2577

Плоские продольные стыки соединяются между собой различными способами: монтажными шпильками, цилиндрическими вкладышами, болтами. В этих стыках передача внутренних усилий осуществляется по плоским торцам соприкасающихся элементов (тюбингов, блоков). В плоском стыке с монтажными шпильками в торце элемента имеются два отверстия глубиной 75 100 мм для установки в них стальных шпилек диаметром 20 30 мм (рис. 8.2, а). Диаметр отверстия на 2 4 мм больше, что облегчает монтаж и исключает работу шпилек на изгиб при деформациях кольца под нагрузкой.

В плоском стыке с цилиндрическим вкладышем в торце элемента имеется полуцилиндрический паз, который при монтаже образует отверстие диаметром 60 80 мм, куда вставляют вкладыш (железобетонный стерженьилиотрезокстальнойтрубы) диаметром на 5 8 мм меньше диаметра отверстия (см. рис. 8,2, б).

Рис. 8.2. Типы стыков сборной железобетонной обделки: 1 – стальные шпильки 20 30 мм; 2 – цилиндрические железобетонные вкладыши; 3 – болт

Шпильки и вкладыши не препятствуют взаимному повороту элементов в кольце при монтаже. Под нагрузкой или при монтаже может происходить деформация кольца с раскрытием стыков между элементами. В раскрытых стыках передача внутренних усилий происходит на площадке смятия, смещенной от оси элемента (рис. 8.3). Поэтому нормальная сила N передается с эксцентриситетом e, в стыке возникает значительный изгибающий момент и увеличиваются растягивающие напряжения, ухудшающие несущую способность и трещиностойкость обделки вследствие плохой работы бетона не растяжение.

102

Вплоском стыке с болтовой связью болты ставятся через армированные металлическими трубками отверстия, что обеспечивает передачу изгибающего момента через стык и препятствует его раскрытию (см. рис. 8.2, в). Кольцо обделки с такими стыками имеет повышенную жесткость, что особенно важно для обделок большого диаметра, заложенных в породах с малыми коэффициентами упругого отпора. Для затяжки болтов из-за опасности скола бетона используют сболчиватели с фиксацией крутящего момента.

Все обделки, составленные из элементов с плоскими стыками, являются жесткими и недеформируемыми и имеют недостаточную трещиностойкость, что объясняется возникновением в стыках значительных изгибающих моментов разного знака и плохой работой бетона на растяжение. Практически почти всегда появляются сколы бетона в торцах блоков.

Цилиндрические стыки, у которых торцы элементов имеют выпукловогнутую поверхность, представляют собой шарнирное соединение, допускающее возможность свободного взаимного поворота сопрягаемых элементов (см. рис. 8.2, г). При этом снижается величина изгибающих моментов, так как эксцентриситет передачи усилий сжатия сводится к минимуму, и обеспечивается удобство монтажа. Шарниры приводят к образованию моментов одного знака, что гарантирует отсутствие растяжения с внутренней стороны блоков и опасности трещинообразования в растянутой зоне. Каждый элемент имеет выпуклый и вогнутый торцы. Элементы соединяются двумя монтажными стальными шпильками для фиксации и центрирования стыков и облегчения сборки кольца обделки. Цилиндрический стык практически исключает скалывание бетона на соприкасающихся поверхностях, но обделки с этими стыками отличаются повышенной деформативностью.

Поперечные стыки смежных колец железобетонной обделки выполняются как со связями, так и без них. Связи между кольцами повышают жесткость обделки, необходимую, прежде всего, при монтаже, особенно для колец большого диаметра, и применяются только в обделках с плоскими продольными стыками. Связи стыков выполняются с использованием болтов либо соединения типа «гребень-паз» или с кольцевой шпонкой

(рис. 8.4).

Вобделках с цилиндрическими стыками связей между кольцами нет, поскольку они будут препятствовать свободному взаимному повороту смежных элементов в продольных стыках и исключать их работу в качестве шарнира.

103

Рис. 8.4. Стыки между кольцами: а – типа «гребень-паз»; б – с кольцевой шпонкой; 1 – кольцевая шпонка

Рис. 8.5. Железобетонная обделка из тюбингов с болтовыми связями по поперечным и продольным бортам: а – схема кольца; б – тюбинг

Элементы железобетонной обделки выполняются в виде тюбингов и блоков.

Железобетонные тюбинги применяют в слабоустойчивых необводненных породах, по форме они аналогичны чугунным тюбингам. Толщина их оболочки в зависимости от диаметра обделки составляет 60 150 мм, высота бортов – 200 550 мм (рис. 8.5).

Тюбинги имеют промежуточные ребра жесткости и по 2 4 отверстия диаметром 30 50 мм в кольцевых и радиальных бортах. В отверстия запрессованы металлические трубки. Соединение между кольцами болтовое, продольные стыки тюбингов плоские с болтами или монтажными шпильками. Смежные кольца укладывают с перевязкой швов. После монтажа кольца и нагнетания за него тампонажного раствора болты снимают, заменяя их металлическими шпильками.

