S11=25*100*0,0001=0,25

S12=33*100*0,0001=0,33

S13=37*100*0,0001=0,37

S14=41*200*0,0001=0,82

S15=45*400*0,0001=1,8

S16=41*200*0,0001=0,82

S17=37*200*0,0001=0,74

S18=33*140*0,0001=0,462

S19=22*230*0,0001=0,506

S20=33*130*0,0001=0,429

S21=41*100*0,0001=0,41

S22=45*100*0,0001=0,45

S23=49*100*0,0001=0,45

S24=45*200*0,0001=0,9

S25=41*200*0,0001=0,9

S26=33*190*0,0001=0,627

S27=22*230*0,0001=0,506

S28=33*510*0,0001=1,683

S29=22*150*0,0001=0,33

S30=25*100*0,0001=0,025

S=20,166

N=320*20,166=6453,12

  Ширину полосы рубки и корчевки пней устанавливают по средней рабочей отметке на участке в соответствии с таблицей 1.1 Методического указания.

Ширину бермы между выемкой и кавальером условно принимают менее 5 м в плотных грунтах и не менее 10 м – в рыхлых.

Объем валки деревьев определяется по формуле:

V=*N        (3)

V=0,49*6453,12=3162,0288

  После рубки леса проводиться корчевка пней на всей вырубленной территории за исключением участков насыпей, высотой более 1 м, при которой пни должны быть срезаны не более, чем на 20 см от уровня земли, а пни высотой менее 20 см могут не корчеваться и не срезаться; участков выемок и резервов при разработке грунта экскаваторами с ковшом вместимостью 0,5 м.

Лесоочистка может осуществляться двумя способами: валкой деревьев с корнями или спиливанием деревьев. Деревья с корнями валят только в теплое время года при наличии мягких почв поверхностной корневой системы. Валка может осуществляться тракторами при толщине деревьев до 30 см или бульдозерами при толщине деревьев до 40 см.

1.2 Устройство при трассовой землевозной дороги

  Протяженность при трассовой автомобильной дороги L и подъездов можно определить по формуле:

L=1,3* Lгл*,     (1)

Где Lгл – протяженность главного пути строящейся железной дороги, км;

 - коэффициент развития при трассовой автомобильной дороги.

  Для при трассовой автомобильной дороги и подъездов можно принять следующие конструкционные размеры::

ширина проезжей части 3,5 м, обочины – 1,5 м, крутизна откосов – 1:1,5;

средняя отметка насыпи – от 1,5 до 2,5 м;

покрытие – серповидного профиля из гравийного грунта толщиной по оси 0,25 м, на бровке – 0,06 м.

При заданных параметрах объемов грунта необходимо для отсыпки автомобильной дороги и подъездов можно определить по формуле:

V =(10+3*h)*h* L/2,  (2)

Где h – средняя рабочая отметка насыпи, м.

h=0,72

V=(10+3*0,72)*0,72*9750/2=42681,6

1.3 Назначение комплекта машин и определение срока строительства

  Потребность гравийного грунта для устройства покрытия составляет 800 м на 1 км при трассовой дороги.

  Максимальная протяженность строительства при трассовой автомобильной дороги Т=10 дней. Так как строительство дороги ведется экскаваторами с отсыпкой насыпи резерва, то расчет выполняется по формулам следующим образом:

а) определяют сменную эксплуатационную производительность ведущей машины в комплекте Псм;

б) установить количество смен работы одной ведущей машины Р;

в) определяют срок работы одной ведущей машины при условии выполнения работы в 1-, 2- или 3-сменной работе Т>Т, то устанавливают число N ведущих машин в комплекте.

 Расчет выполняют по формулам:

Р= V/ Псм;   (1)

Т=Р/ n;        (2)

N= V/( Т* n*Псм);   (3)

Где n – количество рабочих смен в одних сутках;

Р – количество смен необходимое для строительства при трассовой землевозной дороги;

Псм – производительность смены (8 часов);

Т – срок работы при одного экскаватора.

178,6*8=1428,8

Р=42681,6/1428,8=29,87

Т=29,87/3=9,95=10

N=42681,6/(10*3*1428,8)=0,995=1

Табл. 1.3.1 Расчет затрат труда на расчистку полосы отвода

2 Производство основных земляных работ

  Определим место начало и конца кривых участков пути, в пределах которой земляное полотно уширяется на величину : R_кривой = 2500 м, угол поворота = 8⁰, пикетажное положение угла ПК23+60 м.

