Прокопов А.Ю. Транспортные тоннели
.pdf
На рис. 2.13 представлен пример обделки однопутного железнодорожного тоннеля № 2 совмещенной дороги «Адлер–Альпика-сервис». Размеры приведены в сантиметрах.
Рис. 2.13. Пример обделки однопутного железнодорожного тоннеля № 2 совмещенной дороги «Адлер – Альпика-сервис»
Основные характеристики обделок приведены в табл. 2.10.
41
Таблица 2.10
Характеристики монолитных обделок однопутных железнодорожных тоннелей
Тип |
Область применения |
Расход бетона на |
Площадь сече- |
обделки |
|
1 м длины тоннеля, |
ния выработки, |
|
|
м3 |
м2 |
I |
Слабоустойчивые скальные грунты |
20,8 |
62,0 |
|
при bт≤ 0,3 м, крупнообломочные, |
|
|
Iк |
22,6 |
68,5 |
|
|
глинистые грунты с 2≤f<4 |
|
|
II |
Трещиноватые скальные грунты при |
16,8 |
58 |
|
b > 0,3 и 4≤f<6 |
|
|
IIк |
17,8 |
63,7 |
|
|
т |
|
|
III |
Слабоустойчивые скальные грунты |
8,2 |
47,5 |
IIIк |
с f≥6 |
8,8 |
53,4 |
Конструкции обделок двухпутных железнодорожных тоннелей (рис. 2.14) разработаны также для скальных грунтов различной прочности и устойчивости. Толщина обделки определяется расчетом и может изменятся в диапазоне от 300 до 1000 мм и более.
а |
б |
Рис. 2.14. Монолитные обделки двухпутных железнодорожных тоннелей:
а– для неустойчивых пород; б – для пород средней устойчивости
Вмировой практике при строительстве транспортных тоннелей новоавстрийским методом (NАТМ) в трещиноватых скальных и нескальных грунтах получили распространение обделки облегченного типа из набрызгбетона. Набрызгбетонная обделка обычно состоит из двух слоев: первичной и вторичной обделок. Слоистость конструкции обусловлена специальной технологией строительства тоннелей.
Первичная обделка – податливое крепление контура выработки, состоящее из анкеров 3 или арок и слоя набрызгбетона 1 толщиной 10–20 см
42
по стальной сетке, закрепленной на анкерах или арках (рис. 2.15). Способная деформироваться без обрушения за счет ползучести набрызгбетона замкнутая по контуру первичная обделка позволяет включить в работу окружающий горный массив, образуя совместно работающую систему «порода – крепь».
После затухания упругих деформаций приконтурного грунтового массива производят усиление первичной обделки путем нанесения последующих стабилизирующих слоев набрыгбетона или возведения стабилизирующей части обделки из монолитного бетона 2. Вторичная, стабилизирующая, обделка совместно с первичной образуют единую конструкцию, воспринимающую весь комплекс нагрузок.
Рис. 2.15. Обделка однопутного железнодорожного тоннеля облегченного типа с применением набрызгбетона
2.5.4 Конструкции сборных тоннельных обделок
Сборные обделки получили наибольшее применение в сочетании со щитовым способом проходки тоннелей. Они могут выполнятся из чугунных тюбингов, железобетонных блоков и тюбингов.
Внаиболее сложных горно-геологических условиях в неустойчивых
исильно обводненных грунтах (пески, илы, супеси, суглинки и т.д.), в устойчивых обводненных грунтах при гидростатическом давлении на обделку 100 кПа и более, на участках зон тектонических нарушений, где возможно высокое горное давление, применяют обделку из чугунных тюбингов. Ее общий вид представлен на рис. 2.16.
43
Рис. 2.16. Обделка однопутного железнодорожного тоннеля из чугунных тюбингов
Кольцо обделки (рис. 2.17) состоит из трех типов тюбингов: нормальных H, оба продольных торца которых направлены радиально, ключевого (замкового) К клиновидной формы и смежных (скошенных) С, один продольный торец которых, примыкающий к ключевому тюбингу, скошен. Клиновидная форма тюбинга К обеспечивает возможность завершения монтажа (замыкания) кольца изнутри. Для тех же целей вместо тюбинга К ставят клиновую чугунную прокладку. Угол клина замыкающего элемента
6–10°.
Общее число длинных тюбингов (H, C) в кольце зависит от максимально возможной длины дуги по наружной поверхности тюбинга, которая по условиям механизированной формовки опок для отливки не должна быть больше 200 см. При этом масса тюбинга не превышает 1,5–2,0 т, что позволяет использовать компактные механизмы для монтажа обделки.
