Обделка тоннеля
Обделка — постоянная конструкция предназначенная для закрепления горной выработки и придания ей проектного очертания
Содержание
Общие сведения
Обделка воспринимает горное давление по контуру выработки, гидростатическое давление подземных вод, давление передаваемое с поверхности земли (от наземных зданий), сейсмические и другие нагрузки, т.е является несущей конструкцией. Она должна обладать достаточной прочностью, устойчивостью и водонепроницаемостью.
Монолитная обделка
Монолитные обделки сооружают из бетона, железобетона набрызгбетона и торкрета в сочетании с бетоном.
На линиях первой очереди Московского метрополитена почти все обделки , сооружаемых закрытым способом (то есть без вскрытия поверхности земли), были выполнены монолитными из бетона. Такая обделка состоит из свода, опирающегося своими пятами на стены и лоток, замыкающего обделкуснизу. Возведение монолитных обделок с применением деревянной опалубки является очень трудоёмкой операцией.
Железобетон применяют главным образом для порталов и тоннелей в неустойчивых породах (где необходимо увеличивать толщину бетонной обделки) при открытых способах работ.
Набрызгбетон, как правило применяют в устойчивых скальных породах для облицовочных обделок. Цементный раствор наносят на породу по металлической сетке, прикреплённой к породе анкерами. Такая обделка может служить несущей конструкцией только при весьма небольшом горном давлении. Торкретное покрытие применяют при бетонных обделках для облицовки тоннеля. Сущность его заключается в набрызге цементно-песчанного раствора на обрабатываемую поверхность.
Сборная обделка
Такие обделки монтируют из отдельных элементов заводского изготовления. Они могут быть из бетона, железобетона, чугуна и стали, различной формы и размеров. Обделки кругового и подковообразного очертания разделяют по длине тоннеля на кольца, а кольца собирают из отдельных блоков или тюбингов. Блоком называют элемент сплошного сечения с гладкими поверхностями, тюбингом — элемент с ребристой внутренней поверхностью.
Блоки и тюбинги применяют при сооружении тоннельной обделки щитовым или горным способом, то есть при закрытом способе работ.
Обделки прямоугольного очертания состоят из железобетонных элементов — блоков лотка, стен и перекрытия. Такие обделки применяют при открытом способе сооружения тоннеля. Сборные обделки позволят механизировать производство работ и тем самым сократить сроки строительства. Широкое применение сборного железобетона в тоннелестроении позволяет экономить металл. При сооружении тоннелей мелкого заложения открытым способом применяют пряиоуголные цельносекционные железобетонные обделки длиной 2 м под один или два пути. Масса такой двухпутной секции доходит до 32т. Применение готовых цельносекционных обделок повышает производительность труда при их возведении, снижает трудоёмкость работ, позволяет отказаться от устройства оклеечной гидроизоляции на месте, так как на стройку конструкция поступает полностью заводской готовности.
Внутреннюю поверхность чугунных тюбингов обделки тоннеля покрывают влагостойкими негорючими составами светлых тонов на длине по 50 м от торцов станций для улучшения видимости машинистам поездов.
Комбинированная обделка
Комбинированные обделки представляют собой сборно-монолитную конструкцию. Например, лоток делают монолитным, а стены и свод тоннеля — сборными.
Источник
Материалы обделок
Конструкции тоннельных обделок кругового очертания
Материалы, предназначенные для обделок подземных сооружений, должны быть долговечными прочными, огнестойкими, устойчивыми против химической и электрохимической агрессии, соответствовать требованиям водопроницаемости и морозостойкости, обеспечивать возможность максимальной механизации работ при их применении.
Основными материалами, которые наиболее полно отвечают требованиям подземного строительства, являются железобетон и чугун. Реже используются сталь и бетон, как правило, в комбинированных многослойных обделках.
Выбор материала обделки подземного сооружения является одним из важнейших вопросов проектирования, поскольку вид материала в дальнейшем определяет особенности конструктивных решения подземного сооружения и отдельных его элементов, оказывает существенное влияние на организационно-технологическую схему производства работ.
При выборе материала для подземных конструкций следует, прежде всего, ориентироваться на преимущества железобетона.
Однако водопроницаемость бетона ограничивает область его применения в подземных конструкциях: при гидростатическом напоре подземных вод более 0,1 МПа железобетонные конструкции без дополнительных мероприятий, обеспечивающих герметичность обделки, строительными нормами применять не рекомендуется. На рубеже столетий в практику отечественного тоннелестроения внедряются сборные железобетонные обделки из водонепроницаемого бетона с гидроизолирующими прокладками в стыках, обеспечивающие герметизацию тоннеля при гидростатических напорах 0,25 МПа и более.