Т = 174,82

К = 349,07

                                   Д = 0,57

                                   Б = 6,10

ВУ ПК 23+60

                                 -

Т  ПК1+74,82

_______________

НК ПК 21+85,18

                                 +

КС     3+49,07

_______________

КК ПК 25+34,25

Определяем пикетаж СК

НК ПК 21+85,18

                                 +

КС/2 1+74,53

_______________

СК ПК 23+59,715

Проверка:

ВУ ПК 23+60

                                  +

Т ПК  1+74,82

________________

ПК 25+34,82

                                 -

Дс     0,57

_________________

КК ПК 25+34,25

                                 ВУ ПК 23+60

                                 -

Дс/2      0,285

__________________

СК ПК 23+59,715

2.1 Подготовка продольного профиля к расчету объемов земляных работ

  Разработку проекта на производство основных земляных работ на участке длиной 3-6 км выполняют в соответствии с заданным продольным профилем.

  Подготовка продольного профиля участка железнодорожной линии заключается в делении его на части, имеющие однотипные поперечные профили земляного полотна, или элементарные участки, границами которых являются следующие точки и места:              

а)местоположение точек нулевых работ (места перехода насыпи в выемку и выемки в насыпь), которые определяются по рисунку с использованием формул:

Н₁/х = Н₂/(L-х)  (1)

х = Н₁L/(Н+Н₂)   (2)

   х₁ = (0,18*100)/(0,48+0,24) = 42,857

  х₂ = (0,48*100)/(0,48+0,44) = 52,17

 х₃ = (0,04*100)/(0,04+0,09) = 30,76

                       х₄ = (0,15*100)/(0,15+0,34) = 30,61

х₅ = (0,53*100)/(0,53+0,18) = 76,64

х₆ = (0,79*100)/(0,79+0,20) = 79,79

х₇ = (0,18*100)/(0,18+0,33) = 35,29

х₈ = (0,07*100)/(0,07+0,12) = 36,84

б) места начала и конца кривых участков пути, в пределах которых земляное полотно уширяется на величину .

Значения  для железнодорожных линий 1-3 категорий назначают в зависимости от радиуса кривых, показанных на плане продольного профиля, по таблице 2.1 Методического указания.

=0,3 м при R_кривой = 2500 м

2.2 Назначение конструкции земляного полотна

  Конструкции земляного полотна назначают на всем протяжении строящегося участка линии. Ширину земляного полотна однопутной линии заданной категории принимают м. В соответствии с заданием вычерчивают в отметках в масштабе 1:200 поперечные профили земляного полотна насыпи в равнинных условиях местности на участках с заданным поперечным уклоном с учетом устройства в дальнейшем второго пути. Рабочие отметки выемки принимают по продольному профилю.

2.3 Составление графика по пикетных объемов земляных работ

  Объем работ по устройству земляного полотна в зависимости от типа поперечного профиля, рабочих отметок можно определять: по таблицам; расчетом по формулам и на ЭВМ. Перед определением объемов необходимо продольный профиль разделить на участки, в пределах которых следует учитывать основной объем и поправки на уширение кривых и перед мостом, на косогорность и призматоидальность.

  Расчет необходимо вести по формулам:

выемки

V=((m(H₁+H₂))/4+(В (H₁+H₂))/2)++)* L  (1)

насыпи

V=(( m(H₁+H₂))/4+b(H₁+H₂))/2)+)*L   (2)

уширение в кривых

V= (H₁+H₂/2)** L                     (3)

Где H₁,H₂ - рабочие отметки в начальном и конечном сечениях элементарного участка;

L – длина элементарного участка, км;

 - уширение основной площадки земляного полотна в кривых.

                                    b=7,6 м

=0,61 м

=1,38 м

                                   В=9,6 м

                                   m=1,5

  Продольный слой почвы в основании земляного полотна и резерва необходимо снять на глубину 0,20 см на всем протяжении для последующего использования при восстановлении (рекультивации) нарушенных земель или для укрепления откосов. Объем снятого грунта определяют по каждому участку. Все вычисленные величины записывают в ведомость по пикетного подсчета объемов насыпей и выемок.

