Конструкции поперечных (кольцевых) стыков сборных железобетонных обделок.
Конструкция поперечных (кольцевых) стыков зависит от конструкции элементов железобетонной обделки и от инженерно-геологических условий заложения тоннеля.
В обделках из железобетонных тюбингов поперечный стык обеспечивает болтовое соединение соседних колец обделки, а его конструкция аналогична конструкции продольного стыка показанного на рисунке 3.5.в..
На рисунке 3.6. показаны конструкции поперечных стыков в обделках из железобетонных блоков сплошного или ребристого сечения.
Рис. 3.6. Конструкция поперечного (кольцевого) стыка сборной обделки из железобетонных блоков:
А – стык типа «гребень-паз»; б – стык с цилиндрическим вкладышем;
1 - цилиндрический вкладыш.
Представленные на рисунке 3.6. конструкции поперечных стыков исключают возможность вертикальных смещений смежных колец относительно друг друга. Такие перемещения колец обделки возможны при сооружении тоннеля в слабых неустойчивых грунтах. Если тоннель сооружается в устойчивых слабо деформирующихся грунтах, то кольцевой стык обделки будет плоским без каких-либо дополнительных устройств.
Иногда, когда необходимо сохранить продольное усилие щитовых домкратов, обжимающее резиновое уплотнение между кольцами водонепроницаемой железобетонной обделки, в конструкцию поперечного стыка вводят специальные металлические шпильки с пластиковыми дюбелями (рис. 3.7.).
Рис. 3.7. Конструкция поперечного стыка обделки из железобетонных блоков с металлопластиковыми дюбелями:
а – стык типа «гребень-паз»; б – плоский стык.
Так же как и в случае с продольными (радиальными) стыками, реже встречающиеся типы поперечных стыков будут рассмотрены при знакомстве с конкретными конструкциями сборных железобетонных обделок.
Конструктивные формы элементов колец сборных железобетонных обделок.
Форма элементов сборных железобетонных обделок в значительной степени определяется отсутствием связей по продольным стыкам в некоторых типах обделок. Кроме того, при назначении формы элемента принимается во внимание стремление проектировщиков обойтись минимальным числом типоразмеров элементов в кольце обделки.
Кольцо обделки из железобетонных тюбингов (как и из чугунных), как правило, состоит из элементов прямоугольной формы, так как жёсткость кольца обеспечивается болтовыми связями в продольных и поперечных стыках (рис. 3.8.)
Рис. 3.8. Конструкция обделки из железобетонных тюбингов прямоугольной формы.
Элементы прямоугольной формы просты в изготовлении, позволяют обойтись минимальным числом типоразмеров, но при отсутствии связей по продольным стыкам не обеспечивают в некоторых случаях достаточной жёсткости кольца обделки. Однако, в определённых инженерно-геологических условиях (сухие устойчивые грунты) обделки могут быть податливыми в продольных стыках, что обеспечивает уменьшение изгибающих моментов, особенно при использовании шарнирных продольных стыков. Тогда также целесообразно применение блоков прямоугольной формы (рис. 3.9.)
Рис. 3.9. Конструкция обделок из прямоугольных железобетонных блоков:
а – сплошного сечения; б – ребристого сечения; 1 – плоский лотковый элемент;
2 – железобетонный блок; 3 – замковый вкладыш; 4 – рельсовый путь; 5 – путевой бетон.
Желание проектировщиков создать обделку из железобетонных блоков без болтовых связей в продольных стыках, но обладающую повышенной жёсткостью привело к созданию обделок из элементов более сложной формы. Так появились обделки, кольца которых собираются из трапециевидных, многогранных (сотовых) и других элементов.
На рисунке 3.10. показана обделка из железобетонных блоков трапециевидной формы.
Рис. 3.10. Конструкция обделки из блоков трапециевидной формы.
Такая обделка обладает повышенной жёсткостью благодаря сложной форме продольных стыков, а также наличию поперечного стыка типа «гребень-паз» и перевязке продольных швов. Следует отметить, что обделки такого типа, как правило, применялись при строительстве тоннелей, диаметр которых не превышал 4-х метров, т.е. тоннелей коммунального назначения.
Дальнейшее развитее обделок из железобетонных блоков привело к появлению обделок, кольца которых монтировались из блоков более сложной формы, которые обеспечивали не только повышенную жёсткость продольных стыков, но и предусматривали взаимную связь смежных колец обделки между собой. Так, например, возникла конструкция обделки монтируемой из Т-образных блоков (рис.3.11.).
Рис. 3.11. Конструкция обделки из Т-образных железобетонных блоков.
Другой, ещё более сложный тип конструкции блока получил название «скошенная восьмёрка». (рис. 3.12.).
Рис.3.12. Конструкция обделки из блоков типа «скошенная восьмёрка».
На рисунке 3.13. показана обделка из блоков представляющих собой две трапеции, сходящиеся меньшими в середине блока.
Рис. 3.13. Конструкция обделки из железобетонных блоков в виде двух сходящихся трапеций:
А – конструкция обделки; б – конструкция блока; в – сборочный кондуктор;
1 – отверстия для скрепления кондукторов во время сборки кольца; 2 – отверстия для нагнетания растворов и крепления кондукторов; 3 – отверстия в кондукторе.
Как видно из рисунка, монтаж такой обделки производится с помощью специальных устройств (кондукторов), что делает её не конкурентно способной по сравнению с другими конструкциями.
При сооружении тоннелей небольших диаметров (2 – 4 метра) в качестве первичной обделки иногда применялись лёгкие железобетонные или керамические блоки шестигранной формы (сотовые обделки). Обладая незначительным весом и малыми размерами, такие блоки легко монтировались в кольцо, а впоследствии внутри этого первичного кольца устраивалась монолитная железобетонная обойма, которая и являлась основной несущей конструкцией (рис. 3.14.).
Рис. 3.14. Конструкция сотовой обделки.
Следует отметить, что рассмотренные выше конструкции обделок из железобетонных элементов сложной формы не нашли широкого применения в современном тоннелестроении. Практически все тоннели, сооружаемые щитовым способом, имеют обделку, собираемую из элементов прямоугольной формы.
Для устройства сборных обделок на криволинейных участках трассы тоннеля используются так называемые клиновые кольца, характеризующиеся тем, что кольцевые борта сборных элементов не параллельны друг другу (рис.3.15.).
Рис. 3.15. Конструкция клинового кольца железобетонной обделки.
В настоящее время для проходки криволинейного участка применяются два типа клиновых колец:
1 – сочетание прямых колец (с параллельными кольцевыми бортами) с клиновидными с односторонним (правым или левым) скосом;
2 – использование универсальных клиновидных колец.
Схема возможной укладки колец на прямолинейном и криволинейном участке тоннеля показана на рисунке 3.16.
Рис. 3.16. Схема укладки колец обделки на прямых и криволинейных участках тоннеля:
а – сочетание прямых и клиновидных (с односторонним скосом) колец обделки;
б – с использованием универсальных клиновидных колец; 1 – прямые кольца;
2 – клиновидные кольца с односторонним скосом; 3 – универсальные клиновидные кольца.
Как видно из рисунка конструкция универсальных клиновидных колец позволяет проходить тоннель и на прямом и на криволинейном участке тоннеля.