Железобетонные обделки

При выполнении курсового проекта следует отдавать предпочтение сборным железобетонным обделкам. Такие обделки монтируются из железобетонных тюбингов, из блоков сплошного или ребристого сечения. Железобетонная тюбинговая обделка, по конструктивному решению аналогичная чугунной, состоит из элементов коробчатого сечения, которые соединены в продольных и поперечных стыках болтовыми связями (рабочими или монтажными).

Тюбинговые железобетонные обделки имеют увеличенную, по сравнению с чугунной, толщину бортов, продольных (радиальных) и поперечных (кольцевых) ребер, а также спинки тюбинга. Размеры бортов и ребер тюбингов назначают с учетом размещения в них рабочей арматуры, а толщину спинки увеличивают еще и для обеспечения водонепроницаемости обделки. Так, например, при высоте борта тюбинга h _б= 550 мм толщина оболочки 120…150 мм, а толщина бортов 150…200 мм [1, с. 182–184; 4, с. 124–125; 5, с. 25–26]. В железобетонных тюбингах также предусмотрено устройство от 1 до 3 средних продольных ребер, служащих для восприятия усилий щитовых домкратов. В оболочке тюбинга должно быть предусмотрено отверстие для нагнетания раствора за обделку.

Один из возможных вариантов конструктивного решения обделки из железобетонных тюбингов приведен на рис. 3.3, а, б. Обделка с наружным диаметром 8, 5 м предназначена для однопутного железнодорожного тоннеля [5, с. 27].

Обделки из ребристых железобетонных блоков имеют более мощные, по сравнению с тюбинговыми, ребра и утолщенную оболочку. Так, например, при высоте борта ребристого блока h _б= 550 мм толщину оболочки можно принять 250…275 мм, а толщину бортов 250…300 мм [3, с. 192–194; 5, с. 36–37]. В таких обделках возможна постановка связей между элементами обделки, что увеличивает общую жесткость конструкции и облегчает сборку кольца.

Конструкции обделок из сплошных железобетонных блоков весьма разнообразны и различаются формой кольца и блоков, типом продольных и поперечных стыков и т. п. Рекомендации по конструированию железобетонных блочных обделок приведены в [1, с. 184–188; 3, с. 195–196; 4, с. 127–136; 5, с. 26–44; 11].

Блоки железобетонной обделки в плане могут иметь форму прямоугольную, трапециевидную или в виде параллелограмма. Замыкание кольца из блоков прямоугольной формы производят продольными ключевыми элементами, состоящими из двух-трех коротких блоков, либо одним блоком клиновидной формы, вдавливаемым между соседними трапециевидными блоками. Кольцо обделки, состоящее только из блоков в форме трапеции, замыкается без ключевого блока (рис. 3.4, а, б). Кольцо обделки, состоящее из блоков в форме трапеции и параллелограмма, замыкается одним из трапециевидных блоков. При этом блоки крепятся к ранее уложенному кольцу при помощи дюбелей в кольцевых стыках. Такие обделки разработаны для сооружения тоннелей при непрерывной проходке механизированными щитовыми комплексами. Конструкции таких обделок приведены в [4, с. 139–140; 5, с. 29–30, 42–43].

По форме кольца блочных обделок могут быть прямыми, когда торцевые плоскости колец образованы параллельными плоскостями, либо клиновидными, когда образованы непараллельными плоскостями [5, с. 28]. Клиновидное кольцо может быть с односторонним или двухсторонним скосом. В последнем случае кольцо называют универсальным (см. рис. 3.4, в). Величина скоса d определяется как разность максимальной и минимальной ширины кольца и может достигать 30…40 мм.

Прямые кольца предназначены для прямых участков трассы, клиновидные – для криволинейных. Блочные железобетонные обделки из универсальных клиновидных колец могут использоваться как на прямых, так и на криволинейных в плане и профиле участках трассы.

Количество блоков в кольце сборной железобетонной обделки назначается по оптимальным условиям статической работы обделки не менее 5. С учетом производственно-технических условий ее изготовления и возведения в кольцо обделки диаметром более 8, 5 м рекомендуется включать 7…15 блоков.

Одним из основных вопросов проектирования блочной железобетонной обделки является вопрос о конструкции связей между блоками. Конструкции продольных стыков блочных обделок приведены в [5, с. 30–32]. Конструкции поперечных стыков приведены [там же, с. 33–34]. Плоский продольный стык обеспечивает наибольшую площадь площадки смятия, однако при неравномерном нагружении обделки стыки раскрываются, что приводит к значительному эксцентриситету передачи сжимающих усилий, и поэтому практически неизбежны сколы бетона по внешней грани блока. Для снижения вероятности появления указанного дефекта внешние грани торцов блоков выполняют скошенными, закругленными и т. п. С этой же целью в продольные торцы блоков при их изготовлении вкладывают упругопластичные винипластовые прокладки. В проектном положении блоки фиксируются друг относительно друга металлическими шпильками, устанавливаемыми при монтаже кольца. Конструкции таких обделок приведены в [1, с. 191–195; 5, с. 35–36, 40].

