2577

ками света и установкой мощных дополнительных источников; уровень освещенности повышают до 1000 2000 люкс;

2)раструбным расширением припортальной части тоннеля для большего использования дневного света (рис. 11.11);

3)установкой солнцезащитных экранов – навесов или галерей длиной от 50 до 200 м в виде металлических или железобетонных каркасов, покрытых пластинами из легких металлических сплавов или пластмассы. Экраны могут быть закрытого типа с покрытием из прозрачных или полупрозрачных материалов, рассеивающих солнечный свет, или открытого типа с решетками типа жалюзи (см. рис. 11.10).

Длину светового перехода lp определяют в зависимости от расчетной скорости движения автомобилей Vp с учетом того, что среднее время t изменения диаметра глазного зрачка в связи с его адаптацией к новым условиям освещения составляет около

Для освещения тоннелей применяют светильники с газоразрядными (люминесцентными) лампами мощностью от 60 до 1000 Вт. Они располагаются вдоль оси проезда в своде или в местах сопряжения стен со сводом на расстоянии 5 10 м друг от друга (рис. 11.12, 11.13). Управление режимом общего освещения тоннелей – дистанционное и автоматическое. При внезапном отключении основного освещения предусмотрено аварийное осве-

щение лампами накаливания мощностью до 30 Вт, питаемыми от аккумуляторов с напряжением 24 36 В, установленных в тоннеле. Уровень аварийного освещения должен быть не менее 10 12 люкс.

Рис. 11.11. Раструбное расширение припортальной части тоннеля

182

11.7.СИГНАЛИЗАЦИЯ И СВЯЗЬ

ВАВТОДОРОЖНЫХ ТОННЕЛЯХ

Сигнализация и связь в автодорожных тоннелях служат для обеспечения безопасности движения, так как столкновения транспорта, наезды на элементы конструкций и другие аварии в тоннелях особенно опасны.

У порталов тоннелей и внутри длинных тоннелей устанавливают световые сигналы остановки и ограничители скорости движения, а на подходах к тоннелям – контрольно-габаритные оптические устройства.

Втоннелях длиной свыше 300 м устанавливается заградительная сигнализация, предназначенная для включения световых сигналов, расположенных перед порталами и запрещающих въезд транспорта при создании в тоннеле аварийной ситуации. Кнопки заградительной сигнализации располагаются через 60 м по длине тоннеля.

Вгородских тоннелях применяют радарные установки и датчики определения скорости движения автомобилей, разме-

щенные через 80 100 м под проезжей частью и включающие предупредительный световой сигнал при превышении скорости (рис. 11.14). В крупных тоннелях наблюдение за автодвижением осуществляют с помощью телевизионных камер, расположенных через 160 300 м. Также применяют автоматизированные системы управления транспортных потоков.

Рис. 11. 14. Схема размещения телекамер и радаров в автотранспортном тоннеле: 1 – телекамеры; 2 – радары

184

Помимо сигнальных устройств в автодорожных тоннелях длиной более 1000 м устанавливают громкоговорители местного вещания через каждые 120 м, по которым из дежурного пункта передают экстренные сообщения. Все автодорожные тоннели длиной более 300 м оснащены телефонами, устанавливаемыми у обоих порталов и в тоннеле на расстоянии не более 150 м один от другого.

Для ликвидации возникших пожаров в тоннелях оборудуют противопожарный водопровод и через каждые 100 м по длине тоннеля в специальных нишах или шкафах помещают водоразборные гидранты, пожарные рукава и огнетушители. В крупных тоннелях устраивают автоматизированные спринклерные или дренчерные системы пожаротушения, автоматически включающиеся при срабатывании датчиков максимальной температуры.

Г л а в а 12

НАГРУЗКИ И РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК

12.1. НАГРУЗКИ

Нагрузки, действующие на тоннельную обделку, определяются в зависимости от глубины заложения и размеров выработки, климатических, инженерно-геологических, гидрогеологических и сейсмических условий строительства, конструкции обделки, способов производства работ, вида транспортных средств.