Бетон в конструкциях подземных сооружений назначают в соответствии с требованиями нормативных документов и государственных стандартов, предъявляемыми к строительным материалам, с учётом их работы в подземных условиях.
В зависимости от вида конструкций, их назначения, климатических условий в районе строительства, условий возведения и эксплуатации сооружений устанавливают показатели качества бетона.
Основными показателями качества бетона являются:
— класс по прочности на осевое сжатие — В;
— класс по прочности на осевое растяжение — Вt;
— марка по водонепроницаемости — W;
— марка по морозостойкости – F.
Оптимальные классы и марки бетона выбирают на основании технико-экономических соображений в зависимости от способа сооружения тоннеля, типа железобетонной обделки, её напряжённо-деформированного состояния, способа изготовления, условий эксплуатации и т.д.
Для элементов сборных железобетонных обделок при закрытом способе работ рекомендуется принимать класс бетона В30; для обделок из монолитно-прессованного бетона – В25. Допускается применение бетона промежуточных классов по прочности на сжатие (например, В27,5) при условии, что это приведёт к экономии цемента по сравнению с применением бетона класса В30 и не снизит другие технико-экономические показатели конструкции. Для сокращения расхода арматурной стали в сборных железобетонных элементах, работающих в основном на сжатие, и для уменьшения размеров сечений обделок больших диаметров целесообразно использовать бетон высоких классов В45 – В60.
Прочностные и деформативные характеристики бетонов различных классов приведены в Приложении 2.
Марку бетона по водонепроницаемости для конструкций тоннельных обделок, расположенных выше уровня грунтовых вод, рекомендуется принимать не ниже W4, а возводимых в обводнённых грунтах без гидроизоляции необходимо устанавливать в зависимости от гидрогеологических условий в районе строительства, но принимать не ниже W6.
Проектные марки бетона обделок по морозостойкости назначают в зависимости от условий их работы и климатических условий в районе строительства. Так, при отсутствии знакопеременной температуры в тоннеле, при средней температуре наружного воздуха самого холодного месяца 15 0 С и выше, марку бетона по морозостойкости принимают F100, а при температуре ниже 15 0 С – F150; при переменном замораживании и оттаивании бетона в конструкции, находящейся в воздушно-влажном состоянии, соответственно, — F150 и F200, в водонасыщенном – F200 и F300.
Для изготовления бетонных и железобетонных обделок действующими нормативами рекомендуется использовать тяжёлый бетон. Арматура в железобетонных конструкциях устанавливается для восприятия растягивающих усилий и усиления бетона сжатых зон. Рабочую и монтажную арматуру объединяют в арматурные изделия – сварные и вязанные сетки и каркасы, которые размещаются в опалубке перед заполнением её бетоном.
Выбор арматурной стали производят в зависимости от типа конструкции, наличия предварительного натяжения, а также от условий эксплуатации сооружения. В качестве ненапрягаемой арматуры железобетонных конструкций преимущественно применяются горячекатаная арматурная сталь периодического профиля класса А-III и обыкновенная арматурная проволока диаметром 3–5 мм — Вр-I. Для поперечной арматуры допускается принимать стержневую арматуру классов А-II и А-I. Арматуру классов А-Ш, А-П и А-1 рекомендуется применять в виде сварных каркасов и сварных сеток; классов А-V, А-VI, а также горячекатанную класса А-IV – только для продольной рабочей арматуры вязаных каркасов и сеток.
Нормативные и расчётные характеристики для основных видов стержневой арматуры приведены в Приложении 3.
Металл для обделок транспортных тоннелей применяют, в основном, в виде чугунного (а в зарубежной практике и стального) литья для изготовления тюбингов. Литые чугунные плиты и листовую сталь используют в качестве гидроизоляции, закрепляя на внутренней поверхности железобетонных элементов сборной обделки.
В отечественном тоннелестроении используют тюбинги, которые изготавливают из серого чугуна марок СЧ 20. Серый чугун отличается высокой устойчивостью против коррозии, имеет большую прочность на сжатие. Однако серый чугун достаточно хрупок и плохо сопротивляется растягивающим напряжениям. Более высокими характеристиками и особенно сопротивлением растяжению, обладает высокопрочный чугун с шаровидным графитом перлитной структуры марок ВЧ 50–2, ВЧ 60–2 и ВЧ 70–3. Расчётные сопротивления высокопрочного чугуна на растяжение в 2,5-3 раза выше, чем серого чугуна. Нормативные и расчётные характеристики для основных видов чугуна приведены в Приложении 4.
Листовую сталь, обладающую достаточной прочностью и пластичностью, хорошей свариваемостью, используют в многослойных комбинированных обделках.
