2577

Свод автодорожного тоннеля очерчивают по трехцентровой коробовой кривой, а свод более узкого однопутного железнодорожного тоннеля – по круговой кривой (рис 6.1, а, б). Применение в средней части свода более пологой кривой вызывает отклонение оси свода от рациональной. Однако при сравнительно небольшом вертикальном давлении это более целесообразно, чем увеличивать подъемистость свода и, следовательно, площадь выработки.

Следует заметить, что несмотря на очевидное с точки зрения объемов и производства работ достоинство прямых вертикальных стен, более предпочтительно их криволинейное внутреннее очертание, так как в месте сопряжения свода с прямыми стенами возможно образование продольных трещин.

В породах средней крепости с вертикальным и боковым горным давлением стенам обязательно придают криволинейное очертание с выпуклостью в сторону породы, что способствует лучшему вписыванию кривой давления в тело обделки. При этом внутреннюю поверхность обделки очерчивают в виде подъемистого свода по трехцентровой коробовой кривой или по круговой кривой (рис. 6.1, в – е).

Рис. 6.1. Внутреннее очертание обделок транспортных тоннелей

82

Вслабоустойчивых водоносных породах, оказывающих на обделку всестороннее давление, а также в породах, склонных к пучению, при проходке тоннелей горным способом наиболее целесообразно замкнутое очертание обделки с обратным сводом кругового очертания или усиленной плоской лотковой плитой.

Вслабых и мягких неустойчивых породах, а также при наличии гидростатического напора тоннели обычно сооружают щитовым способом и в них, как правило, проектируют обделку кругового очертания. При этом обеспечивается наиболее выгодная работа конструкции на всестороннее давление.

На очертание тоннельной обделки кроме инженерногеологических условий оказывают влияние способ сооружения тоннеля, глубина заложения и применяемыестроительныематериалы.

Для тоннелей, сооружаемых горным или щитовым способом на большой глубине заложения, используется сводчатое очертание обделки из бетона или круговое очертание обделки из железобетонных и чугунных тюбингов и блоков. Подводные тоннели сооружают щитовым способом или способом опускных секций, поэтому они обычно имеют круговое очертание обделки из чугунных или стальных тюбингов либо прямоугольное очертание обделки из цельных железобетонных секций. Для городских автотранспортных и пешеходных тоннелей, сооружаемых открытым способом вблизи от земной поверхности, основным является прямоугольное очертание конструкции, а материалом обделки служит монолитный и сборный железобетон. Тоннели метрополитена при расположении на большой глубине проходят щитовым способом, в них применяют обделку кругового очертания из чугунных тюбингов и сборного железобетона, а тоннели, располагаемые на малой глубине от поверхности, сооружают открытым способом, они имеют обделку прямоугольного очертания из монолитного и сборного железобетона.

Внутреннее очертание обделки рекомендуется принимать одинаковым по всей длине тоннеля для возможности использования при строительстве стандартных механизмов, оборудования и опалубок. Лишь при резком изменении горно-геологических условий допускается применение различных типов обделки и соответственно проходческого оборудования.

83

6.3. ПОПЕРЕЧНЫЕ СЕЧЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ

На выбор формы и размеров поперечного сечения транспортных тоннелей кроме инженерно-геологических условий и способа сооружения тоннеля также влияют тип транспорта и система проветривания. Поперечное сечение тоннеля должно быть достаточным для пропуска транспорта, прохода людей и размещения необходимого для эксплуатации оборудования и устройств: вентиляционных каналов, осветительных приборов, дренажных и противопожарных систем, инженерных коммуникаций. Это условие определяется габаритами приближения строений и оборудования, которые представляют собой условный контур внутри тоннеля, предназначенный для движения транспорта и пешеходов, и в пределы которого не должны заходить никакие части сооружения и устройств.