  Следует учесть, что в контуре поперечника объемы основанных земляных работ в выемке уменьшаются, в насыпи увеличиваются на объем срезанного плодородного слоя. При подсчете объемов земляных масс в ведомости подводят частные итоги для насыпей и для выемок (массивные объемы) и устанавливают профильный объем земляных работ на участке трассы, то есть , суммируют объемы всех насыпей и выемок.

  График по пикетных объемов земляных работ составляют по ведомости по пикетного подсчета объемов насыпей и выемок. Его вычерчивают на миллиметровой бумаге под продольным профилем. Масштаб графика принимают: вертикальный 1:1000-1:50000, горизонтальный 1:10000.

На каждом пикете от горизонтальной, условной нулевой линии в принятом масштабе откладывают полные объемы насыпей и выемок в виде вертикальных столбиков. При этом столбики, изображающие объемы выемок, откладывают вверх, а изображающие объемы насыпей, - вниз от нулевой линии. При наличии на пикете насыпи и выемки столбики также откладывают вниз и вверх на этом пикете. У каждого столбика подписывают по пикетный объем насыпи или выемки. Кроме того, на графике указывают по массивные объемы каждой насыпи и выемки.

Результаты распределения земляных масс сводим в таблицу «График по пикетных объемов».

Табл. 2.3.1 График по пикетных объемов

2.4 Распределение объемов земляных работ. Назначение способов производства земляных работ на рабочих участках. Определение средней дальности перемещения грунта

  Назначение рабочих участков, определение средней дальности возки грунта в их пределах и распределение земляных масс выполняют с учетом требуемого количества грунта для насыпи и оценки возможности использования грунта из выемок, резервов, карьеров в насыпи. Если грунты выемок удовлетворяют требованиям, то их можно укладывать в насыпь.

  Не разрешается укладывать в насыпь глинистые грунты легкопластичной, текучепластичной и текучей консистенций. Избыток грунта из выемок или непригодный грунт укладывают в кавальер или транспортируют в отвал. Насыпи возводят из боковых резервов, если грунт из смежных выемок непригоден для насыпи или нецелесообразно его транспортирование. Однако не допускается размещать резервы в пределах раздельных пунктов, путевых зданий, населенных мест, переездов, на участках развития карста, в поймах рек.

  Насыпи, которые невозможно возвести из грунта выемок или боковых резервов, возводят из грунта, взятого при разработке сосредоточенных грунтовых карьеров. Расположение карьеров, их размеры в плане и запасы устанавливаются в процессе изысканий и проектирования железной дороги.     В проекте можно назначить расположение карьера условно.

Распределение основных масс выполняют приближенно на основании продольного профиля и графика по пикетных объемов работ. При распределении земляных масс одновременно выбирают способы производства работ, назначают ведущие землеройные машины и транспортные средства в соответствии с рекомендациями нормативных документов, а также на основании технико-экономического сравнения конкурентоспособных вариантов.

Табл. 2.4.1 Распределение земляных масс, тыс.м³, на рабочие участки

  Дальность перемещения грунта является одним из основных факторов, влияющих на выбор землеройных машин. Она определяется по рабочим участкам при продольной или поперечной возках грунта следующим образом.

  Дальность возки L на рабочих участках с продольным перемещением грунта устанавливают как среднее расстояние L между центрами тяжести перемещаемых объемов грунта из выемки в насыпь с добавлением 50-100 м на развороты машины l и на маневрирование l по формуле:

L= L+ l+ l     (1)

l = 80 м

l = 100 м

L₁ = 500+80+100 = 680 м

L₂ = 500+80+100 = 680 м

L₃ = 650+80+100 = 830 м

L₄ = 900+80+100 = 1080 м

L₅ = 850+80+100 = 1030 м

L₆ = 700+80+100 = 880 м

L₇ = 700+80+100 = 880 м

L₈ = 400+80+100 = 580 м

L₉ = 400+80+100 = 580 м

Дальность возки при поперечном перемещении грунта из выемки в кавальер и из резерва в насыпь вычисляют с учетом размеров резерва и насыпи, кавальера и выемки, установленных нормами проектирования железных дорог.

Среднее расстояние L, м, между осью выемки и осью кавальера определяют по формуле:

                       L = 0,5В+тН_в+l₁+1,5h+0,5b₁   (2)

Для определения средних расстояний необходимо знать геометрические размеры резервов и кавальеров.

