Внутреннее очертание обделок
При выполнении курсового проекта требуется запроектировать два варианта обделок из сборного чугуна, железобетона или монолитно-прессованного бетона, соответствующие участку тоннеля с наиболее неблагоприятными инженерно-геологическими условиями.
Основными факторами, определяющими выбор конструкций обделок тоннелей, являются: габарит приближения строений, инженерно-геологические и гидрологические условия, материал обделок и конструкционные требования к ним, эксплуатационные и производственные требования, технико-экономические показатели.
Внутренние размеры тоннелей определяются габаритами приближения строений, представляющими условный контур, внутрь которого не должны выступать никакие части сооружений и оборудования.
Внутренние размеры обделок перегонных тоннелей метрополитена кругового очертания «Смк» устанавливаются ГОСТ 23961–80 и приведены в [1, с. 286–287; 3, с. 24; 4, с. 10]. С учетом зазора, необходимого на случай неизбежных отклонений внутреннего очертания обделки при возведении конструкции или ее деформации, принимаемого равным 100 мм, минимальный внутренний диаметр обделки перегонных тоннелей отечественных метрополитенов принимался равным 5100 мм [4, с. 4] (рис 3.1).
Рис.3.1. Габарит приближения строений "Смк" для перегонных тоннелей метрополитена с учетом эвакуационного прохода
Современные нормы требуют устройство дополнительного эвакуационного прохода шириной 700 мм, при этом ось тоннеля смещается на 280 мм относительно оси старого габарита «Смк» и радиус габарита максимального приближения обделки составляет 2730 мм. С учетом этого фактора, а также зазора, принимаемого равным 100 мм, минимальный внутренний диаметр новых обделок перегонных тоннелей составляет 5560 мм (см. рис 3.1).
Выбор конструкций обделок
Несущие конструкции тоннелей, сооружаемых щитовым способом, выполняют в виде обделок кругового очертания, что обеспечивает наиболее благоприятные условия статической работы конструкции в условиях всестороннего сжатия.
Основными материалами, которые наиболее полно отвечают требованиям щитового способа строительства, являются железобетон и чугун. Реже используются сталь и бетон, как правило, в комбинированных многослойных обделках. Рекомендации по выбору материала тоннельной обделки приведены в [3, с. 86–95; 4, с. 13–16; 6, с. 42–55].
В большинстве случаев сборные обделки собирают из металлических или железобетонных элементов заводского изготовления. Нашли применение также круговые обделки из монолитно-прессованного бетона.
В слабоустойчивых грунтах, в условиях значительного горного и гидростатического давления обделка должна обладать большой несущей способностью и водонепроницаемостью. В таких условиях экономически целесообразно применение чугунных тюбинговых обделок. Характерным признаком тюбинговой обделки является наличие болтовых соединений как между элементами в кольце, так и между отдельными кольцами, что обеспечивает жесткость конструкции. Наличие связей растяжения в стыках гарантирует равномерную и непрерывную передачу усилий от одного элемента к другому, включая изгибающие моменты.
В обводненных грунтах при проходке тоннелей щитами с активным пригрузом забоя могут применяться сборные железобетонные обделки из водонепроницаемого бетона с гидроизолирующими прокладками в стыках. Обязательным условием обеспечения жесткости и водонепрницаемости таких обделок является наличие связей между элементами в продольных и поперечных стыках и перевязка стыков.
В более прочных необводненных грунтах либо при незначительном напоре грунтовых вод (менее 0,1 МПа) следует применять конструкции обделок из обычного железобетона. В зависимости от формы рабочего сечения элементов сборных обделок железобетонные конструкции могут быть подразделены на два основных типа: обделки из железобетонных тюбингов и обделки из железобетонных сплошных или ребристых блоков. В сухих грунтах могут быть применены обделки из монолитно-прессованного бетона.
В полускальных грунтах, в устойчивых глинистых грунтах естественной влажности целесообразно использовать блочные железобетонные обделки, не имеющие жестких соединений между элементами в кольце. Блоки, составляющие кольцо обделки, свободно (шарнирно) опираются в продольных стыках. В такой блочной обделке изгибающие моменты сведены к минимуму и бетон работает преимущественно на сжатие. Наиболее перспективны в таких условиях блочные обделки с цилиндрическими продольными стыками, обжатые на грунт. Однако при возведении обделок большого диаметра повышенная деформативность шарнирных железобетонных обделок может привести к нарушению гидроизоляции швов и неравномерной осадке колец по длине тоннеля. Поэтому для блочных обделок большого диаметра даже в устойчивых грунтах требуются дополнительные связи в стыках, обеспечивающие геометрическую неизменяемость кольца при сходе его с оболочки щита, а также устойчивость обделки под воздействием внешних нагрузок. Дополнительные связи растяжения в стыках блочной обделки могут быть обеспечены либо постановкой болтовых соединений, либо жестких накладных пластин с последующим омоноличиванием стыка. Для повышения жесткости обделки необходимо предусмотреть перевязку стыков соседних колец путем поворота одного из них на половину длины блока.
Рекомендации по выбору типа сборной обделки при выполнении курсового проекта приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1