2577

Такие обделки собирают на месте производства работ из готовых элементов. Сборная обделка может быть выполнена в виде пологого свода, опирающегося на породу, или подъемистого свода с плоским лотком (рис. 7.2). Пологий свод из сборных элементов может опираться и на заранее возведенные стены из монолитного бетона или железобетона. Для опирания на породу или на стены в конструкции обделки должны быть предусмотрены блоки с уширенной пятой.

В последние годы при строительстве автодорожных, железнодорожных и пешеходных тоннелей в качестве обделки стали применять конструкции сводчатого очертания из металлических гофрированных листов толщиной 6 8 мм. Конструкцию обделки выполняют в виде арки, опирающейся на бетонные или железобетонные фундаменты, или замкнутого очертания с закреплением в подошве анкерными болтами. Конструкции обделок из гофрированного металла с противокоррозийным покрытием характеризуются высокой прочностью, малым весом и долговечностью. Обделки просты в сборке, экономичны, водонепроницаемы. Применяют их при проходке тоннелей в упругих породах,

92

Рис. 7.2. Конструкции сборных обделок сводчатого очертания (а – г): 1 – облицовка; 2 – контур габарита; 3 – лоток; 4 – проезжая часть; 5 – обратный свод; 6 – ключевой блок; 7 – смежный блок; 8 – нормальный блок; 9 – опорный блок; 10 – фиксаторы

используя совместную работу обделки с породой по восприятию горного давления.

7.3. ПОРТАЛЫ

Места входов в тоннель надежно закрепляются и выполняются в виде специальных ограждающих конструкций – порталов и оголовков.

Порталы – архитектурно оформленные несущие конструкции, служащие для обеспечения устойчивости лобового откоса и отвода поверхностных вод. Порталы выполняют из монолитного бетона класса В15 (толщина не менее 300 мм), железобетона класса В25 ( 150 мм) и бутобетона ( 500 мм). Как правило, порталы устраивают железобетонными, а бетон применяют в устойчивых скальных породах при сейсмичности района тоннеля ниже 7 баллов.

Портал представляет собой торцовую подпорную стену с входным отверстием и первое усиленное кольцо обделки (рис. 7.3, а, б). Торцовая стена связана с первым кольцом обделки при помощи арматуры или отрезков прокатного профиля (рельсов, двутавров, швеллеров) и опирается на боковые откосы предпортальной выемки, в которые заделывается на необходимую глубину. В недостаточно устойчивых породах торцовая стена может опираться на боковые подпорные стены, поддерживающие отко-

93

засыпкой для создания более пологого лобового откоса при неустойчивых склонах (рис. 7.5).

В крепких скальных породах, когда откосы подходной выемки достаточно устойчивы, вместо порталов устраивают оголовки, которые представляют собой усиленные головные звенья тоннельной обделки, выступающие из плоскости лобового откоса (см. рис. 7.3, в). Головное звено обделки длиной 4 6 м обычно усиливают дополнительной арматурой или увеличением толщины свода и стен.

Г л а в а 8

КОНСТРУКЦИИ ОБДЕЛОК КРУГОВОГО ОЧЕРТАНИЯ

8.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

При сооружении тоннелей щитовым способом в слабых и неустойчивых породах тоннельная обделка имеет круговое поперечное очертание. В условиях всестороннего горного и гидростатического давления такое очертание наиболее целесообразно, т.к. в данных условиях оно позволяет наиболее рационально использовать материал обделки, работающий преимущественно на сжатие, и обеспечить в конструкции минимальные изгибающие моменты. Обделки кругового очертания выполняют из металла, сборного железобетона и монолитно-прессованного бетона. Наиболее широкое распространение получили круговые сборные обделки из металла и железобетона. Сборные обделки в наибольшей степени отвечают требованиям индустриализации и комплексной механизации всех основных процессов, повышения качества сооружения, позволяют добиться высоких скоростей проходки, т.е. сокращения сроков и стоимости строительства.

К сборной обделке предъявляются следующие требования: сборная обделка должна обладать достаточной прочностью для восприятия внешних нагрузок; быть водонепроницаемой и долговечной; элементы обделки должны быть взаимозаменяемыми, а сборка обделки – безопасной, простой, быстровыполняемой, максимально механизированной операцией.

