4.4. Проверка прочности стыков сборной железобетонной обделки

Расчеты по прочности сборных железобетонных обделок следует вести с учетом расположения и величины начальных зазоров в стыках, податливости стыков и возможности возникновения стыковых моментов.

Для шарнирных стыков (цилиндрический выпукло-вогнутый стык, плоский стык с упругой прокладкой) стыковой момент:

, (3.35)

где	N	–	нормальная сила в стыке, определенная из расчета обделки как многошарнирного кольца;
	e0	–	эксцентриситет нормальной силы, принимаемый равным 0,03 ‑ 0,1 от толщины обделки hб.

Для плоских стыков (с болтовыми связями, монтажными шпильками, цилиндрической шпонкой) значение стыкового момента зависит от того, с какой стороны происходит раскрытие стыка.

Поскольку местоположение, характер и ширина раскрытия стыков заранее неизвестны, то в основу расчета стыков сборных железобетонных обделок положено построение огибающей эпюры моментов, учитывающей все возможные сочетания эксцентриситетов и начальных зазоров. На первом этапе расчета все стыки сборной железобетонной обделки, независимо от их типа, рассматриваются как центрированные шарнирные (момент в стыке равен нулю). Затем определяют стыковые моменты обоих знаков в зависимости от конструкции стыка. Результаты расчетов суммируются и строится результирующая огибающая эпюра моментов, учитывающая наиболее неблагоприятные условия передачи нормальной силы в стыках.

Стыки бетонных и железобетонных блоков и тюбингов рассчитывают на прочность и трещиностойкость при наиболее неблагоприятном возможном распределении контактных усилий в стыке. Полученные в результате расчета нормальные силы в стыках не должны превышать предельных.

Предельную нормальную силу в шарнирном цилиндрическом стыке (несущую способность стыка) N_np, определяют по формуле:

, (3.36)

где	Rb	–	расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;
	bk	–	ширина блока или тюбинга;
	hе	–	высота поперечного сечения элемента в плоскости стыка;
	e0	–	возможный эксцентриситет в стыке (при отсутствии данных принимается равным he/30).

Предельную нормальную силу в плоском стыке (несущую способность стыка) N_np, определяют по формуле:

, (3.37)

где  – коэффициент, зависящий от конструкции и армирования стыка (для неармированных и армированных одной сеткой стыков принимать ; для армированных тремя и более сетками с расстоянием между ними 8 – 10см - ; для армированных сеткой стыков со скошенными углами .

5. Производство работ по сооружению тоннеля щитовым способом

5.1. Общая организация работ

В настоящей главе приведены рекомендации по выбору типа проходческого комплекса и проходческого щита, технологии проходки, излагается порядок расчета щита.

Проект производства работ должен выполняться в соответствии с требованиями [7], а также действующими правилами по технике безопасности [11].

Щитовой способ проходки заключается в использовании специального агрегата – проходческого щита. Проходческий щит представляет собой передвижную металлическую крепь (конструкцию), под защитой которой производится разработка и уборка грунта, крепление забоя и возведение обделки. Проходческие щиты в поперечном сечении имеют, как правило, круговую форму.

При щитовом способе проходки тоннелей можно выделить три этапа работ – подготовительные работы, собственно проходку выработки и возведение обделки и демонтаж оборудования.

Подготовительные работы при щитовой проходке включают в себя сооружение монтажных камер, доставку щитового проходческого оборудования в разобранном виде, монтаж проходческого комплекса, и в первую очередь щита.

В зависимости от условий строительства щиты могут быть введены в забой из подземной монтажной камеры, из ствола шахты, из открытого котлована или через портал.

В подземных условиях предварительно горным способом сооружают щитовые монтажные камеры. По конструктивному решению камеры могут быть двух типов:

1. камеры из монолитного бетона, сооружаемые горным способом;

2. камеры в виде круговых обделок, собранных из чугунных или железобетонных тюбингов со связями растяжения в стыках.

Демонтажные камеры сооружают так же, как и монтажные, обычно одновременно со щитовой проходкой.

Цикл щитовой проходки включает разработку грунта в забое и его уборку, при необходимости – крепление забоя, передвижку щита и возведение обделки. Разработка и погрузка грунта ведется в головной части щита. Щит передвигается в выработанное пространство при помощи гидравлических гидроцилиндров, упирающихся в торцевую плоскость обделки, возводимой в хвостовой части щита под защитой его оболочки.

Щитовой способ проходки тоннелей наиболее целесообразно использовать при сооружении тоннелей в слабых нескальных грунтах с коэффициентом крепости f  2, а также в скальных грунтах с высокой степенью трещиноватости.

Проходка тоннелей щитовым способом ведется с использованием щитовых комплексов – комплектов машин и оборудования, обеспечивающих максимальное совмещение технологических операций, высокий уровень механизации работ и непрерывное возведение обделки тоннеля вслед за продвижением забоя. Производительность главного агрегата – проходческого щита – определяет производительность всего комплекса и скорость сооружения тоннелей. Одна из наиболее трудоемких операций проходки – разработка грунта в забое – может быть механизирована. Для этого в головной части щита устанавливают специальное устройство, которое может выполнять и функции временного крепления. Такие щиты называются механизированными. В щитовых комплексах могут использоваться как механизированные, так и немеханизированные проходческие щиты.

Более детально устройство входящих в комплекс агрегатов и выполняемые ими функции описаны в [1, с. 257–261; 2, с. 111–118; 6, с. 339–341, 343–348]. Технические характеристики щитов и укладчиков приведены в [6].