Все виды нагрузок можно разделить на постоянные, которые оказывают на конструкцию регулярное воздействие, и временные, которые действуют в течение длительного или краткого времени.

Постоянными нагрузками и воздействиями являются собственный вес конструкции, горное давление или вес насыпного грунта, внешнее гидростатическое давление, сохраняющиеся усилия предварительного натяжения арматуры или обжатия породы и дополнительно для городских тоннелей – вес дорожного покрытия и подземных коммуникаций, нагрузки от веса зданий и сооружений, расположенных над тоннелем мелкого заложения.

185

Временные нагрузки и воздействия длительного действия: вес стационарного оборудования, воздействия сезонных колебаний температуры, морозного пучения пород, ползучести и усадки

бетона; кратковременного действия: нагрузки от движения транспорта и толпы людей по тоннелю и над тоннелем мелкого заложения. К временным также относятся строительные нагрузки, возникающие в процессе сооружения тоннеля: давление от усилия щитовых домкратов при передвижке щита и прессовании монолитной обделки; давление от нагнетания растворов за обделку; вес тоннелепроходческого оборудования, транспорта и строительных материалов; внутреннее давление сжатого воздуха при кессонных работах; давление от усилий при подаче и монтаже элементов обделок; специфичные нагрузки для подводных тоннелей: воздействие водного потока и волн на опускную секцию при ее транспортировке по воде и в процессе опускания на место установки; гидростатическое давление на свободный торец секции при стыковании.

Кратковременными являются особые воздействия, к которым относятся сейсмические, ударные, взрывные воздействия и нагрузки, возникающие в результате каких-либо аварийных ситуаций, неравномерной деформации и осадок земной поверхности или оснований зданий и сооружений.

Все эти нагрузки действуют на подземную конструкцию одновременно или в разное время. Поэтому возникают различные напряженные состояния. В связи с этим расчет конструкции обделки тоннеля производят с учетом возможных для отдельных элементов или всего тоннеля в целом наиболее невыгодных сочетаний нагрузок и воздействий, которые могут действовать одновременно при строительстве или эксплуатации тоннеля и при действии которых в конструкции возникают наибольшие внутренние усилия. По степени вероятности возникновения различают основные и особые сочетания нагрузок.

Основные сочетания включают постоянные нагрузки, временные нагрузки от движения транспорта, строительные и эксплуатационные временные нагрузки.

Особые сочетания состоят из постоянных нагрузок и воздействий, наиболее вероятных временных нагрузок и особых воздействий.

В практике обычно расчёт конструкций производят на основные сочетания нагрузок, а на особые нагрузки лишь выполняют проверку.

12.2. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАГРУЗОК

Собственный вес конструкции вычисляют в соответствии с проектными размерами и удельным весом строительных материалов. Если собст-

186

венный вес конструкции составляет менее 5 % величины расчетного давления, то его не учитывают.

Нормативное горное давление определяют в зависимости от инже- нерно-геологических условий:

а) по теории сводообразования (в устойчивых глинистых, трещиноватых полускальных и скальных породах):

где – удельный вес породы; h1 – высота свода давления над выработкой; L – ширина свода давления; f – коэффициент крепости породы; h

– высота выработки; – угол внутреннего трения породы; б) по полному весу всей толщи пород над тоннелем (в слабых

неустойчивых породах):

где i и hi – соответственно удельные веса и высоты слоев породы, расположенных над выработкой;

в) по объему отдельных вывалов из свода и стен выработки (в крепких трещиноватых скальных породах):

qн 0,35 0,60 b; pн 0,19 h,

где b – ширина выработки;

г) на выработки прямоугольного очертания, заложенные вблизи земной поверхности (под улицами и автомагистралями) и сооружаемые открытым способом, передается вертикальное давление от веса дорожного покрытия и слоя грунта обратной засыпки (рис 12.1):

qн n n з hз ,

187

При заложении тоннеля в водопроницаемых породах гидростатическое давление действует по всей поверхности обделки и определяется в зависимости от глубины заложения тоннеля ниже уровня подземных вод (рис. 12.2, 12.3). Величину гидростатического давления принимают равной: для обделок кругового очертания соответственно в шелыге и в лотке qв в hв и qв в hв D ;

