1)Способы сооружения тоннелей, их классификация.

Тоннелем называют горизонтальное или наклонное подземное искусственное сооружение, предназначенное для транспорта, пропуска воды, размещения коммуникаций и других целей, длина которого обычно значительно превышает поперечные размеры.

способы сооружен тоннеля:

1)закрытый (без вскрыт. поверх.)горный ,щитовой

2)открытый (вскрыт земной поверх.)

3)комбинированные (сочет. откр. и закрытых)

4)специальные способы(в сложных условиях)

-несущая способность грунта

-мероприят. по обеспеч. безопасн

Классификация:

По назначению:

1 — тоннели на путях сообщения (автодорожные, ж/д, пешеходные, судоходные);

2 — тоннели гидротехнические;

3 — тоннели коммунальные;

4 — тоннели горнопромышленные;

5 — тоннели специальные (гаражи, склады и т.д.)

По положению относительно рельефа:

1. Горные;

2. Подводные;

3. Равнинные (метрополитены, переходы и т.д.)

По глубине заложения:

1. Мелкого заложения;

2. Глубокого заложения.

2)Краткий обзор развития щитового способа сооружения тоннелей. Основные конструктивные элементы проходческого щита, их назначение.

Щитовой способ сооружения тоннелей — щитовая проходка — основан на применении в забое тоннеля специального агрегата проходческого щита.

Щит – временная передвижная металлическая крепь, предназначенная для защиты предзабойного пространства на период выполнения всех операций проходческого цикла.

Основные операции проходческого цикла:

• разработку грунта,

• крепление забоя,

• уборку грунта,

• возведение обделки.

Краткий исторический обзор

«Впервые щитовую проходку осуществил Марк Брюнель при строительстве подводного тоннеля под Темзой (1825-1846 гг.) в Англии. Длина тоннеля составила 450 метров.

Первый механизированный щит (т.н. щит Прейса) применён в 1897 на строительстве Центральной железнодорожной линии в Лондоне.

В России впервые щитовая проходка была применена при строительстве Московского метрополитена в 1934 году. В 1936 году был создан первый отечественный механизированный щит (Щит Варганова).

Впервые щиты с активным пригрузом забоя были использованы в Японии в 1972-1974 гг.»

1 – ножевое кольцо

2 – грунт забоя

3 – щитовые домкраты

4 – опорное кольцо

5 – обделка

6 – хвостовая оболочка щита

7 – цементно-песчаный раствор

8 – горизонтальные перегородки

9 – вертикальные перегородки

В головной части щита под защитой ножевого кольца 1 разрабатывают на глубину заходки W грунт забоя 2 и выполняют его крепление. Затем при помощи гидравлических щитовых домкратов 3, установленных по периметру опорного кольца 4, передвигают щит вперед в разработанное пространство. При этом домкраты опирают в ранее возведенную обделку, чаще всего сборную, состоящую из отдельных колец 5, ширина которых b равна или кратна глубине заходки. После передвижки щита и уборки штоков домкратов в освободившемся пространстве под защитой хвостовой оболочки 6 возводят очередное кольцо обделки. По мере передвижения щита и выхода обделки из-под оболочки зазор 7 между обделкой и грунтом заполняют под давлением цементно-песчаным раствором, обеспечивая надежный контакт обделки с грунтовым массивом. Для придания щиту необходимой жесткости в пределах ножевого и опорного колец ставят одну-две горизонтальные перегородки 8, используемые одновременно как рабочие подмости, и две-три вертикальные перегородки 9.

3)Конструкции сборных чугунных тюбинговых обделок. Способы их гидроизоляции.

Обделка из чугунных тюбингов.

Кольцо обделки состоит из элементов-сегментов коробчатого сечения — тюбингов. Для их изготовления отливкой в опоки наиболее широко применяют серый чугун марки СЧ-20, обладающий высокой устойчивостью против коррозии и имеющий расчетные сопротивления: сжатию — 180 МПа, растяжению —

60 МПа. В последнее время рассматривается возможность применения высокопрочного чугуна марки ВЧ. Такой чугун имеет повышенные прочностные характеристики благодаря применению графитизирующих присадок.

