книги из ГПНТБ / Попов, В. Л. Проектирование подземных сооружений в системе деривационных ГЭС учеб. пособие

- 140 -

Используя формулы (5 . II) и ( 5 .13)f находим сумму затрат

равниваем ее нулю для отыскания точки экстремума (минимума) и решаем уравнение

3,81УЛпг,Ярии е?60 03С(1К,5

Для безнапорного туннеля наивыгоднейшее значение гидрав­ лического радиуса вычисляется по формуле, аналогичной выраже­ нию (5 .1 2 ):

С целью обеспечения удобных условий для работы высоко­ производительного горнопроходческого оборудования* а также для повышения темпов работ и сокращения сроков постройки при доста­ точном обосновании могут быть приняты параметры туннеля, отли­ чающиеся от вычисленных по формулам. При этом должна быть сде­ лана оценка разницы в капиталовложениях и выработке электро­ энергии.

4. Конструкции обделок гидротехнических туннелей

Обделки гидротехнических туннелей проектируются с учетом действия на них не только внешних сил (горного давления, на­ пора подземных вод и т .п .) , нс и внутреннего гидростатическо­ го давления, а также гидравлических условий движения воды, в частности. Важное значение имеет, снижение шероховатости внутренней поверхности, обеспечение водонепроницаемости об­ делки как по отношению к проникновению подземных вод в туннель, так и, особенно, к утечкам воды из туннеля. Выбор конструкции обделки гидротехнического туннеля должен производиться с уче­ том инженерно-геологических, гидрогеологических и сейсмических условий проходки, величины действующих нагрузок и способов проведения работ.

142 -

Безнапорные туннели в массивных, прочных, практически водонепроницаемых, невыветривагощихся и устойчивых скальных породах следует оставлять без обделки. В аналогичных условиях можно оставлять без обделки и напорные туннели, если глубина их залегания не меньше внутреннего напора воды в метрах.

В слаботрешиноватых и слабофильтруюпшхоя скальных поро­ дах безнапорные туннели также можно оставлять без обделки, если

предварительно будут проведены мероприятия по укреплению породы и обеспечению водонепроницаемости туннеля. В состав этих меро­ приятий может-входить закрепление анкерами, нанесение торкрета или набрызг-бетона на породу, цементация породы и др. На на­ чальных (входных и выходных) участках туннеля прочность пород обычно уменьшается, поэтому при всех условиях эти участки должны быть закреплены обделкой на протяжении, равном ширине выработки, но не менее 6 м.

Для уменьшения шероховатости внутренней скальной поверх­ ности туннеля, проектируемого без обделки, и соответствующего сокращения размеров выработки, а также в целях сохранения есте­ ственных несущих и водоупорных свойств пород при проходке тун­ неля применяют гладкое взрывание. Для уменьшения гидравличе­ ских потерь на трение лоток туннеля рекомендуется облицовывать бетоном или заливать балласт под откаточными путями песчано­ глинистым раствором.

При прочных и уотойчивых породах, не оказывающих горного давления, но недостаточно стойких против выветривания или недостаточно водонепроницаемых, а также в случаях, когда тун­ нель целесообразно облицевать для уменьшения коэффициента ше­ роховатости, хотя по инженерно-геологическим условиям он может быть оставлен без обделки, для безнапорных туннелей применяют ненесутие обделки, которые называют выравнивающими облицовками. Такие облицовки придают сечению геометрически правильную фор­ му с гладкой внутренней поверхностью. В ряде случаев выравни­ вающая облицовка может выполняться только в пределах смоченного периметра, и в тех случаях, когда необходимо защитить породы от выветривания иди агрессивного действия воды по всему контуру выработки.

