§ 74. СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ТОННЕЛЬНЫЕ ОБДЕЛКИ (ч. 1)

Полная или частичная замена металла в тоннелестроении сборным железобетоном является важной проблемой, которая поставлена перед строителями решениями партии и правительства. Успешное разрешение этой проблемы дает большую экономию металла, позволяет сократить расход лесных материалов, повысить производительность труда и темпы строительства. Этими задачами определяется главное направление индустриализации методов строительства.

Отдельные попытки замены чугуна железобетоном в тоннельном строительстве имели место и в ранний период метростроения. Широкому распространению сборного железобетона мешала недостаточная разработанность расчетных и конструктивных приемов для рационального проектирования, отсутствие практических данных по гидроизоляции, способам монтажа и т.п.

Технология изготовления. Вопросы технологии изготовления высокопрочных бетонов (марки 200—600 кгс/см²) нашли свое разрешение при переходе на уплотненные жесткие смеси. Последние имеют по сравнению с пластичными смесями ряд важных преимуществ: быстрый рост прочности во времени, возможность получать бетон, прочность которого выше активности цемента, большая плотность и лучшие механические показатели, экономия цемента до 25%. Для получения всех этих качеств применяют механические средства уплотнения — эффективное вибрирование, виброштампование и вакуумирование.

Недостаток применения жестких смесей при интенсивном виброуплотнении — образование микротрещин на контакте с арматурой вследствие взаимного сдвига фаз внутренних колебаний арматурного каркаса и смеси. По этим трещинам может просачиваться вода.

Наиболее эффективно применение жестких смесей в сочетании с горячекатаной арматурой периодического профиля классов A-II, А-III. Надежное анкерование арматуры позволяет использовать ее в железобетонных конструкциях без устройства крюков на концах стержней, что упрощает заготовку арматуры и снижает расход стали.

При изготовлении железобетонных элементов обделок на заводах используются современные технические средства, позволяющие применять механизированные технологические линии.

Основой технологии изготовления железобетонных элементов является матричный способ формования с быстрым снятием формы. Бетонную смесь укладывают в форму с установленным в ней арматурным каркасом, располагаемую на виброплощадке, разравнивают и устанавливают поддон.

После кратковременного вибрирования и поворота форм на 180° поддоны с изделиями переносят мостовым краном в отделение предварительного твердения и, обильно увлажняя, выдерживают там в течение 16 ч. Затем изделия без поддонов помещают в камеру вызревания, где они обильно увлажняются при постоянной температуре 20° С. В камере вызревания изделия находятся в течение шести-семи суток.

Прочность железобетонных изделий, полученных описанным способом, достигает 450—600 кгс/см².

Сменная производительность одной технологической линии при четырех формах — 35 элементов обделки.

Вакуумирование как средство отсоса паровоздушной смеси из бетонной массы в процессе изготовления блока практически не обеспечивает его водонепроницаемости.

Для получения плотной структуры бетона более рационально применение виброударного пригружающего устройства. Его применение позволяет повысить жесткость бетонной смеси, снизить расход цемента и предотвратить образование пустот на спинке блока. Водонепроницаемость бетона может быть повышена также за счет улучшения его структуры введением специальных добавок на основе глиноземистых шлаков. Для той же цели служит водный экран в процессе тепловой обработки, что приводит к уменьшению пор и трещин, появляющихся при испарении воды из бетонной смеси. Водный экран создают заполнением форм с блоками водой да верха, что целесообразно при любой технологии изготовления блоков.

Другое направление в технологии изготовления железобетонных элементов основано на применении пластичных бетонных смесей и принудительном отжатии излишков воды центробежным способом.

К числу важных задач при создании рациональной конструкции сборной железобетонной обделки относится сокращение до минимума отклонений геометрической формы и размеров обделки от проектных. Причина отклонений заключается в неточности изготовления элементов конструкции и в принятом способе работ.

При обычном способе монтажа (без обжатия) влияние первого фактора сравнительно невелико. Основное влияние оказывает технология монтажа. При сооружении тоннеля с обжатием обделки в породу (см. § 75) влияние конструктивных размеров блоков возрастает, поэтому необходима повышенная точность геометрических размеров форм. Этим требованиям удовлетворяет полуглухая форма (рис. 241) с откидными кольцевыми и неподвижными продольными бортами и их плотным соединением при большем сроке выдержки в ней уплотненной бетонной смеси до расформовывания.

Классификация сборных железобетонных обделок. Сборные железобетонные обделки могут быть классифицированы по трем признакам: А — по роду связей в продольных стыках; Б — по характеру взаимодействия с окружающей породой и В — по конструктивному решению рабочих сечений элементов обделки.

А — обделки без связей растяжения, с временными связями, с постоянными связями.

Б — обделки шарнирно-изменяемые, предварительно обжимаемые.

В — элементы сплошного сечения, ребристого, комбинированного.

Некоторые разновидности сборных железобетонных обделок рассмотрены на конкретных примерах. Основная задача при проектировании таких обделок состоит в том, чтобы разгрузить стыки в наиболее напряженной зоне обделки — в своде и повысить тем самым несущую способность обделки, определяемую прочностью стыков. Стыки в сборных железобетонных обделках целесообразно располагать в местах с нулевыми моментами.

Обделка без связей растяжения. Эта конструкция показана на примере перегонных тоннелей Киевского метрополитена первой очереди строительства (рис. 242). Кольцо такой обделки состоит из семи блоков сплошного прямоугольного сечения трех типов — нормальных, смежных и ключевого. Разбивка на элементы выполнена так, что четырем нормальным блокам соответствуют центральные углы по 60°, а двум смежным и ключевому вместе — 120°. Такая разбивка позволяет видоизменять состав элементов кольца в зависимости от способа проходки.

При щитовой проходке в состав кольца входят блоки всех трех разновидностей, а при бесщитовой — шесть нормальных блоков. Возможность сборки однотипных блоков в последнем случае обеспечивается перебором породы над замковой частью обделки на 15—20 см. Кольца обделки имеют перевязку продольных стыков на половину длины нормального блока.

В конструкции блоков имеются полуцилиндрические пазы-канавки 2 (см. рис. 242) радиусом 3,5 см, располагаемые посередине высоты радиальных и кольцевых граней. Чтобы обеспечить точность укладки блоков, в пазы-канавки предварительно устанавливают отрезки стальной трубы (d = 6,4 см: l = 40 см), заполненные цементным раствором. Эти отрезки выполняют роль фиксирующих шпонок 1. В верхней части кольца такие шпонки удерживают ключевой блок, имеющий взаимно параллельные продольные грани.

Кольцевой паз, заполняемый впоследствии цементным раствором, играет роль своеобразной шпонки. Для нагнетания в каждом блоке имеется по два отверстия 3, связанных с пазами, и по два отверстия для нагнетания раствора за обделку. По внутреннему периметру блоков имеются чеканочные канавки 5 глубиной 5—6 см.

Арматурные каркасы железобетонных блоков — сварные из стальных стержней периодического профиля диаметром 16 мм и круглого профиля диаметром 6—10 мм с петлевыми выпусками 4 арматурной стали, приваренными к основному каркасу.