Прокопов А.Ю. Транспортные тоннели

ти переменной жесткости на длине не менее 25 м с каждой стороны тоннеля.

Втоннелях укладывают бесстыковой рельсовый путь. Расположение стыков рельсовых плетей в пределах тоннеля длиной 300 м и менее не допускается.

Втоннелях длиной более 300 м конец плети бесстыкового пути выносится за пределы тоннеля на расстояние не менее чем 200 м.

С повышением скоростей движения и ужесточением требований к качеству пути при строительстве тоннелей находят применение безбалластные конструкции пути с опиранием рельсов на сплошное монолитное основание. Они позволяют значительно уменьшить вибрацию при движении подвижных составов, воздействие которой вызывает трещинообразование в обделке и снижает ее долговечность.

Внастоящее время в тоннелях в России рекомендованы к применению две конструкции безбалластного пути (Инструкция по применению конструкции верхнего строения пути в тоннелях. Распоряжение ОАО «РЖД» № 2607р от 18.12.2012 г):

1 Безбалластный путь с подрельсовыми опорами, омоноличенными в путевом бетоне через упругий слой с расчетной жесткостью (рис. 2.43, а).

2 Безбалластный путь системы «масса – пружина» с расчетной (пониженной) жесткостью) (рис. 2.43, б).

Рис. 2.43. Безбалластный путь: а – тип I; б – тип II;

1 – подрельсовая опора; 2 – упругий слой; 3 – путевой бетон

Примером безбалластного пути I типа является система LVT (Low Vibration Track) (рис. 2.44), которая включает рельсы, рельсовые скрепления, железобетонные полушпалы с резиновыми чехлами и амортизирующими прокладками, несущую конструкцию основания пути из неармированного бетона.

71

Полушпалы, одетые в чехлы с амортизирующими прокладками, погружены в путевой бетон, толщина которого под подошвой полушпалы составляет не менее 120 мм. Путевой бетон укладывается поверх бетонного основания тоннеля. Ширина бетонного слоя от внешнего торца полушпалы до борта основания должна составлять не менее 20 см. Бетон, которым полушпалы замоноличиваются, может иметь продольную или поперечную арматуру. Его верхняя поверхность должна обеспечивать отвод воды с пути в боковые водосборные желоба и в общую систему водосбора в тоннеле. Технология предусматривает замену бетонных полушпал, вышедших из строя в процессе эксплуатации, без разрезания рельса и уборки путевого бетона.

В настоящее время в мировой практике применяются более 20 безбалластных конструкций пути, их конструкции постоянно совершенствуются.

Контрольные вопросы

1Какими нормативными документами регламентируется проектирование и строительство транспортных тоннелей?

2Какие основные технические решения принимаются при проектировании тоннеля?

3Какие требования предъявляются к выбору трассы тоннелей?

4Какие исходные данные требуются для проектирования тоннелей?

5Что входит в состав инженерно-геологических изысканий при разработке проекта строительства тоннеля

6Какие требования предъявляются к плану автодорожных и железнодорожных тоннелей?

7Опишите порядок проектирования продольного профиля железнодорожного тоннеля?

8Назовите основные требования к продольному профилю тоннеля?

9Какова область применения односкатных, двухскатных и многоскатных тоннелей?

10Как регламентируются максимально допустимые уклоны автодорожных и железнодорожных тоннелей?

11Почему должны выдерживаться минимально допустимые уклоны

втоннелях? Каковы их значения? Когда допускаются горизонтальные участки?

12Как сопрягаются между собой участки тоннеля с разнонаправленными уклонами?

13Исходя из чего определяются размеры поперечного сечения тон-

неля?

14Что такое «габарит приближения строений и оборудования» для автодорожных тоннелей и железных дорог? Как он влияет на выбор формы и размеров поперечного сечения тоннелей?

73

15 Как устойчивость пород влияет на выбор формы поперечного сечения горных тоннелей?

16 Какие объемно-планировочные решения принимаются при проектировании тоннелей? Как они влияют на выбор формы поперечного сечения?

17 Каковы основные факторы, влияющие на выбор формы поперечного сечения тоннеля?

18Дайте определение тоннельной обделки. На основе чего производится ее выбор?

19Какие материалы применяются для тоннельных конструкций

20Как принимать проектную марку бетона обделок по водонепроницаемости?

21Какие прочностные характеристики чугуна принимаются для тюбинговых обделок?

22Какие обделки применяют в скальных горных породах большой крепости?

23Какие обделки применяют в скальных горных породах средней крепости?