Кольцо обделки (рис. 1.4) состоит из трех типов тюбингов: нормальных H, оба продольных торца которых направлены радиально, ключевого (замкового) К клиновидной формы 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 т, что позволяет получить компактные механизмы для монтажа обделки.

Тюбинг (рис. 1.5) 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 d, с целью облегчения монтажа. Для соединения применяют стальные болты диаметром 20–45 мм. Наружные плоскости бортов подвергают механической обработке прострожкой для обеспечения плотного взаимного примыкания.

h_б=(0,04..0,45)D_вн

b_k=0,5;0,75;1 м (---> уст. грунтов)

δ₁≥30..40 мм – для обделок большого диаметра

δ₂=0,25(h_б- δ₁)

L – из условий траспортировки L≤2 м

Число элементов и типоразмеры принимаются из условий транспортировки, монтажа и удобства изготовлений.

n=15..17 шт.

Гидроизоляция:

1. чеканка швов,

2. Если большой водоток, то гидроизоляция осуществляется освинцованным шнуром. (производство чеканки при посредстве железного прута, нагреваемого электрическим током. Последний подводится к пруту и к чугунной обделке тоннеля соответственно при помощи контактных роликов, прикрепленных к корпусу пневматического молотка, и при посредстве контактного зажима)

4)Основные требования, предъявляемые к сборным круговым обделкам. Конструкции сборных обделок из железобетонных тюбингов.

Основные требования, предъявляемые к сборным круговым обделкам.

-Темпы монтажа обделки должны соответствовать скорости проходки

-Сразу же после монтажа обделка должна обладать прочностью и устойчивостью достаточной для восприятия как горного давления так и временных нагрузок

-долговечность и водонепроницаемость

-конструкция стыков обделки должна обеспечивать минимальные трудозатраты для производства гидроизоляции

-группа требований связанных с условиями производства, транспортировки, монтирования(должны собираться из одинаковых взаимозаменяемых элементов)

-размеры и вес должны соответствовать применяемому подъемно-транспортному оборудованию

Конструкция железобетонной обделки из тюбингов.

Железобетонная обделка из тюбингов по конструкции аналогична чугунной тюбинговой. Кольцо обделки, в которой обеспечена возможность устройства перевязки продольных стыков, состоит из минимального числа типов тюбингов: ключевого К, смежных С и нормальных Н. Для исключения недостатков, связанных с отсутствием горизонтальной площадки в лотке тоннеля, в состав кольца вводят железобетонный лотковый блок Л сплошного или ребристого с наружной стороны поперечного сечения, внутренняя поверхность которого выполнена плоской. В такой обделке перевязка продольных стыков достигается постановкой в кольцо дополнительного тюбинга П, половинного от нормального.

Продольные стыки тюбингов плоские с болтовой связью или с монтажными шпильками; соединение между кольцами болтовое. Диаметр болтов 26–40 мм, диаметр болтовых отверстий на 4–6 мм больше. Число болтовых отверстий по поперечным бортам тюбингов Н и С 2–4; тюбинг К имеет одно болтовое отверстие. Шаг отверстий по разбивочной окружности 500–850 мм.

Высота борта тюбингов определяет жесткость и несущую способность кольца и составляет

0,045–0,06 от внутреннего диаметра обделки. Толщина оболочки тюбинга равна 1/4–1/2 высоты борта.

Число тюбингов в кольце для снижения трудовых затрат на монтаж и гидроизоляцию продольных стыков должно быть по возможности минимальным. Но при этом масса тюбинга не должна превышать 2–2,5 т, а длина дуги по наружной стороне, определяющая габарит элемента, - быть не более 2–3 м. Такой габарит обеспечивает свободную доставку тюбингов к месту монтажа по клетьевому подъему ствола шахты и подходным выработкам.