Сборные обделки состоят из отдельных колец и собираются из одинаковых элементов сплошного или ребристого сечения: блоков или тюбингов. Ширина колец зависит от степени устойчивости породы и диаметра тоннеля, обычно составляет 0,5 1 м. Толщина элементов обделки зависит от материала, из которого они изготовлены, диаметра выработки, устойчивости породы и определяется статическим расчетом конструкций.

96

Все сборные обделки кругового очертания классифицируются: в соответствии с конструктивными особенностями на жесткие, имеющие связи растяжения в радиальных стыках, и гибкие, не имеющие связей растяжения; по характеру взаимодействия с окружающей породой – на шарнирно геометрически изменяемые и предварительно обжимаемые. Жесткие обделки предназначены для слабоустойчивых и неустойчивых пород, находящихся в условиях значительного горного и гидростатического давления. Различают жесткие обделки с постоянными связями растяжения, которые обеспечивают жесткость и геометрическую неизменяемость колец обделки как в период монтажа, так и в период эксплуатации, и с временными связями растяжения, которые ставятся только на время монтажа обделки. Гибкие обделки применяют в устойчивых породах, обладающих упругими свойствами.

8.2. СБОРНЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ОБДЕЛКИ

В особо тяжелых условиях – в слабых и неустойчивых водонасыщенных породах с горным давлением более 0,6 МПа и при гидростатическом давлении более 0,15 МПа и водопритоке более 200 м3/ч – применяют обделку из чугунных тюбингов с постоянными болтовыми связями в стыках. И хотя металл является дорогим материалом, а затраты на материалы достигают 50 % общей стоимости строительства, в данном случае металлическая обделка наиболее приемлема.

Чугунная обделка состоит из последовательно собираемых колец одинакового типа и размера. Кольцо обделки диаметром 5 6 м содержит от 6 до 12 тюбингов, кольцо диаметром около 10 м – от 10 до 18 тюбингов

(рис. 8.1).

Тюбинг изготовляется из литейного чугуна марок СЧ20, СЧ35 и СЧ50, в некоторых случаях – из более прочного модифицированного чугуна марок МСЧ32-52, МСЧ38-60 или высокопрочного чугуна ВЧ-45 и представляет собой литое изделие, состоящее из плиты-оболочки с цилиндрической поверхностью и четырех бортов, окаймляющих оболочку. Борта имеют отверстия и служат для соединения тюбингов в кольца и колец между собой с помощью болтов. Кроме того, борта обеспечивают оболочке и обделке в целом необходимую жесткость (см. рис. 8.1, а). Борта, соединяющие отдельные тюбинги в кольцо и параллельные продольной оси тоннеля, называются продольными или радиальными, а перпендикулярные к оси, соединяющие кольца между собой, – поперечными или кольцевыми. Каждое кольцо обделки собирают из 3-х типов тюбингов: нормальных, двух смежных, одного ключевого. Нормальные тюбинги имеют радиально направленные борта, смежные – один радиальный борт и один скошенный

97

борт, ключевой – два скошенных борта. Это позволяет замыкать кольцо обделки при монтаже установкой ключевого тюбинга.

98

Рис. 8.1. Обделка из чугунных тюбингов: 1 – ребра жесткости; 2 – отверстие для нагнетания раствора; 3 – оболочка; 4 – радиальный борт; 5 – болтовые отверстия; 6 – кольцевой борт; 7 – чеканочный паз; 8 – железобетонный блок;

9– чугунная плита;

10– анкерный болт

99

Толщина спинки (оболочки) составляет 20 50 мм, высота бортов – 200 250 мм (для тоннелей диаметром 5 6 м) и 300 400 мм (для тоннелей диаметром 9 10 м). Длина тюбинга не превышает 1600 1900 мм, а ширина – 500 1200 мм. Эти размеры принимаются из условия величины предельной массы одного элемента 1,5 2,5 т, принятой для удобства монтажа, а также определяются степенью устойчивости породы и диаметром выработки. Чем устойчивее порода и меньше диаметр, тем больше может быть ширина тюбинга. Для повышения жесткости тюбинга и восприятия усилий щитовых домкратов нормальные и смежные тюбинги имеют два или три промежуточных радиальных ребра жесткости (диафрагмы). В широких тюбингах дополнительно устраивают поперечное (кольцевое) ребро жесткости.