Тюбинг (рис. 2.18) представляет собой литое изделие, имеющее плиту – оболочку (спинку) 1 с цилиндрической поверхностью, обращенной к грунту, и четыре борта, окаймляющих оболочку и направленных внутрь кольца: два продольных (радиальных) борта 2, параллельных продольной оси тоннеля, два поперечных (кольцевых) борта 3, лежащих в поперечной плоскости, перпендикулярной продольной оси тоннеля. Борта придают тюбингу жесткость и служат для соединения тюбингов в кольцо и колец между собой. Для этого в бортах предусмотрены болтовые отверстия 5 на 3–4 мм больше диаметра болтов с целью облегчения монтажа. Для соединения применяют стальные болты диаметром 20–45 мм. Наружные плос-
44
кости бортов подвергают механической обработке прострожкой для обеспечения плотного взаимного примыкания.
Рис. 2.17. Общий вид кольца обделки чугунных тюбингов
Рис. 2.18. Общий вид тюбинга
Оболочка тюбинга работает на внешние нагрузки как плита, защемленная по контуру. Для уменьшения ее свободной площади все тюбинги, кроме ключевого, снабжены продольной диафрагмой 4 (или двумя-тремя), поставленной между болтовыми отверстиями поперечных бортов. При щитовой проходке в поперечные борта тюбингов опирают щитовые домкра-
45
ты, поэтому диафрагма дополнительно служит средством усиления жесткости бортов и всего тюбинга в целом.
Повышение общей жесткости конструкции тюбинговой обделки достигается поворотом устанавливаемого кольца влево или вправо по отношению к смежному, ранее установленному, на угол, соответствующий од- ному-двум болтовым шагам. В результате достигается перевязка продольных стыков: тюбинги двух соседних колец выполняют роль накладок, перекрывающих продольный стык (рис. 2.19).
Рис. 2.19. Характерные сечения тюбинговой обделки с болтовыми соединениями
46
Болты, устанавливаемые по поперечным бортам, выполняют роль монтажных соединений. Они вступают в работу лишь при значительных прогибах всей обделки как трубы на упругом основании. Болты по продольным бортам располагают в один или два ряда. Они являются рабочими и не допускают раскрытия стыка между тюбингами внутрь и наружу кольца под действием изгибающих моментов переменного знака.
Мероприятия по обеспечению водонепроницаемости чугунной обделки сводятся к гидроизоляции болтовых отверстий, отверстий для нагнетания, в которые ввинчивают чугунные или стальные пробки с подложенными под них асбобитумными шайбами. Швы между тюбингами чеканятся.
Сборные железобетонные тоннельные обделки классифицируются по типу продольного стыка между элементами (плоский стык с монтажными шпильками, цилиндрическим вкладышем, болтовой связью, цилиндрический стык); по типу элемента кольца, определяемого видом его рабочего сечения (тюбинги, блоки сплошного сечения, ребристые блоки); по характеру включения обделки в совместную работу с грунтовым массивом (нагнетанием раствора, обжатием в грунт). В конкретных конструкциях обделок эти признаки могут сочетаться в разных комбинациях.
В настоящее время наибольшее распространение на практике получила сборная обделка из железобетонных блоков сплошного сечения (рис. 2.20, 2.21). Особенностью такой обделки является исключение возможности передачи изгибающего момента в продольных стыках элементов кольца обделки. Она способна работать только совместно с окружающим грунтом, который должен обладать достаточным упругим отпором.
Рис. 2.20. Общий вид железобетонного блока
47
Рис. 2.21. Конструкция кольца блочной железобетонной обделки обычного типа
Вболее сложных условиях при большой величине гидростатического давления могут применяться железобетонные блочные обделки повышенной водонепроницаемости (рис. 2.22).
Вслабоустойчивых водоносных грунтах при щитовой проходке находит применение железобетонная блочная обделка повышенной жесткости с омоноличенными связями растяжения в стыках. На рис. 2.23 представлен пример такой обделки разработки ОАО «Минскметропроект». Наличие постоянных связей между блоками в кольце и между кольцами обеспечивает сохранность швов и герметичность обделки при больших нагрузках.
48
Рис. 2.22. Конструкция кольца блочной железобетонной обделки повышенной водонепроницаемости
49
Рис. 2.23. Конструкция кольца блочной железобетонной обделки со связями растяжения
2.6Камеры, ниши и вспомогательные подземные сооружения в транспортных тоннелях
Железнодорожные и автодорожные тоннели, сооружаемые горным способом, с подковообразным внутренним очертанием, максимально приближенным к габариту приближения строений, как правило, должны иметь путевые камеры для размещения оборудования, инвентаря, материалов и механизмов при производстве ремонтных работ и ниши для укрывания людей. Их размеры установлены требованиями [1] (табл. 2.1). Камеры следует устраивать с каждой стороны тоннеля не более чем через 300 м, располагая их в шахматном порядке. При длине тоннеля от 200 до 400 м необходима одна камера в середине тоннеля, а при длине от 400 до 600 м – две камеры с двух сторон на равных расстояниях между ними и порталами.
Ниши следует располагать между камерами через 60 м с каждой стороны тоннеля.
Примеры конструкций ниш и камер железнодорожных тоннелей представлены на рис. 2.24.
50