При использовании тюбингов уменьшается в 1,5 2 раза расход бетона по сравнению с блоками, облегчаются транспортные и монтажные работы вследствие меньшей массы элементов, обеспечивается удобство и

104

точность монтажа при болтовых связях, а также более высокая жесткость кольца. Недостатки тюбингов: повышенный расход арматуры (на 30 40 % больше, чем для блоков), опасность поломок бортов и образования трещин в оболочке при затягивании болтов в процессе монтажа, а также от давления щитовых домкратов при передвижке щита и от изменения горного давления в процессе эксплуатации. Трещины являются причиной коррозии арматуры и источниками течей и капежа в тоннеле. Кроме того, обделки из железобетонных тюбингов имеют повышенное аэродинамическое сопротивление вследствие ребристой внутренней поверхности, что ухудшает условия вентиляции тоннеля. Ребристая поверхность также усложняет очистку тоннеля от грязи при его эксплуатации.

Блоки железобетонной обделки в поперечном сечении имеют сплошную или ребристую форму.

Сплошные блоки применяют в слабоустойчивых сухих или маловлажных породах (рис. 8.6, 8.7). Они имеют толщину 200 400 мм, ширину 750 1000 мм и длину до 2 3 м. Радиальные стыки блоков плоские и цилиндрические, кольцевые – только плоские. Обделка из блоков сплошного сечения не имеет болтовых связей в стыках, блоки в кольца соединены лишь монтажными шпильками или цилиндрическими вкладышами при плоских стыках и монтажными шпильками при цилиндрических стыках. Между кольцами монтажная связь отсутствует или выполняется при помощи стальных шпилек. В этом случае для установки шпилек во всех блоках, кроме лоткового и вкладышей, имеются ниши (см. рис. 8.7).

Рис. 8.6. Железобетонная обделка из блоков сплошного сечения: 1 – цилиндрическая шпонка; 2 – кольцевая шпонка; 3 – отверстие для нагнетания раствора

105

В последнее время разработана и успешно применяется в мягких и слабых маловлажных породах при гидростатическом давлении до 0,3 МПа конструкция сборной обделки из блоков сплошного сечения с неопреновыми уплотнителями в стыках (рис. 8.8). Обделка отличается повышенной прочностью, жесткостью и водонепроницаемостью. Это достигается за счет высокого качества изготовления и точного монтажа. Блоки изготавливаются из бетона класса В45 и марки по водонепроницаемости W10.

Рис. 8.7. Железобетонная обделка тоннеля из блоков сплошного сечения с цилиндрическими стыками

Ребристые блоки отличаются от тюбингов утолщенной оболочкой 200 250 мм и высокими бортами порядка 400 500 мм (рис. 8.9). Их применяют в условиях возможного притока подземных вод. Ребристые блоки не имеют ребер жесткости. Продольные стыки выполняются плоскими или цилиндрическими с монтажными шпильками. Между кольцами связь болтовая, постоянная или только на период монтажа. В этом случае после нагнетания раствора за кольцо болты заменяют стальными шпильками. На рис. 8.10 показана унифицированная обделка из ребристых блоков с цилиндрическими продольными стыками.

Для обводненных пород применяют железобетонные блоки с различным гидроизоляционным покрытием. Гидроизоляцию блоков выполняют из стальных листов, чугунных плит либо с

106

ками. Кольца между собой не имеют связей. Гидроизоляция швов обеспечивается чеканкой освинцованным шнуром либо замазкой из ВРЦ или БУС. Такие обделки обладают более высокой защитой от коррозии, но возможные нарушения гидроизоляции швов делают ее менее надежной.

Покрытия из мастик, герметиков и полимеров обеспечивают полную гидроизоляцию, но их недостатком является возможность механического повреждения покрытия при транспортировании и монтаже обделки.

При заложении тоннелей в сейсмоопасных районах сборная железобетонная обделка должна быть жесткой, представляя из себя цельную трубу. Этим требованиям отвечают обделки из железобетонных тюбингов с постоянными болтовыми связями в стыках и обделки из блоков со стальной гидроизоляцией. В сейсмоопасных условиях устраивают также обделку из блоков, имеющих в стыках петлевые или стержневые выпуски арматуры, которые сваривают между собой, либо обделку из блоков со срезанными углами, в которых имеются арматурные петли (рис. 8.13). Под петли устанавливают стальную плиту с отверстиями и соединяют блоки болтами. Затем стык омоноличивают. Недостаток этой обделки в том, что при монтаже колец возникает сложность установки плиты и обеспечения качественного омоноличивания, особенно в своде. Как вариант вместо плиты устанавливают металлическое кольцо с вырезами по периметру среза и в петли вставляют стальные клинья. В этом случае имеются сложности при монтаже с совпадениями вырезов в кольце с петлями.

8.4. СБОРНЫЕ ОБЖАТЫЕ ОБДЕЛКИ

В настоящее время при строительстве тоннелей получили распространение железобетонные предварительно-напряженные сборные обделки. Такие обделки применяют преимущественно в плотных глинистых и песчаных породах естественной влажности, обладающих упругими свойствами.

Целью предварительного напряжения является обжатие и уплотнение радиальных стыков элементов обделки для немедленного включения ее в совместную работу с породой по воспри-

111