- 143 -

Выравнивающие облицовки выполняются из бетона, набрызгбетона,торкрета. Бетонные облицовки наилучшим образом вырав­ нивают неровности скальной выработки, но требуют устройства опалубки. Кроме того, для .уменьшения шероховатости поверх­ ность бетонной облицовки нуждается часто в дополнительной

бетонные и железобетонные обдзлки. Марка бетона принимается в пределах 150-300. Толщина монолитной бетонной и железобетонной обделки с одиночной арматурой не должна быть меньше 0,2 м, а железобетонной с двойной арматурой не менее 0,25 м.

При требуемой малой толщине несуней обделки напорного или безнапорного туннеля рекомендуется выполнять ее из наб.рнзгбетона как без дополнительного усиления, так и в сечении с анкерной крепью, а также с арматурной сеткой в сочетании 1 с арочной металлической крепью. Если породы не оказывают боково­ го давления, для безнапорных туннелей допускается устройство только несущего свода, опирающегося на породу.

■- 144 -

Когда толщина бетонной обделки чрезмерна и требует

значительного увеличения оечения выработки, используют желе­ зобетон (рис. 3 4 ,6 ). Рабочая арматура I железобетонных обде­ лок располагается в плоскости поперечного сечения у внутрен­ ней п наружной поверхностей обделки, а иногда только у одной из них. Распределительная арматура 2 устанавливается парал­ лельно оси туннеля. Для связи наружного и внутреннего рядов арматуры и для восприятия скалывающих напряжений применяются хомуты 3.

В железобетонных обделках безнапорных туннелей арматура может потребоваться не по всему контуру, а лишь та чаоти его. Чаще всего встречается необходимость в армировании внутренней поверхности в замке свода. Может также оказаться необходимым армирование наружной поверхности боковых стен обделки. В этом случае возможно применять самостоятельную арматуру (р и с.34,б) или перевести рабочую арматуру из одной зоны в другую.

В напорных тунвелях устройство монолитных бетонных обде­ лок (ри с.35, схема I) целесообразно в крепких породах- ( f* - 3 )

-146 -

При двойном армировании железобетонных обделок напорных

годных условиях благодаря хорошему сцеплению между обделкой и породой.

Общими достоинствами монолитных бетонных и железобетон­ ных обделок являются благоприятные условия их статической ра­ боты совместно с окружающей породой, водонепроницаемость и малая шероховатость. Достоинствами железобетонных обделок

являются их более высокая сопротивляемость растяжению по сравнению с бетонными обделками и большая надежность в эксплу­ атации. Меньшая толщина железобетонных обделок позволяет иметь меньшие размеры сечения туннельных выработок.

Недостатком однослойных железобетонных обделок является сложность арматурных и бетонных работ, особенно при наличии в выработке временных крепей. Для устранения этого недостат­ ка применяют двухслойные монолитные обделки. Наружное кольцо обделки такого типа чаше всего делается бетонным, внутреннее колыю усиливается арматурой (рис. 35, схема III).

Широкое применение двухслойных обделок для напорных тун­ нелей объясняется различными услопиями статической работы обделки в строительный и эксплуатационный периоды."В первый период, когда основной нагрузкой на обделку является горное давление, оно воспринимается наружным бетонным кольцом, тол­

нелезоторкретннм с одним рядом арматуры, которая может уста­ навливаться в виде спирали. Нанесение торкрета производится слоями толщиной 2 -2 ,5 см по стержням арматуры, подвешенным

-14? -

кбетонному кольцу обделки. Общая толщина торкретного кольца обычно составляет 8-10 см. Внутренняя поверхность железоторкретного слоя заглаживается для уменьшения, шеро­ ховатости.

Наряду с монолитными бетонными и железобетонными обдел­ ками в гидротехнических, туннелях применяются также сборные обделки, собираемые из отдельных готовых элементов. Для туннелей малых размеров применяются элементы в виде замкнутых колец, для более крупных - из отдельных блоков. Материалом для элементов сборных обделок служат бетон, железобетон и реже чугун и сталь.