24Какие обделки применяют в слабых грунтах?

25В чем заключается сущность технологии (NАТМ)?

26Какие обделки применяют в наиболее сложных горногеологических условиях в неустойчивых и сильно обводненных грунтах?

27По каким параметрам классифицируют сборные железобетонные тоннельные обделки?

28Каково назначение камер и ниш в тоннелях? Какие требования предъявляются к их расположению и размерам?

29Что такое раструбный участок тоннеля? Когда требуется его сооружение?

30Каковы требования к служебным проходам и уширениям тонне-

ля?

31Когда в тоннелях должны предусматриваться дополнительные эвакуационные выходы. Как они устраиваются?

32Каково назначение штолен в период строительства и в период эксплуатации?

33Где располагаются и для каких целей служат вертикальные стволы в тоннелях?

34Что такое портал тоннеля? Какие требования предъявляются к выбору места заложения и конструкции порталов?

35Как выбирается глубина предпортальной выемки?

36Опишите основные конструктивные элементы порталов?

37Что такое рампа тоннеля? Какие требования предъявляются к конструкциям рамп?

38Какие основные способы применяют для гидрозащиты тоннелей?

39Дайте краткую характеристику мероприятий по защите тоннеля от подземных и поверхностных вод?

74

40 Опишите конструкцию водоотводных лотков?

41 Какие системы гидроизоляции применяются в практике тоннелестроения?

42 Какие требования предъявляются к проезжей части в автодорожных тоннелях?

43 Какие требования предъявляются к дорожной одежде?

44 Дайте характеристику основных параметров балластной конструкции верхнего строения пути железнодорожного тоннеля?

45 Какие безбалластные конструкции пути нашли применение в тоннелях?

75

3 РАСЧЕТ ТОННЕЛЬНОЙ ОБДЕЛКИ

3.1 Нагрузки и воздействия на обделку тоннелей

3.1.1 Виды нагрузок и воздействий

Нагрузки и воздействия по продолжительности их действия на обделки тоннелей следует подразделять согласно СП 20.13330.2011 на постоянные и временные (длительные, кратковременные и особые).

К постоянным нагрузкам следует относить:

-давление грунта;

-гидростатическое давление;

-собственный вес конструкций;

-вес зданий и сооружений, находящихся в зонах их воздействия, на обделку тоннеля;

-сохраняющиеся усилия от предварительного напряжения конструкции и давления щитовых домкратов.

К длительным нагрузкам и воздействиям следует относить:

-силы морозного пучения грунта;

-вес стационарного оборудования;

-сезонные температурные воздействия, воздействия усадки и ползучести бетона и некоторые другие, указанные в СП 20.13330.2011;

-усилия от предварительного обжатия обделки.

К кратковременным нагрузкам следует относить:

-нагрузки и воздействия от внутритоннельного и наземного транс-

порта;

-нагрузки и воздействия в процессе сооружения тоннеля: от давления щитовых домкратов, нагнетания раствора за обделку, усилий, возникающих при подаче и монтаже элементов сборных конструкций, воздействия веса проходческого и другого строительного оборудования и др.

К особым воздействиям и нагрузкам следует относить воздействия от деформаций грунтового массива, высокой температуры при пожаре и некоторые другие, указанные в СП 20.13330.2011, которые могут иметь отношение к проектируемому тоннелю.

3.1.2 Постоянные нагрузки

Горное давление. Вертикальные и горизонтальные нагрузки от давления грунта при закрытом способе работ или от других постоянных нагрузок, действующих в пределах всего пролета или всей высоты сооружения, при расчетах тоннельных обделок допускается принимать равномерно распределенными.

Величины вертикальных и горизонтальных нормативных нагрузок на обделки тоннелей, сооружаемых закрытым способом, следует определять с учетом возможности образования в грунтах самонесущего свода (рис. 3.1).

76

оружением.

Нормативная вертикальная qн и горизонтальная pн, кН/м2, определяются в этом случае по формулам:

i 1

где Yi – нормативный удельный вес грунта соответствующего слоя напластования, кН/м3;

Hi – толщина соответствующего слоя напластования, м; n – число слоев напластований.