Размеры резервов определяются из условий, сто площадь поперечного сечения одностороннего (двухстороннего) резервов равна площади поперечного сечения насыпи.

Для определения геометрических размеров кавальеров необходимо задаваться его высотой (не более 3м по нормам проектирования) или

шириной по верху. При поперечной возке грунта скреперами ширина кавальера поверху b, должна быть не менее длины пути разгрузки грунта скрепером.

Если грунт перемещается одновременно в продольном и поперечном направлениях, площадь, м², поперечного сечения кавальера определяется по формуле:

 = V/L,   (3)

где

V – объем грунта, укладываемого в кавальер из выемки на данном участке, м³;

L – длина участков, м.

 ₁ = 4331,80/643 = 6,73 м²

₂ = 272,06/652 = 0,41 м²

    ₃ = 40958,06/1330 = 30,79 м²

    ₄ = 48314,36/1140 = 42,38 м²

₅ = 1353,38/490 = 2,76 м²

  При закладке резервов шириной по дну до 10 м размеры резервов определяются по формулам:

b₁ = / h₀+1,5 h₀; b₂ = / h₀-1,5 h₀  (4)

h₁ = h₀-0,01 b₂; h₂ = h₀+0,01 b₂,          (5)

где

b₁ – ширина резерва поверху, м;

b₂ – ширина резерва по дну, м;

h₁ – глубина резерва со стороны земляного полотна, м;

h₂ – глубина резерва с полевой стороны, м;

 - площадь поперечного сечения, м²;

h₀ – средняя глубина резерва, задаваемая в зависимости потребности в грунте для отсыпки насыпи, уровня грунтовых вод в местах заложения резерва, отметок водосбора и водотока (не более 1,5-2 м).

b₁ = 6,73/2+1,5*2 = 6,36 м

b₂ = 6,73/2-1,5*2 = 0,36 м

h₁ = 2-0,01*0,36 = 1,99 м

h₂ = 2+0,01*0,36 = 2,003 м

L₁ = 0,5*9,6+2+5+1,5*2+0,5*6,36 = 17,98 м

b₁ = 0,41/0,05+1,5*0,05 = 8,27 м

b₂ = 0,41/0,05-1,5*0,05 = 8,12 м

h₁ = 0,05-0,01*8,12 = 0,03 м

h₂ = 0,05+0,01*8,12 = 0,13 м

L₂ = 0,5*9,6+0,05+5+1,5*0,05+0,5*8,27 = 14,05 м

b₁ = 30,79/2+1,5*2 = 18,39 м

b₂ = 30,79/2-1,5*2 = 12,39 м

h₁ = 2-0,01*12,39 = 1,88 м

h₂ = 2+0,01*12,39 = 2,12 м

L₃ = 0,5*9,6+2+5+1,5*2+0,5*18,39 = 23,99 м

b₁ = 42,38/2+1,5*2 = 24,19 м

b₂ = 42,38/2-1,5*2 = 18,19 м

h₁ = 2-0,01*18,19 = 1,82 м

h₂ = 2+0,01*18,19 = 2,18 м

L₄ = 0,5*9,6+2+5+1,5*2+0,5*24,19 = 26,89 м

b₁ = 2,76/0,5+1,5*0,5 = 6,27 м

b₂ = 2,76/0,5-1,5*0,5 = 4,77 м

h₁ = 0,5-0,01*4,77 = 0,46 м

h₂ = 0,5+0,01*4,77 = 0,54 м

L₅ = 0,5*9,6+0,5+5+1,5*0,5+0,5*6,27 = 14,18 м.

2.5 Назначение и выбор комплектов машин для разработки выемок и возведения насыпей на рабочих участках

  Ведущие и транспортные машины выбирают в зависимости от условий производства земляных работ.

  Применение экскаваторов целесообразно при следующих соотношениях емкости ковша и объема земляных работ на одном объекте:

Емкость ковша, м³ 0,65-1,0; 1,25; 1,6; до 2,5.

Объем земляных работ, тыс.м³ 20; 40-50;70-80;100.

  После определения границ рабочих участков, выбора способа производства основных земляных работ в их пределах на графике по пикетных объемов следует штриховкой или раскраской соответствующих столбиков показать принятое распределение земляных масс.

Комплект машин для основных земляных работ на рабочих участках выбирают с учетом эксплуатационной производительности ведущих и транспортных машин.