Для автодорожных тоннелей техническими условиями предусмотрены специальные габариты, которые определяются шириной проезжей части, назначаемой в зависимости от категории дороги, длины тоннеля и местных условий. Для горных тоннелей с двухполосным движением ГОСТ 24451-80 предусмотрены следующие габариты (рис. 6.2). Ширина проезжей части Г приведена в табл. 6.2.

Втоннелях, сооружаемых на дорогах I и II категорий, предусмотрены с обеих сторон проезжей части служебные проходы шириной 750 мм, а в тоннелях на дорогах III и IV категорий устраивают с одной стороны служебный проход (750 мм), а с другой стороны – защитную полосу шириной 500 мм.

Вотдельных случаях на дорогах I категории для безопасности встречного движения в тоннелях устраивают разделительную полосу шириной не менее 1, 5 м.

84

в обеих сторонах тоннеля через 300 м в шахматном порядке. В тоннелях длиной до 400 м устраивают одну камеру посередине, а при длине тоннеля от 400 до 600 м – две камеры с двух сторон на равных расстояниях между ними и порталами. Между камерами располагают ниши через 60 м с каждой стороны тоннеля. Размеры ниш для автодорожных тоннелей: ширина – 2 м, глубина

– 0, 5 м, высота – 2,5 м.

Размеры поперечного сечения подводных тоннелей определяются габаритами приближения строений и оборудования, принятыми для горных или городских тоннелей, с учетом размещения эксплуатационных устройств.

Размеры и форму поперечного сечения городских автотранспортных тоннелей устанавливают в соответствии с действующими нормами. Габаритами приближения конструкций для городских тоннелей прямоугольного очертания предусмотрена ширина проезжей части: для двух полос движения – 8 м, для трех полос – 12 м, на районных дорогах – соответственно 7,5 и 11,25 м. В двухсторонних тоннелях устраивают разделительную полосу шириной не менее 1,2 м (рис. 6.4).

Пешеходные тоннели не имеют специальных габаритов. Эти тоннели располагают вблизи земной поверхности и обычно имеют прямоугольное, реже круговое или сводчатое очертания. Размерыпоперечногоочертанияопределяютинтенсивностьюпешеходныхпотоковипропускнойспособностьютоннеляисходов. При расчетах принимают плотность пешеходного потока равной 0,3 чел./м2 для нормальных условий движения и 0,6 чел./м2 для стесненных условий. Пропускная способность 1 м ширины пешеходного тоннеля составляет 2 2,5 тыс. чел.-ч, лестничных сходов – 1,5 1,6 тыс. чел.-ч, 1 м пандусных сходов – 1,75тыс.чел.-ч, а провозная способность одной ленты эскалатора шириной 1 м – 10 15 тыс. чел.-ч. Ширина тоннеля всветудолжнабытьне менее 3 м, а высота – 2,3 м.

Рис. 6.4. Габарит приближения конструкции городских автотранспортных тоннелей прямоугольного очертания

86

В России применяют 3 типа пешеходных тоннелей: однопролетные шириной от 3 до 6 м и двухпролётные шириной 8 м с опорами в средней части. Иногда применяют местные уширения для размещения киосков, касс, телефонов и др.

Станции и перегонные тоннели метрополитена имеют свои специальные габариты приближения строений и оборудования (ГОСТ 23961-80), которые обеспечивают движение поездов и обслуживание пассажиров, исходя из формы и размеров поперечного сечения, кругового или прямоугольного.

Г л а в а 7

КОНСТРУКЦИИ ОБДЕЛОК СВОДЧАТОГО ОЧЕРТАНИЯ. ПОРТАЛЫ

7.1. МОНОЛИТНЫЕ ОБДЕЛКИ

Обделка в тоннелях, сооружаемых горным способом, имеет сводчатое (подковообразное) очертание. Конструкцию обделки назначают в соответствии с инженерно-геологическими условиями и технологией строительства. Материалами для обделок этого типа служат монолитный бетон, набрызг-бетон, монолитный и сборный железобетон.

При различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях по трассе тоннеля на отдельных его участках применяют обделки, которые отличаются конструктивными формами и размерами сечений, но внутреннее очертание обделки рекомендуется принимать постоянным. На смежных участках в зависимости от величины горного давления толщина обделки может изменяться на 100 мм и более. Выбор типа тоннельной обделки определяется многими факторами, такими как прочность породы, характер и степень ее трещиноватости, условия залегания пород, обводнённость и пр. Ориентировочно для установления целесообразности применения тех или иных конструктивных форм обделки пользуются значениями коэффициентов крепости пород по М.М. Протодъяконову.

В весьма благоприятных условиях, т.е. в крепких плотных и монолитных невыветриваемых скальных породах при незначительной трещиноватости (коэффициент крепости породы f >12), обделку в тоннелях не устраивают. Иногда на поверхность выработки наносят тонкий слой на- брызг-бетона толщиной до 5 см для предохранения от возможного вывет-

87

ривания породы или применяют оболочки из алюминиевых панелей либо покрытия из дисперсно-армированных полимеров.

В крепких, слаботрещиноватых скальных неводоносных породах, подверженных выветриванию (f >10), горное давление практически отсутствует или очень незначительно. Здесь тоннельная обделка является лишь облицовкой, которая служит защитой тоннеля от вывалов отдельных кусков породы, трещиноватой по своей природе или нарушенной при взрывных работах, а также для предохранения окружающей породы от выветривания и последующего разрушения. В качестве облицовки применяется покрытие из набрызг-бетона толщиной 5 10 см или тонкого слоя монолитного бетона толщиной до 20 см. Набрызг-бетон толщиной более 5 см обычно армирован стальной сеткой, прикрепляемой к анкерам.

В крепких трещиноватых породах (f = 8 10), когда вертикальное давление незначительно, а боковое практически отсутствует, обделку выполняют в виде пологого свода, опирающегося на породу (рис.7.1, а). При этом необходимо, чтобы пролет не превышал высоту свода более, чем в 4 раза, т.к. в пологих сводах возникают значительные смещения пят. Эти смещения вызывают большие изгибающие моменты в замке свода. Свод может иметь постоянную или переменную толщину и выполняться из монолитного бетона или набрызг-бетона в сочетании с анкерами. Обычно пяты свода наклонены к горизонту под углом 10 20°. Для повышения устойчивости пят устраивают уступы-бермы шириной до 20 30 см. Стены выработки делают вертикальными или с небольшим наклоном к вертикали

ипокрывают облицовкой, обычно из набрызг-бетона толщиной 3 5 см.

Вменее крепких и более трещиноватых породах (f = 4 8) свод и стены выработки закрепляют несущей обделкой из моно-

88

Рис. 7.1. Конструкция монолитных обделок сводчатого очертания (а – ж); 1 – набрызг-бетон; 2 – монолитный бетон; 3 – контур габарита; 4 – проезжая часть; 5 – гофрированные металлические листы; 6 – анкеры; 7 – первичная обделка из на- брызг-бетона; 8 – вторичная обделка из бетона; 9 – обратный свод

89

литного бетона и железобетона, а также набрызг-бетона, армированного стальной сеткой (рис. 7.1, б). Сопряжение свода и стен делают плавным, и свод имеет подъемистую форму. При отсутствии бокового горного давления и гидростатического давления подземных вод устраивают вертикальные и прямолинейные стены с некоторым утолщением в нижней части для лучшего опирания на подошву выработки. Между стенами бетонируют плоский лоток, передающий нагрузки с проезжей части тоннеля на породу. В трещиноватых породах применяют также крепь Бернольда – бетонную обделку, армированную стальными гофрированными листами (рис. 7.1, в).