Высоту свода обрушения h1 над верхней точкой обделки в условиях сводообразования для скальных грунтов определяют по формулам:

а) для скальных грунтов, оказывающих вертикальное и горизонтальное давление

б) для скальных грунтов, оказывающих только вертикальное давле-

ние:

где R – предел прочности грунта на сжатие «в куске» (образце), МПа;

α – коэффициент, учитывающий влияние трещиноватости массива, принимаемый по табл 3.1, исходя из предела прочности грунта на сжатие «в куске» и категории массива по степени трещиноватости. Она, в свою очередь, определяется в зависимости от трещинной пустотности и густоты трещин (среднего расстояния между трещинами наиболее развитой их системы) по табл. 3.2 и дополнительных характеристик трещиноватости.

Полученное значение высоты свода обрушения h1 дополнительно корректируют умножением ее на коэффициенты, учитывающие влияние следующих факторов:

а) приток воды в выработку для случаев, когда трещины заполнены рыхлым или размокаемым глиноподобным материалом, – 1,2;

б) расположение наиболее развитой системы трещин под углом к оси тоннеля менее 45° – 1,1;

в) проходка выработок без применения буровзрывных работ – 0,8.

В случаях, когда в грунтовом массиве возможно развитие неблагоприятных для обделки процессов (проявления тектонической напряженности, пучение, ползучесть грунтов, карстово-суффозионные явления) или предполагается значительное изменение свойств или состояния грунтов в результате применения специальных способов производства работ, величины нагрузок на обделки следует устанавливать на основании специальных исследований.

78

Таблица 3.2

Определение категории массива скальных грунтов по степени трещиноватости

Примечания:

1 При определении трещинной пустотности рыхлый или глиноподобный материал заполнения трещин не учитывается.

2 При большой и очень большой трещинной пустотности и одновременно хорошо выраженной расчлененности массива на блоки по степени трещиноватости его следует относить к категории V (раздробленным) вне зависимости от густоты трещин.

3 В условиях ожидаемого полного нарушения сплошности скальных грунтов в результате интенсивного их расслоения (кливаж) грунты следует относить к категории V.

4 При наличии поверхностей скольжения категорию грунта по степени трещиноватости следует повышать на одну ступень.

5 При трещинах, залеченных частично твердым (кристаллическим) материалом, категорию грунта по степени трещиноватости следует понижать на одну ступень, а при полностью залеченных трещинах – принимать по категории I.

79

При высоте свода обрушения скального грунта менее 1/6 его пролета расчет подземных конструкций следует выполнять на воздействие вывалов. Вертикальную нагрузку интенсивностью, полученной из условия сводообразования, распределяют по площади, соответствующей 1/4 пролета выработки в наиболее невыгодном для работы обделки положении.

Нормативное вертикальное горное давление в грунтах с f ≤ 4 при расстоянии от кровли выработки до дневной поверхности больше удвоенной высоты свода обрушения следует принимать равным массе грунтов в объеме, ограниченном сводом обрушения. При меньшем заглублении тоннеля горное давление принимается равным весу всей толщи грунта над ним.

Величину вертикальной нагрузки от горного давления на обделки параллельных близко расположенных тоннелей при возможности сводообразования определяют в зависимости от размеров выработок, размеров и несущей способности целиков между ними, а также технологии производства работ:

а) при условии образования самостоятельного свода обрушения над каждой выработкой – для каждой выработки в отдельности;

б) при условии образования общего свода обрушения над выработками – как для выработки, пролет которой равен сумме пролетов всех выработок и ширины целиков между ними.

Значение нормативной нагрузки на обделку тоннеля в водонасыщенных несвязных грунтах, содержащих свободную воду, следует принимать в виде совместного действия гидростатического давления воды и давления грунта во взвешенном состоянии. При этом нормативный объемный вес взвешенного в воде грунта γвзв, кН/м3, определяют по формуле

где ε – коэффициент пористости грунта, определяемый по опытным данным;

γs – нормативный удельный вес частиц грунта, определяемый по данным лабораторных исследований, кН/м3;

γw – объемный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м3.

Величину нормативной горизонтальной нагрузки на обделки кругового очертания в глинистых грунтах текучей и пластичной консистенции, водонасыщенных грунтах, а также в грунтах, переходящих в условиях эксплуатации в разжиженное состояние, следует принимать не более 0,75 величины нормативной вертикальной нагрузки, принимаемой в соответствии с весом вышележащей толщи грунтов.

Нагрузки от веса зданий, располагаемых над тоннельным соору-

жением. Нагрузку от веса зданий, располагаемых над тоннельным сооружением, следует принимать в зависимости от их этажности, размеров в плане и конструктивных особенностей.

При отсутствии проектных решений зданий нормативную нагрузку от их веса допускается применять в зависимости от их предполагаемой этаж-

80