  Способы производства земляных работ и результаты их выполнения сводят в таблицу по результатам расчетов.

Табл. 2.5.1 Способы производства земляных работ и продолжительность их выполнения

2.6 Технология возведения насыпей и разработка выемок

  Выбор комплектов машин для разработки выемок и взведения насыпей выполняют для каждого участка с учетом производства работ по рыхлению и уплотнению грунта и необходимости освещения строительных площадок в ночное время передвижными электрическими станциями. Помимо наименования машин  и их марок, необходимо указывать их краткую техническую характеристику.

  Скрепер широко применяется при возведении насыпей из резерва, при разработке выемок с укладкой грунта в насыпь или транспортировкой в отвал, при планировке станционных и других площадок. Рабочий цикл скрепера состоит и четырех циклов:

  Набор грунта: ковш опущен, заслонка открыта, нож ковша врезается в грунт под действием веса ковша, и при движении скрепера грунт срезается и поступает в ковш.

  Транспортировка грунта: ковш поднят, заслонка закрыта, удерживает грунт от высыпания из ковша.

  Укладка грунта: ковш опущен, между днищем ковша и поверхностью грунта оставлен зазор, равный толщине отсыпаемого слоя грунта. Заслонка поднята. При движении скрепера вперед высыпаемый грунт планируется ножом ковша, оставляя за скрепером слой грунта равномерной толщины, и уплотняется задними колесами скрепера.

  Порожний ход: ковш поднят, заслонка закрыта.

  Бульдозером называется трактор или тягач с рабочим оборудованием.

Бульдозеры применяются для выполнения основных и вспомогательных работ. Бульдозер может использоваться при разработке коротких выемок с перемещением грунта в непосредственно примыкающую насыпь, возведении невысоких насыпей из одно-, двухстороннего резерва.

  Разработка грунта бульдозерами осуществляется послойно. Отсыпка насыпей бульдозерами возможна при высоте насыпи не более 2, 5 м. Оптимальная дальность перемещения грунта бульдозерами 100-150 м.

  Грейдер – землеройная машина непрерывного действия, послойно разрабатывающая грунт и подающая его ленточным транспортером в отвал или на транспортные средства.

  При возведении насыпи движение грейдера производится круговыми проходами на участке длиной 250-1500 м. Технологический процесс возведения насыпей из резерва состоит из разработки грунта в резерве, укладки его в насыпь, послойного разравнивания бульдозером или автогрейдером и уплотнения насыпи грунтоуплотняющими машинами.

  Цикл работы экскаватора при возведении насыпи и разработке выемки включает в себя: подъем ковша, бросание ковша и врезание его в грунт, набор грунта при смыкании створок, подъем ковша, поворот стрелы к месту разгрузки, разгрузка ковша, поворот стрелы к забою.

3   Производство отделочных работ

  Отделочные работа выполняются по окончании сооружения земляного полотна без перерывов во времени.

  Земляное полотно должно быть сооружено с превышением рабочих отметок не более чем на 15 см, чтобы при планировочных работах производить срезку грунта, а не его досыпку.

  В состав отделочных работ входят: планировка откосов и основной площадки насыпей с устройством сливной призмы, планировка откосов и основной площадки выемок с устройством сливной призмы и кюветов.

3.1 Определение объемов по планировке сливной призмы, откосов насыпей и выемок, нарезание кюветов

  Объемы работ, м², по устройству сливной призмы определяют по формуле:

F_сп = b*L,    (1)

где

b – ширина сливной призмы, м;

L – протяженность участков насыпей и выемок, за исключением длины мостов, м.

F_сп = 2,3*6000 = 13800 м²

  Объем работ, м², по устройству основной площадки определяют по формуле:

F_оп = b*L,   (2)

Где

b – ширина основной площадки, м;

L – протяженность участков насыпей и выемок, за исключением длины мостов, м.

F_оп = 7,6*6000 = 45600 м².

  Объемы работ по планировке откосов насыпей и выемок определяют по поперечным профилям по формуле:

S=H*L,   (3)

где

S – площадь двух откосов выемки и насыпи;

H – средние рабочие отметки выемки и насыпи;

L – протяженность участка выемки и насыпи;

m – заложение откоса выемки и насыпи, принимается 1,5 м.

Табл. 3.1.1 Определение объема работ по планировке откосов