Рис. 3.4. Сборная железобетонная обделка с трапециевидными блоками

и универсальным клиновидным кольцом:

а – общий вид; б – нормальное кольцо; в – универсальное клиновидное кольцо;

1 – герметизирующие прокладки; 2 – дюбели

При возведении обделок в слабых малосвязных грунтах, особенно конструкций большого диаметра, повышенная деформативность обделки может привести к нарушению гидроизоляции швов и неравномерной осадке колец по длине тоннеля. Для обеспечения геометрической неизменяемости кольца в период его монтажа, при сходе с оболочки щита, а также устойчивости обделки под воздействием внешних нагрузок необходимо применение блочных обделок с дополнительными связями в продольных и поперечных стыках, например, таких как в сборных железобетонных обделках автодорожного тоннеля наружным диаметром 13, 75 м (рис. 3.5) и эскалаторного тоннеля наружным диаметром 10, 4 м (рис. 3.6).

Таким условиям в наибольшей степени соответствуют стыки типа «гребень – паз», шпоночные соединения, плоские стыки с дюбелями и т. п.

Высокой точностью установки и технологичностью при монтаже обделки характеризуются продольные стыки с соединением типа «гребень –паз» (см. рис. 3.4, 3.5). К недостаткам такого соединения следует отнести увеличение эксцентриситета передачи сжимающих усилий и сокращение площадки смятия из-за строительного зазора между выступом и пазом, а следовательно, и повышенные требования к качеству изготовления и монтажа обделки.

Эти недостатки в значительной мере устраняются, если соединение блоков в продольных стыках выполняют с помощью цилиндрического полихлорвинилового вкладыша, сжимаемого при монтаже. При этом блоки в кольцевых (поперечных) стыках обделки могут быть соединены металлическими шпильками, которые вдавливают в пластмассовые дюбели, размещенные в отверстиях по кольцевому борту блоков.

При сочетании такого соединения со шпоночным трапециевидным стыком «гребень – паз» достигается достаточная продольная жесткость обделки. Для обделок, обеспечивающих непрерывную щитовую проходку, более приемлемы плоские поперечные стыки с пластмассово-металлическими дюбелями (системы «СОNЕX»), действующими по принципу двухстороннего гарпуна и способными в определенных пределах воспринимать растягивающие усилия между кольцами (см. рис. 3.4).

Наиболее перспективен стык смежных колец обделки с прерывистой пластмассово-металлической шпонкой, разработанный отечественными специалистами. Прерывистое шпунтовое соединение типа «гребень – паз» создают пластмассово-металлические шпонки, закрепляемые на клею в отдельных полуцилиндрических канавках ограниченной длины. Примеры конструктивных решений таких обделок приведены в [4, с. 135–140; 5, с. 39–44].

Возведение обделки в обводненных грунтах при проходке щитами с активным пригрузом забоя, а также в условиях сейсмических воздействий требует применения блочных обделок значительной жесткости как в поперечном, так и в продольном направлениях, обеспечиваемой дополнительными связями растяжения в стыках.

Дополнительные связи растяжения в стыках могут быть обеспечены либо постановкой болтовых соединений (см. рис. 3.5, 3.6), либо жестких накладных пластин с последующим омоноличиванием стыка. Примеры конструктивных решений таких обделок приведены в [4, с. 133–135; 5, с. 39, 41].

Рис. 3.5. Железобетонная блочная обделка автодорожного тоннеля

повышенной водонепроницаемости

Для возможности установки болтовых связей в теле блоков должны быть предусмотрены местные углубления [5, с. 32]. Болтовые соединения обеспечивают также предварительное обжатие упругих герметизирующих уплотнителей в стыках. При этом для повышения жесткости обделки должна быть предусмотрена перевязка продольных швов соседних колец путем поворота одного из них на половину длины блока.

Рис. 3.5. Сборная железобетонная блочная обделка эскалаторного тоннеля:

а – сечение обделки; б – конструкция блока

Герметизация стыков железобетонных обделок обеспечивается либо чеканкой швов специальными мастиками, либо установкой профильных герметизирующих уплотнителей [1, с. 195–196; 4, с. 137–140; 5, с. 34].