§ 107. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПОДВОДНЫХ ТОННЕЛЕЙ ИЗ ОПУСКНЫХ СЕКЦИИ (ч. 1)
Подобно другим тоннельным конструкциям обделки подводных тоннелей в период от начала строительства до введения тоннеля в эксплуатацию проходят различные стадии работы, особенность которых заключается в том, что при переходе от одной стадии к другой резко изменяются внешние нагрузки, а также среда, окружающая конструкцию.
В период строительства отдельных секций в доке или на стапелях нагрузка от их собственного веса передается на опалубку и кружала, несущая способность которых определяется обычными приемами. После разборки кружал обделка сама начинает работать на эту нагрузку. Однако к этому времени материал конструкции железобетон уже набирает прочность, вполне достаточную для того, чтобы нагрузка от собственного веса не вызвала в обделке сколько-нибудь существенных деформаций.
При затоплении дока или котлована конструкция легко всплывает даже при незначительной плавучести, так как при строительстве принимаются специальные меры, исключающие необходимость отрыва нижней поверхности секции от основания. Такой способ не вызывает перегрузки элементов конструкции и не требует специальной проверки их прочности.
Совершенно необычные условия для секции возникают, если ее спускают на воду со стапелей. Например, секцию перемещают боком по двум направляющим, притормаживая ее движение лебедками. В этом случае конструкция будет работать как пространственная по схеме оболочки (рис. 380). Нагрузка от собственного веса на этой схеме условно не показана.
Упрощенные расчетные схемы в виде двухконсольной балки и рамы показаны на рис. 381. Практически упрощенный расчет является сочетанием двух расчетов: балки и рамы. Расчет балки позволяет определить продольные усилия в конструкции, а расчет рамы — поперечные усилия. Последние определяются с запасом, так как в расчетной схеме плоской рамы не учитывается совместная работа смежных сечений. Расчетные поперечные усилия должны быть увеличены умножением их на коэффициент, больший единицы, учитывающий динамический характер нагрузки, возникающей при скольжении секции понаправляющим. При перемещении готовых секций на плаву от места их сооружения до места опускания в проектное положение могут возникнуть усилия от воздействия волн. Расчет секции для этой стадии их работы выполняют по методам расчета судов.
Известно, что наиболее опасной для общей прочности плавучего сооружения является встреча с волной, равной его длине (рис. 382). В качестве расчетных рассматриваются положения на вершине (рис. 382, а) и подошве волны (рис. 382, б) при действии на конструкцию сил веса g и сил поддерживания р. Проверяют также прочность судна на «косой волне», когда его носовая и кормовая оконечности одновременно находятся на разных склонах двух соседних волн. Определение внутренних усилий в плавучем сооружении от ударов волн в его стенки выполняют по формулам динамического расчета судовых конструкций, приведенным в специальной литературе1.
В процессе опускания секции нагрузка на нее от гидростатического давления постепенно увеличивается и достигает максимума, когда секция опущена до проектной отметки. Если секция установлена на дамбе, то эта нагрузка является главной при определении несущей способности конструкции.
После засыпки тоннеля, расположенного в котловане, нагрузка на него еще возрастает. В этих условиях необходимо рассчитывать конструкцию на совместное действие гидростатического давления и давления грунта засыпки с учетом его взвешенности в воде. Подвижная нагрузка от транспорта, проходящего в тоннеле, в связи со значительным собственным весом сооружения мало влияет на статическую работу конструкции.