Отверстия для болтов в кольцевых бортах располагают в один ряд по средней линии с постоянным шагом 300 450 мм, что позволяет смещать соседние кольца, создавая перевязку швов и повышая тем самым жесткость обделки. Отверстия для болтов в радиальных бортах располагают в два ряда в шахматном порядке для лучшего восприятия стыком изгибающих моментов и недопущения раскрытия швов. Диаметр болтов 20 45 мм, диаметр болтовых отверстий – на 4 5 мм больше. В оболочке каждого тюбинга делают нарезные отверстия диаметром 60 мм для нагнетания раствора за обделку. Отверстия эти закрывают металлической пробкой на резьбе. По периметру бортов тюбинга нарезают сплошной паз (фальц) шириной 6 и высотой 32 мм, служащий для гидроизоляции швов между тюбингами.

При сооружении обделки на кривых применяют специальные клиновидные (угловые) кольца тюбингов или укладывают между нормальными кольцами металлические или железобетонные клиновидные прокладки.

Все более широкое распространение в метростроении стали получать чугунные обделки с плоским лотковым блоком вместо обычного ребристого тюбинга (см. рис. 8.1, б). Лотковый блок выполнен из железобетона, покрыт чугунными плитами толщиной 20 мм (для гидроизоляции), которые связаны анкерами с арматурой блока. При использовании лотковых блоков уменьшается трудоемкость работ по очистке лотка от породы при проходке и необходимости укладки специальных блоков для обеспечения движения транспорта.

Обделка из чугуна дорога в изготовлении и зачастую имеет избыточную несущую способность, поэтому создают облегченные тюбинги с толщиной оболочки 8 10 мм и высотой борта 100 150 мм и с меньшим числом ребер жесткости (1 2) или тюбинги с оболочкой волнистой формы длиной до 2215 мм и высотой борта 240 мм (см. рис. 8.1, в). Значительное снижение расхода чугуна (в 1,5 2 раза) достигается за счет применения

100

обделок переменной жесткости. Нижнюю часть кольца обделки, где изгибающие моменты невелики, собирают из облегченных тюбингов, а в верхней части укладывают обычные тюбинги.

Обделки из чугунных тюбингов имеют высокую несущую способность, жесткость и водонепроницаемость (предельные сопротивления на сжатие 200 300 МПа, на растяжение 65 160 МПа). Но их нерациональная статическая работа (прочность чугуна на сжатие используется лишь на 35 40 %), большая масса тюбингов, сложность их изготовления и высокая стоимость оправдывают применение чугуна только в особо сложных ин- женерно-геологических условиях.

В тоннелестроении применяют также стальные тюбинги, в основном для подводных тоннелей. Сталь в отличие от чугуна одинаково хорошо работает на сжатие и растяжение (минимальное сопротивление 355 МПа), поэтому стальные тюбинги при равной прочности с чугунными имеют меньшее сечение. Вес стальной обделки может быть уменьшен в 2 2,5 раза по сравнению с чугунной. Путем сварки стыков можно увеличить прочность и водонепроницаемость стальной обделки. Основным недостатком стальной обделки является подверженность коррозии и большая стоимость, что и ограничивает ее широкое применение.

8.3. СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ОБДЕЛКИ

Одной из важнейших проблем, стоящих перед строителями тоннелей, является полная или частичная замена дорогостоящего металла сборным железобетоном. Если в наиболее сложных инженерно-геологических условиях пока нельзя обойтись без металла, то в остальных случаях сборный железобетон является основным строительным материалом, обеспечивающим индустриализацию, сокращение сроков тоннельного строительства, экономичность и повышение производительности труда. При этом расход металла меньше чугунных и стальных обделок на 80 85 %, а стоимость 1 м тоннеля – на 15 20 %.

Для обделок из сборного железобетона принимают бетон классов не ниже В30 и стержневую горячекатаную арматуру гладкого и периодического профиля классов АI АV диаметром от 6 до 40 мм.

Сборные железобетонные обделки различают по следующим признакам: по типу элемента кольца обделки (тюбинги, сплошные блоки, ребристые блоки), по типу продольного стыка между элементами (плоские и цилиндрические), по характеру включения обделки в совместную работу с породой (нагнетание раствора за кольцо обделки или обжатие в породу).

Практика тоннелестроения показывает, что несущая способность и трещиностойкость обделки определяются прочностью продольных стыков, которая зависит от типа стыка.

101