5)Классификация и особенности конструкции круговых тоннельных обделок в зависимости от мест изготовления и материала.

По месту изготовления:

• монолитные ( изготавливаются под щитом) в виде набрызг-бетона и пресс-бетона;

• сборные ( изготавливается на заводах) из чугуна, ж/б и стали;

• сборно-монолитные (часть элементов изготавливается на заводах, часть изготавливается на участке строительства).

Требования к материалам:

-долговечность;

-огнестойкость;

-противопожарность;

-допуск комплексной механизации в процессах возведения обделки.

Монолитный бетон: используется класс не ниже В25.

Сборный ж/б: используется класс не ниже В30 до В45, по водонепроницаемости, – напор воды.

Бетон повышенной водонепроницаемости: В45…В60, по водонепроницаемости, – напор воды.

Арматура в виде сварных/связанных каркасов, не меньше А400, поперечная без расчета периодического профиля горячекатаная.

Металлы: серый чугун СЧ20.

В виде тюбингов, дороже ж/б., более высокая водонепроницаемость, стыки снижают качество обделки. «-»: дорогой, предел прочности ниже предела на растяжение.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом также применяется.

Сталь. В виде тюбингов. «-»: плохо реагирует на агрессивные воды. «+»: водонепроницаем, хорошо свариваются.

6)Классификация сборных железобетонных обделок в зависимости от формы кольца, типа и геометрии рабочего сечения.

Классификация обделок. Сборные железобетонные тоннельные обделки получили в настоящее время преимущественное распространение. Их применение обеспечивает решение одной из важнейших народнохозяйственных задач — экономию металла, позволяет индустриализировать тоннельное строительство, сократить его сроки и повысить производительность труда.

В конкретных конструкциях обделок эти признаки могут сочетаться в разных комбинациях.

7)Классификация сборных тоннельных обделок в зависимости от конструкции продольных стыков, а также перевязки швов.

По типу продольных стыков обделки делятся на две категории:

Со связями растяжения и без связей растяжения. Со связями растяжения делятся в свою очередь на:

-омоноличенные устраиваются в блочных обделках, по виду напоминает унифицированную обделку. Достоинства: конструкции жесткие в продольном и поперечном направлении. Рекомендуются для сейсмоопасных районов. Недостатки: повышенный расход металла на закладные детали, повышенные трудозатраты, задержка проходки до набора прочности в омоноличенных стыках. -болтовые, которые в свою очередь подразделяются на постоянные и временные

Достоинства: жесткость, удобство обжатия гидроизолирующих прокладок Недостатки: повышенный расход металла, повышеные трудозатраты на монтаж и устройство гидроизоляции.

Обделки без связей растяжения. Такая обделка собирается из отдельных элементов, причем в месте стыкования блоков одного кольца какие-либо связи между отдельными блоками отсутствуют, а имеется лишь свободное опирание одного блока на другой. Различают следующие обделки без связей растяжения:

-плоские на шпильках. (Элементы обделки имеют скошенный края, между ними устанавливаются резиновые прокладки для предупреждения скалывания);

-плоский скошенный стык;

-гребень-паз(применяются для высокоточных обделок допуск 0.5мм для ширины кольца, 1мм для длинны элемента, 0.3мм максимальное отклонение узла в плоскости стыка)

-плоские на шпонке(на картинке подписан как стык с цилиндр. Вкладышем)

-цилиндрические

Достоинством обделок без связей растяжения является то, что такая конструкция является шарнирной, что позволяет избавится от момента в стыке, они требуют малого армирования, минимальных трудозатрат

Недостатки: возможность получить чрезмерные деформации, опасность раскрытия стыков.

Применяются в сухих, устойчивых грунтах f>1

Про перевязку швов хз, наверно с перевязкой и без. Могу только сказать, что перевязка швов повышает жесткость обделки.