В породах, оказывающих боковое горное давление или воспринимающих давление воды, применяют, как правило, обделку с криволинейными стенками, выпуклыми с внутренней стороны в сторону породы. Обделки этого типа выполняются как из монолитного бетона, так и из на- брызг-бетона, усиленного стальной сеткой и анкерами толщиной 5 15 см. Такие обделки образуют с породой жесткий и прочный несущий свод.

В слабоустойчивых трещиноватых полускальных и связных породах применяют двухслойную обделку замкнутого очертания (рис. 7.1, е). Первый слой состоит из набрызг-бетона толщиной 10 20 см, усиленного анкерами или стальными арками, второй – из монолитного бетона толщиной

25 35 см.

В породах средней крепости, сильнотрещиноватых, с большим вертикальным давлением (f = 2 4) выработку раскрывают по частям, и обделка состоит из пологого свода, опирающегося на вертикальные стены большой толщины (рис. 7.1, г). В этом случае в местах сопряжения свода со стенами возникает излом оси обделки, что приводит к концентрации напряжений в этих сечениях. Обычно толщина свода и стен в месте их сопряжения одинакова, однако при сооружении тоннеля уступным способом или способом опертого свода свод имеет уширенную пяту и опирается частично на стены и частично на породу, что несколько облегчает конструкцию стен и упрощает их возведение (рис 7.1, д).

В породах с большими вертикальным и боковым давлениями, а также при давлении снизу (f < 2) устраивают обделку замкнутого очертания, которая состоит из верхнего пологого свода, массивных стен и нижнего обратного свода (рис. 7.1, ж). Для лучшего восприятия бокового давления стены имеют криволинейное внутреннее очертание. Обратный свод воспринимает давление снизу, распределяет вертикальное давление на всю площадь подошвы и предотвращает смещение стен внутрь тоннеля вследствие воздействия бокового давления.

Толщину монолитных бетонных обделок тоннелей назначают исходя из крепости пород и класса бетона. Обычно в замке свода при бетоне класса В15 толщина обделки составляет от 20 до 80 см. В пятах свода толщина обделки больше, чем в замке, на 10 40 %, в стенах – на 10 60 %. Обдел-

90

ка из монолитного железобетона, обычно обладающего большей несущей способностью, чем бетон, имеет толщину свода и стен 20 50 см (при классе бетона В25).

Толщина набрызг-бетона hнб зависит от его применения в виде самостоятельной крепи или в сочетании с анкерами и арками (табл.7.1), при этом шаг анкеров и арок составляет 0,5 2м.

При сооружении обделок из монолитного бетона и железобетона внешнее пространство между обделкой и породой заполняют цементнопесчаными растворами путем нагнетания. Нагнетаемые растворы заполняют трещины в породе и пустоты за обделкой создают плотный контакт обделки с породой, улучшая условия статической работы обделки и повышая ее водонепроницаемость. Для приготовления растворов чаще всего используют портландские и пуццолано-портландские цементы классов В30 В40. В агрессивных средах применяют специальные типы цементов, стойкие против различных видов агрессии. Для уменьшения усадки растворов, увеличения зоны растекания, регулирования сроков схватывания и повышения водонепроницае-

мости в растворы вводят специальные пластифицирующие добавки и ускорители схватывания.

При использования набрызг-бетонов обеспечивается их плотное прилегание к породе и проникание в трещины и пустоты в процессе нанесения под давлением на поверхность выработки, так что нагнетание растворов за обделку не требуется.

7.2. СБОРНЫЕ ОБДЕЛКИ

При проходке тоннелей сводчатого очертания горным способом наряду с монолитными применяют сборные и сборно-монолитные железобетонные обделки. Использование сборных обделок целесообразно в городских условиях, а также при наличии вблизи от места строительства базы для изготовления железобетонных элементов (блоков и тюбингов). Они имеют конструкцию, подобную монолитным обделкам, при минимальной толщине свода и стен 20 см и минимальном классе бетона В30.

91