СПОСОБЫ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ

состава на грунт. В грунтах, развивающих значительное горизонтальное давление, стенам обделки целесообразно придать криволинейное внутреннее очертание.

Институтом Ленметрогипротранс разработаны типовые конструкции обделок сводчатого очертания из монолитного бетона и железобетона, рекомендуемые к применению для железнодорожных тоннелей в различных инженерно-геологических условиях, характеризующихся коэффициентом крепости f и средним расстоянием между трещинами bт.

Принципиальные решения конструкций типовых обделок однопутных железнодорожных тоннелей на прямых участках (типы I, II и III) и на кривых (типы Iк, IIк и IIIк) приведены на рис. 4.7, 4.8 ,4.9.

Конструкции обделок двухпутных железнодорожных тоннелей (рис. 4.10)разработаны также для скальных грунтов различной прочности и устойчивости.

Рисунок 4.10. Монолитные обделки двухпутных железнодорожных тоннелей

31

В мировой практике тоннелестроения широкое распространение получили облегченные обделки из набрызгбетона, особенно при строительстве транспортных тоннелей новоавстрийским методом (NАТМ) в трещиноватых скальных и нескальных грунтах.

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 (рис. 4.11, а, б) и слоя набрызгбетона 1 толщиной 10-20 см по стальной сетке, закрепленной на анкерах или арках.

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». Замечательная особенность нанесенного на поверхность выработки слоя набрызгбетона состоит в том, что набрызгбетон способен быстро набирать прочность и одновременно податливо сопротивляться перемещениям грунта внутрь выработки. Омоноличивая приконтурный слой трещиноватого грунта, армированный набрызгбетон способствует упрочнению его и препятствует образованию вывалов [20].

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 (рис.4.11).

Вторичная, стабилизирующая обделка совместно с первичной образуют конструкцию, воспринимающую горное давление.

На рис. 4.11, а представлена конструкция облегченной многослойной обделки однопутного железнодорожного тоннеля в трещиноватых прочных скальных грунтах с f = 4 – 6. В нарушенных скальных и полускальных грунтах (f = 3 –4), когда раскрытие полного сечения тоннеля производят по частям, может быть применена замкнутая по контуру конструкция облегченной многослойной обделки, показанной на рис. 4.11, б.

При строительстве тоннелей способом NАТM применяют также ребристые обделки из набрызгбетона, усиленные решетчатыми арками (рис.4.12). При этом вместо дорогостоящей прокатной стали в качестве арок используют сварные арматурные каркасы различного поперечного сечения (рис. 4.12, б, г), соединяемые на болтах (рис. 4.12, в).

32

При разработке скальных грунтов способом гладкого взрывания или с помощью тоннелепроходческих комбайнов обеспечивается достаточно ровный соответствующий проектному контур выработки. В таких случаях при наличии индустриальной базы ЖБИ вблизи района строительства тоннелей имеется возможность для применения сборных железобетонных или сборно-монолитных обделок различного очертания (рис. 4.13, 4.14, 4.15). Конструктивные формы сборных обделок также как и монолитных. В зависимости от свойств грунтов и способов строительства тоннеля обделки устраивают в виде пологого свода, опирающегося на породные стены (рис. 4.13) или подъемистого свода с плоским лотком (рис. 4.14). Пологий свод может опираться на монолитные бетонные или железобетонные стены с уширенной пятой, возведенные в предварительно пройденных опорных выработках малого поперечного сечения (рис. 4.15).

Рисунок 4.13. Конструкция сборной обделки сводчатого очертания. Пологий свод опирающийся на грунт

Рисунок 4.13. Конструкция сборной обделки сводчатого очертания. Пологий свод опирающийся на стены из сборного железобетона.

35

Выбор материала зависит от геолого-гидрогеологических, сейсмических и других условий, характеризующих особенности расположения тоннеля, с учетом способов производства тоннельных работ.

Порталы проектируют из монолитного бетона и железобетона. Монолитный железобетон для обделки и порталов допускается применять при экономических и статических обоснованиях, а также при строительстве тоннелей в районах с сейсмичностью 7-9 баллов и при пересечении зон тектонических нарушений массива.

Минимальную толщину защитного слоя бетона для рабочей арматуры монолитной железобетонной и набрызг-бетонной обделки следует принимать по табл. 4.3.

Класс бетона по прочности на сжатие следует принимать не ниже:

для монолитных бетонных обделок, порталов, оголовков – В15;

для сборных железобетонных обделок – В30;

для монолитных железобетонных обделок – В25;

для набрызг-бетонных обделок – В15.

Проектные марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости назначаются с учетом принятой системы гидроизоляции и климатических условий, в которых сооружается тоннель (табл. 4.4).

Расчетные характеристики монолитного бетона приведены в табл. 4.5.

37

Таблица 4.5

Характеристики монолитного бетона

В качестве рабочей арматуры монолитных железобетонных конструкций следует применять преимущественно горячекатаную стержневую сталь периодического профиля класса АII и АIII, в качестве монтажной - гладкую класса АI, руководствуясь нормами (СП

63.13330.2012).

5. Эскизные расчеты вариантов тоннельной обделки

Расчет обделки, как и любой другой инженерной конструкции, состоит из трех последовательно выполняемых этапов:

определение расчетных нагрузок;

определение внутренних усилий (изгибающих моментов и нормальных сил) в сечениях обделки;

проверка прочности сечений обделки.

5.1 Расчетные нагрузки

а) Равномерно распределенную по пролету обделки нормативную нагрузку

возможности или невозможности образования над выработкой свода обрушения.

В тех случаях, когда сводообразование возможно, кН/м²:

38

где ρ – плотность породы, залегающей над тоннелем, т/м3; h1– высота свода обрушения, м,

где B и h– соответственно полупролет и высота выработки, м;

φ – приведенный угол внутреннего трения породы. Значения ρ, f, φ, Kр определяют по табл. 1.5.

В соответствии с [11] при заложении тоннеля в глинистых породах с притоком подземных вод в выработку нормативную нагрузку от вертикального горного давления следует увеличивать на 30 %.

Для тоннелей кругового сечения с наружным радиусом обделки зависимость (4.15) принимает вид, м:

Сводообразование считается возможным, когда в толще пород Н от верха тоннеля до земной поверхности можно разместить не менее чем две высоты свода обрушения, т.е.

При несоблюдении неравенства (5.5) сводообразование невозможно, и нормативную нагрузку от вертикального горного давления следует определять от веса всей толщи пород Н над тоннелем, кН/м²

39