Рис. 12.2. Распределение гидростатического давления на обделки подводного (а, в, г) и горного (б) тоннелей: 1 – уровень воды; 2 – отметка дна; 3 – водопроницаемый грунт; 4 – водоупор

Рис. 12.3. Распределение гидростатического давления на обделку городского тоннеля мелкого заложения: 1 – уровень грунтовых вод; 2 – тоннель; 3 – водопроницаемый грунт; 4 – водоупор

Для обделок сводчатого и прямоугольного очертания qв в hв и qв в hв h . Здесь qв и qв – гидростатическое давление вверху и

внизу сечения выработки; в – удельный вес воды; hв – высота водонасы-

189

щенного слоя породы (от уровня подземных вод до шелыги); D и h – диаметр и высота выработки.

Гидростатическое давление действует на стены тоннеля совместно с горным давлением. Если ниже горизонта воды залегает водопроницаемая порода, то ее удельный вес принимают с учетом взвешивающего действия воды:

взв в 1 ,

где – удельный вес частиц пород; в – удельный вес воды; – коэффициент пористости породы.

При заложении тоннеля в водоупорных породах, подстилающих неустойчивые водонасыщенные породы, гидростатическое давление действует как пригруз, увеличивающий давление породы без учета ее «взвешивания».

Нормативная вертикальная нагрузка от веса дорожного покрытия и подземных коммуникаций, давления зданий, сооружений и от наземного транспорта на тоннели мелкого заложения

принимается только в том случае, если величина ее составляет не менее 10 % нагрузки от горного давления.

Нормативные воздействия от натяжения арматуры предвари- тельно-напряженных железобетонных конструкций и от обжатия обделки в породу определяют в соответствии с максимальными значениями усилий натяжения или обжатия, а также с потерями распорных усилий при снятии распорных устройств. Кроме того, в этих конструкциях также следует учитывать нагрузки, вызванные усадкой и ползучестью бетона.

Временные нагрузки от движения транспорта по тоннелю учитывают в зависимости от типа конструкции. В автодорожных тоннелях сводчатого и прямоугольного очертания с плоским лотком воздействие транспорта очень мало влияет на усилия в верхней, наиболее напряженной, части обделки, и его можно не учитывать. Но в тоннелях кругового и сводчатого очертаний с обратным сводом динамические нагрузки передаются на основную несущую конструкцию и должны учитываться в зависимости от вида транспорта как подвижная автомобильная нагрузка АК (рис.12.4), колесная нагрузка НК-80 (рис. 12.5), железнодорожная – СК, от подвижного состава метрополитена и от трамваев.

Динамические нагрузки от движения наземного транспорта передаются только на тоннели мелкого заложения и при глубине заложения тоннеля более 0,8 м временную нагрузку от транспорта заменяют эквивалентным слоем породы высотой hэкв qвр .

190

Нагрузка от толпы людей, проходящих над тоннелем мелкого заложения или внутри его, учитывается только в том случае, если отсутствуют более интенсивные нагрузки от движения транспорта, т.е. в основном в пешеходных тоннелях. Временную нормативную нагрузку от толпы людей принимают равномерно распределенной с интенсивностью 4000 Н/м2.

На воздействие сил морозного пучения рассчитывают тоннели, заложенные в увлажненных мелких и пылеватых песках, а также в глинистых или крупнообломочных породах, подверженных сезонному промерзанию и оттаиванию.

Температурные воздействия на конструкции необходимо учитывать при расположении тоннелей в районах с сезонными

Рис. 12.4. Схема определения вертикального давления от автотранспортных средств в виде полос А-К

Рис. 12.5. Схема определения вертикального давления от колесной нагрузки НК-80

191