Условиям работы подземных конструкций в большей степени соответствуют малоуглеродистые стали (содержащие углерода до 0,22%) с пределом текучести до 250 МПа и временным сопротивлением разрыву до 370 МПа.
Источник
§ 28. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СООРУЖЕНИЯ ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК
Материалы для сооружения тоннельных обделок должны быть прочными, долговечными, стойкими против огня, химических и атмосферных влияний обеспечивать возможность максимальной механизации работ при их применении. Наряду с этим выбор материалов следует производить с учетом экономической целесообразности и условий района строительства.
Обделки тоннелей, сооружаемых горным способом, выполняют из монолитного бетона, укладываемого за опалубку или наносимого на поверхность выработки пневматическими машинами (набрызгбетон), из монолитного или сборного железобетона.
В отдельных случаях в качестве материала для тоннельных обделок применяют монолитный бетон, армированный сетками в наиболее напряженных сечениях, кладку из естественных или искусственных камней и чугунные или стальные элементы (тюбинги), соединяемые болтами.
Наибольшее распространение в качестве материала для тоннельных обделок имеет монолитный бетон, который обладает рядом достоинств. К ним относятся бесшовность обделки, способствующая повышению ее водонепроницаемости, возможность в благоприятных условиях полностью механизировать перемещение и укладку бетонной смеси, использование для ее приготовления местных материалов (песок, щебень). Недостатками бетона, как материала для тоннельных обделок, являются необходимость выдерживания бетонных сводов на кружалах до достижения достаточной прочности и малая химическая стойкость против действия агрессивных вод.
Однако отмеченные недостатки бетона в значительной степени преодолимы. Раннее раскружаливание возможно в случае применения ускорителей твердения или оставления за обделкой временной крепи, воспринимающей все нагрузки, кроме собственного веса обделки (например, оставление анкерной крепи, см. § 57).
Повышение химической стойкости бетона может быть достигнуто двумя способами, затрудняющими фильтрацию агрессивных вод повышением плотности бетона или устройством гидроизоляции, а также применением цементов с активными гидравлическими добавками (пуццолановый и шлаковый цементы), связывающими образующуюся при твердении цементного камня гидроокись кальция.
В тоннельных конструкциях применяют бетоны с марками по прочности 200—300 и содержанием цемента не менее 240 кг/м 3 . Толщину элементов монолитных бетонных обделок назначают не менее 20 см.
Применение монолитного бетона целесообразно в мягких и слабых породах, требующих возведения тоннельных обделок по частям, а также в скальных породах, разрабатываемых взрывным способом, в особенности в труднодоступных районах, где создавать полигон для изготовления железобетонных изделий нерационально.
Возможно также применение монолитного бетона в сочетании с механизированной щитовой проходкой (прессованный бетон) для сооружения тоннельных обделок кругового очертания (см. § 96).
Недостатком бетона является его малая прочность на растяжение, которая составляет не более 10% прочности на сжатие при изгибе. В связи с этим размеры сечений бетонных обделок определяются в основном работой на растяжение, а их прочность на сжатие не реализуется. Этот недостаток бетона может быть преодолен применением армирования. Однако употребление монолитного железобетона (марки не ниже 200 при толщине элементов не менее 15 см) в условиях выработки, стесненной временной крепью, чрезвычайно затруднено и допустимо лишь при соответствующем обосновании. Монолитные железобетонные обделки и порталы тоннелей применяются редко, преимущественно при строительстве напорных гидротехнических тоннелей, на участках сильного горного давления и в районах с сейсмичностью 7 баллов и более. Рационально применение железобетона в виде сборных обделок из железобетонных элементов (марки бетона 300—400 при толщине элементов не менее 15 см), изготавливаемых на заводе или полигоне и монтируемых в подземных условиях.
Перспективным материалом для устройства обделок облицовочного типа в монолитных и слаботрещиноватых породах является набрызгбетон, наносимый пневматическими машинами непосредственно на поверхность выработки или по стальной сетке, прикрепленной к породе анкерами.
Представляет интерес применение в подземном строительстве пласт-бетона — бетона, в котором связующим служит цемент, обогащенный полимерными добавками, а заполнителем — плотные смеси (песчаная или песок с добавлением щебня и гравия). Полимер заполняет пустоты в цементном камне, делая бетон более плотным и прочным, обволакивает заполнитель тонкой пленкой, повышая сцепление между цементным камнем и заполнителем, а также химическую стойкость материала и придавая ему новые свойства.
Полимерные добавки значительно повышают прочность бетона на сжатие и растяжение, предельную растяжимость, трещиностойкость и водонепроницаемость.
Дальнейшим развитием использования полимеров является применение бесцементного пластбетона с чисто полимерным связующим.
К недостаткам пластбетона по сравнению с обычным относится его повышенная ползучесть.
Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены
Источник
