Обделка тоннеля

Обделкой называются постоянные тоннельные конструкции, предназначенные для обеспечения безопасной эксплуатации тоннеля в течение всего срока службы.


Содержание статьи

Материалы для обделок
Виды обделок в тоннелях, сооружаемых закрытым способом
Особенность тоннельных обделок
Принципы расчета


Тоннель

Обделка тоннеля должна воспринимать сочетание разных нагрузок от горного давления и гидростатического давления подземных вод, обеспечивать гидроизоляцию конструкции, а также ее устойчивость к действию агрессивной среды и перепадов температуры для обеспечения нормальных условий эксплуатации транспортных сооружений со сроком службы не менее 100 150 лет без капитального ремонта.

Материалы для обделок

Наибольшее распространение в подземном строительстве получили бетон и железобетон, характеризующиеся долговечностью и пожаростойкостью, обеспечивающие необходимую прочность обделки при применении специальных цементов и добавок, хорошо работающие в агрессивной среде.

Однако при больших объемах применения бетона в строительстве обеспечить полную водонепроницаемость материала пока не удается. Серый чугун и сталь имеют высокие прочностные характеристики, водонепроницаемы, пожаростойки, но подвержены коррозии. Применяются в сложных инженерно-геологических условиях, при контакте с водной средой.


Для устройства обделки тоннеля применяются: бетон и его различные модификации — прессованный бетон, набрызгбетон, коллоидный бетон, пластобетон, а также железобетон, чугун, сталь.


Обделка тоннелей

Виды обделок в тоннелях, сооружаемых закрытым способом

В скальных трещиноватых породах для восприятия вертикального горного давления тоннельная обделка состоит из бетонного подъемистого свода, опирающегося на бетонные вертикальные стены, и плоского лотка.

В более слабых породах, в которых возможно проявление активного горизонтального (бокового) горного давления, бетонная обделка возводится по всему периметру выработки и имеет подковообразную форму.

Обделка однопутного железнодорожного тоннеля с вертикальными стенами и плоским лотком

Обделка однопутного железнодорожного тоннеля подковообразного очертания с плоским лотком

В породах, с высоким горным давлением, которое проявляется как сверху, с боков, так и снизу, используется обделка замкнутой формы (подковообразная или круговая) и вместо плоского лотка обратный свод.

Кроме монолитных бетонных обделок, применяются и сборные железобетонные или чугунные обделки из тюбингов или блоков. Обделки тоннелей мелкого заложения, сооружаемых открытым способом, выполняют из сборных железобетонных крупноразмерных конструкций. Железобетонные и чугунные тюбинги в основном используются при щитовом способе проходки, прежде всего – для обделки тоннелей метрополитенов.

При щитовом способе проходки сборные тоннельные обделки обычно имеют круглое очертание и состоят из отдельных железобетонных элементов (блоков или тюбингов) массой до 12 т, которые соединяются между собой в стыках с помощью болтовых связей. Слабым местом сборных обделок является большое количество поперечных и продольных швов, которые необходимо изолировать для предотвращения поступления подземной воды в тоннель.

Также применяется обделка из монолитно-прессованного бетона — за оболочкой щита устраивается стальная опалубка, за которую нагнетается литой бетон, обжимаемый через специальное пресс-кольцо щитовыми домкратами. После передвижки опалубки образуется плотная и гладкая монолитная обделка, необходимая при строительстве канализационных и гидротехнических тоннелей.

Обделка однопутного железнодорожного тоннеля подковообразного очертания с обратным сводом

Обделка однопутного железнодорожного тоннеля подковообразного очертания с обратным сводом

Особенность тоннельных обделок

Особенностью тоннельных обделок является их совместная работа с окружающим породным массивом, которая обеспечивается нагнетанием цементно-песчаных растворов в заобделочное пространство. Нагрузки, на которые рассчитывается обделка, зависят от рельефа местности, глубины заложения тоннеля, инженерно-геологических условий и методов производства работ. Они образуют основное и особое сочетания.

Нагрузки, действующие постоянно или регулярно, образуют основное сочетание, к которому относятся собственный вес обделки, горное и гидростатическое давление, а также нагрузки, действующие кратковременно (от температуры, от механизмов и оборудования, от усадки бетона и т. д.).  В особое сочетание нагрузок входят все нагрузки основного сочетания, сейсмические и от взрывных работ. Расчетные нагрузки в каждом случае принимаются для наиболее невыгодного сочетания.

Принципы расчета

Основной нагрузкой, на которую рассчитывается обделка, является горное давление, которое складывается из массы вышележащей толщи пород и гидростатического давления подземных вод. Горное давление проявляется по-разному – в зависимости от инженерно-геологических условий, параметров подземного сооружения (пролета, длины, формы), принятых способов производства работ и глубины заложения.


Крепость грунтов характеризуется коэффициентом крепости f от 0,3 (для слабых)  до 20 (для крепких) и определяется по шкале проф. М. М. Протодьяконова, который выделил 20 категорий грунтов.


Расчет тоннельной обделки выполняется на заданные нагрузки в соответствии с выбранной расчетной схемой, которая максимально отражает работу конструкции с учетом ее конструктивных особенностей, инженерно-геологических условий, принятых способов производства работ.

При проектировании уникальных больших подземных сооружений, например, станций метро, самой сложной задачей является определение основных природных факторов, влияющих на работу конструкций подземных комплексов.

Обделка однопутного железнодорожного тоннеля в скальных трещиноватых грунтах сводом, опирающимся на породу

Обделка однопутного железнодорожного тоннеля в скальных трещиноватых грунтах сводом, опирающимся на породу


Оценить комплексное действие таких факторов можно с помощью методов физического и математического моделирования, но наибольший практический интерес представляет метод моделирования с помощью эквивалентных материалов.


Метод предполагает, что для сохранения одного и того же напряженного состояния натуры и модели необходимо при уменьшении (увеличении) размеров модели в несколько раз во столько же раз увеличить (уменьшить) объемную массу материала модели. Это условие достигается подбором искусственных (эквивалентных) материалов в соответствии с требованиями теории подобия.

Данный метод моделирования с 1959 г. широко используется в лаборатории моделирования тоннелей кафедры «Тоннели и метрополитены» ПГУПС для исследования статической работы всех новых станций и тоннелей Петербургского метрополитена.

тоннели, гидроизоляция

Расскажите о нашей статье своим друзьям,
поделившись ссылкой в социальной сети

Комментарии (0)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Настоящим подтверждаю, что я ознакомлен с политикой конфиденциальности
и согласен на обработку персональных данных. Подробнее

Наверх