На рис.35 (схема 1У) показана сборная обделка, состоящая из отдельных бетонных блоков прямоугольного поперечного сече­ ния. Связь между блоками соседних колец обеспечивается вы­ ступами (шипами) в блоках одного кольца, входящих в углубле­ ние (пазы) блоков соседнего кольца. Перевязка стыков осущесте вляется смещением блоков соседних колец на половину длины блока. Поперечные швы в дальнейшем замоноличиваются. Для уменьшения шероховатости на внутреннюю поверхность сборной обделки.наносится олой торкрета 15-25 мм и затирается.

При больших напорах в качестве внутреннего кольца в ком­ бинированных обделках напорных туннелей может быть применена стальная труба большого диаметра. Отдельные части (обечайки) труб изготовляются из листовой стали толщиной 10-20 мм и бо­ лее. Трубы подаются в туннель в готовом виде звеньями дли­ ной по 5-10 м, которые свариваются после установки их на место. Наружное кольцо такой комбинированной обделки выпол­ няется из монолитного бетона (рис. 34, схема У).

.- Для уплотнения стыков и одновременно повышения несущей способности сборной обделки дополнительно устраивают моно­ литное кольцо. Такие сборно-монолитные обделки называют ком­ бинированными. Наружное оборное кольцо делается чаще из бе­ тонных, реже из металлических блоков (тюбингов). Внутреннее кольцо выполняют из бетона, железобетона или железоторкрета (ри с,35, схема У1).

-о 148 -

Для обеспечения упругого взаимодействия между обделкой и породой с целью более равномерного распределения горного

зультате цементации трещины в горных породах заполняются раствором и образуется зона замоноличенной породи, плотно прилегающей к обделке.

Различают.заполнительную и укрепительную цементацию. Заполнительная цементация размещается в зазорах и пустотах, образовавшихся между обделкой и поверхностью выработки. Укре­ пительная цементация размещается в толще массива горных по­ род, окружающих туннель, и придает породам монолитность и водонепроницаемость.

Заполнительная цементация производится обычно в сводо­ вой части туннеля че1>ез скважины, пробуриваемые в обделке, или через отрезки трубок 2, специально оставляемых в обдел­ ке (рис. 35, схемы I и П). По длине туйнеля скважины распо­ лагаются рядами в плоскостях поперечных сечений туннеля с чередованием скважин в шахматном порядке. При сборных обдел­ ках заполнительная цементация выполняется по всему перимет­ ру туннеля (рис. 15, схемы .ТУ, У1).

Укрепительная цементация производится после окончания работ по заполнительной цементации через глубокие скважи­

мощью укрепительной цементации давление нагнетания раствора достигает 20-35 к г /с м , причем нагнетание производят ступе­ нями, увеличивая давление по мере приближения к обделке тун­ неля, что обеспечивает весьма плотное прилегание обделки к породе (р и с.36).

Во время отвердевания цементного раствора непрерывно поддерживают высокое давление в системе цементации, благодаря

- 149’

чему бетонная обделка оказывается под действием внешней на­ грузки, превышающей внутреннее расчетное давление воды. В ре- , зультате в обделке при эксплуатации будут отсутствовать ра­ стягивающие ' напряжения.

Для улучшения' статической работы сборных обделок во вза­ имодействии с окружающими горными породами и уменьшения ма^

териальных и денежных затрат на укрепительную цементацию рацио­ нально применять конструкции обделок, распираемых в породу. Благодаря этому обеспечивается возникновение упругого отпора без какого-либо нагнетания за обделку. Конструкция сборной обделки, обжимаемой в породу, возможна лишь при проходке тун­ нелей механизированными шитами, т .е . когда контуру выработки придается совершенно правильная круговая" форма на всем протя­ жении туннеля.

Конструктивные решения сборной обделю:, распираемой в по­ роду, весьма разнообразны. Практически осуществлена сборная обделка, обжимаемая, с помощью клиньев (ри с.37). Распирающие

о•.