§ 74. СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ТОННЕЛЬНЫЕ ОБДЕЛКИ (ч. 3)

Обделка с постоянными связями растяжения. Такая обделка может быть рассмотрена на примере четырехблочной конструкции, успешно примененной на строительстве железнодорожных и гидротехнических тоннелей. Обделка наружным диаметром 8,2 м состоит из четырех блоков шириной 75 см и толщиной 50 см, связанных между собой и омоноличенных.

Разбивка кольца на блоки (рис. 246) выполнена так, что верхний блок с центральным углом 100° устанавливают в первую очередь, боковые блоки с центральным углом 80° устанавливают последовательно и, наконец, нижний блок с центральным углом 82° укладывают последним. Между торцами нижнего и прилегающих боковых блоков остаются зазоры с центральным углом 9° заполняемые впоследствии бетоном.

Для монтажа такой обделки требуется применение специального блокоукладчика (см. § 93).

Для связи между отдельными блоками из тела блоков выпускается арматура, скрепляемая разными способами.

В стыках между верхними и боковыми блоками, имеющих уступчатую форму, предусматривают выпуски петлевой арматуры, связываемой постановкой замыкающего стержня.

В нижних плоских стыках арматура имеет вид стержней, временно отгибаемых при установке блоков; связь стержней осуществляется сваркой. Все стыки омоноличиваются бетоном на глиноземистом цементе.

Для предотвращения относительных смещений отдельных колец обделки кольцевым швам в вертикальной плоскости придается уступчатая форма, благодаря чему обеспечивается совместная работа обделки как пространственной системы.

К положительным качествам обделки из крупных блоков следует отнести ее большую несущую способность, сохранность кругового очертания и небольшую протяженность швов, что характеризует такую обделку как приспособленную для больших нагрузок и обводненных условий.

Для включения в совместную работу обделки и породы как упругой среды необходимо уменьшить жесткость обделки путем снижения ее излишней конструктивной толщины. Чтобы придать обделке водонепроницаемость, необходимо принимать специальные дополнительные меры по гидроизоляции швов. Основной недостаток обделки состоит в том, что стыки между нижними боковыми блоками бетонируют на месте, что требует выдержки в течение 4 ч до передвижки щита и, следовательно, ограничивает скорость проходки. Возможны случаи поломки этих стыков при передвижках щита. Кроме того, крупные блоки требуют применения специальных подъемно-транспортных средств и в отдельных случаях увеличения сечения подходных выработок.

К числу обделок с постоянными связями растяжения относятся конструкции из так называемых фигурных блоков сплошного и ребристого сечений, в которых взаимная связь осуществляется за счет выступов и впадин, образующих пространственную перевязку швов, и заклинивающих элементов. Существует несколько разновидностей таких обделок, отличающихся по форме блоков.

В качестве примера рассмотрена конструкция обделки, составленная из однотипных фигурных блоков сплошного сечения (рис. 247).

Такая обделка (внешним диаметром 6 м) состоит из колец средней шириной 85 см. В каждом кольце предусмотрено шесть одинаковых блоков толщиной по 30 см. Блоки имеют форму «восьмерки» со ступенчатыми кольцевыми гранями и несколько скошенными — торцовыми. Вследствие этого блоки двух смежных колец входят выступами в соответствующие впадины и обеспечивают жесткость и геометрическую неизменяемость обделки.

Клиновидная форма торцовых граней блока используется для получения эффекта расклинивания кольца после заведения последнего блока в продольном направлении.

По внутреннему периметру блоков имеются фальцы глубиной 60 мм для последующей чеканки цементной замазкой. В блоках предусмотрено по два отверстия диаметром 60 мм для нагнетания растворов и по два монтажных петлеобразных захвата, приваренных к арматурному каркасу.

К достоинствам обделки может быть отнесено следующее: однотипность крупных блоков, увеличение несущей способности обделки за счет уширения блоков в стыке, обеспечение жесткости и геометрической неизменяемости обделки в монтажный период.

К недостаткам обделки относятся: необходимость обеспечения высокой точности изготовления блоков, что при их сложной конфигурации затруднительно; сложность монтажных работ вследствие отсутствия связей; невозможность применения при бесщитовой проходке, так как последний блок устанавливается путем продольного перемещения.

Шарнирно-изменяемая обделка. Опыт практического применения сборных железобетонных обделок и проверка их работы на экспериментальных стендах показывают, что несущая способность таких обделок определяется прочностью стыков. Такие обделки имеют недостаточную трещиноустойчивость, что объясняется возникновением значительных изгибающих моментов разного знака и плохой работой бетона на растяжение. Улучшить конструкцию обделки и повысить ее трещиноустойчивость можно снижением величин изгибающих моментов.

Конструктивными мероприятиями, приводящими к центрированию усилий в стыках, могут быть: придание стыкам цилиндрической формы, постановка в стыках цилиндрических шарниров, местное сужение торцовых площадок и, наконец, применение упругих прокладок (рис. 248). Второе и третье мероприятия приводят к концентрации напряжений в стыках и некоторому осложнению процессов изготовления элементов обделки и их монтажа.

Наиболее правильным решением следует признать придание торцам блоков цилиндрической формы, что снижает величину изгибающих моментов и обеспечивает удобство монтажа.

Наличие шарниров приводит к образованию моментов одного знака, что гарантирует отсутствие растяжения с внутренней стороны блоков. Благодаря этому предотвращается опасность трещинообразования в растянутой зоне и создается возможность применять любую гидроизоляцию.

Цилиндрическое сопряжение воспринимает как нормальную, так и поперечную силу при условии обеспечения от относительных смещений соседних блоков, которое может быть достигнуто применением петлеобразных связей с замыкающими штырями.

Целесообразно применение в стыках упругих прокладок с минимальным значением коэффициента Пуассона. Такие прокладки играют роль шарниров, т.е. обеспечивают возможность некоторого поворота торцов смежных блоков, более равномерно распределяют напряжения в стыках (за счет смятия прокладок без их расширения) и в то же время служат средством гидроизоляции швов.

Примером обделки с шарнирными стыками может служить так называемая унифицированная обделка для перегонных тоннелей.

Конструкция такой обделки (рис. 249) внешним диаметром 5,5 м и шириной колец 100 см в поперечном сечении состоит из семи блоков двух типов: шести нормальных и одного лоткового, образующего плоское основание шириной 219 см для двух узкоколейных путей. В замковой части помещается вкладыш. Стыкам придана цилиндрическая форма, причем разные торцы каждого блока имеют выпуклую и вогнутую поверхность. Продольные стыки в смежных кольцах укладываются без перевязки.

Все это приближает расчетную схему обделки к действительным условиям ее работы, т.е. наилучшим способом использует упругий отпор, что приводит к существенному уменьшению изгибающих моментов и повышению трещиноустойчивости до 40 тс/м² (трещиноустойчивость обделки из прямоугольных блоков с плоскими стыками 16 тс/м²).

Указанные положительные качества унифицированной обделки могут быть достигнуты точным изготовлением отдельных блоков и монтажом обделки при строгом соблюдении геометрически правильной кольцевой формы до периода обжатия нагнетенным раствором и при непременном условии обеспечения упругого отпора породы.

Для взаимной фиксации отдельных элементов в каждом продольном стыке предусмотрено по два штыря.

С целью поддержания замкнутых колец в проектном положении могут быть применены балки длиной 6—7 м, поочередно продвигаемые к забою по мере монтажа каждого кольца обделки.