§ 75. ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОБЖИМАЕМЫЕ СБОРНЫЕ ОБДЕЛКИ (ч. 1)

Общие сведения. Предварительно обжимаемые сборные обделки первоначально применялись при строительстве напорных гидротехнических тоннелей Их главное назначение сводилось к повышению работоспособности обделки на внутреннее давление воды, так как при достаточном предварительном напряжении в обделке не происходит раскрытия стыков и образования трещин благодаря чему достигается водонепроницаемость обделки.

Предварительное напряжение сборных обделок транспортных тоннелей имеет цель создать обделки рациональной конструкции.

К числу положительных факторов предварительного напряжения могут быть отнесены: принудительное закрытие начальных зазоров в продольных стыках- уплотнение гидроизоляции в продольных стыках благодаря ее защемлению между торцами элементов обделки; геометрическая неизменяемость обделки в монтажный период; предохранение обделки от трещин растяжения; снижение расхода бетона и арматурной стали.

Обжатие нагнетаемым за обделку раствором. Сущность этого способа заключается в применении наружной бетонной облицовки и внутренней сборной железобетонной обделки. Назначение первой — выровнять и уплотнять поверхность выработки с целью создания полости правильной цилиндрической формы. Внутренняя сборная железобетонная обделка несколько меньшего диаметра имеет наружные ребра 6 и шипы 4 опирающиеся на монолитную обделку 1 (рис. 250). Высота ребер и шипов обеспечивает зазор 2 между наружной и внутренней обделками (3 см). Через отверстия 5 в блоках 3 в этот кольцевой зазор нагнетается цементный раствор под давлением до 13 кгс/см².

Сжимающие напряжения σ (кгс/см²), возникающие вследствие обжатия обделки, могут быть определены из выражения

,

(179)

где q — давление нагнетаемого раствора, кгс/см²; R — наружный радиус обделки, см; h — толщина обделки, см.

Произведенные испытания доказали принципиальную возможность применения этого метода предварительного напряжения обделки и выявили его некоторые недостатки. К ним относится необходимость наружной бетонной облицовки и вероятность уменьшения давления раствора на обделку вследствие его утечки и усадки в период твердения. Величина утечки может быть различной, что приводит к неравномерному давлению по контуру обделки. Местами утечки раствора могут быть зазоры между блоками, трещины в монолитной обделке, кольцевой зазор.

На потерю степени предварительного обжатия обделки влияет усадка раствора, ползучесть бетона наружной обделки и породы. Очевидно, что в каждом конкретном случае эффект от влияния указанных факторов различен и требует экспериментальной проверки.

К достоинствам метода предварительного напряжения обделки следует отнести отсутствие дополнительных затрат металла.

Обжатие при помощи стальных обручей, домкратов и муфт. Другой способ предварительного напряжения обделки основан на применении стальных обручей и домкратов. В этом случае обделку (рис. 251, а) формируют из прямоугольных блоков 1, по наружной поверхности которых помещают стальной обруч 2. Гидравлические домкраты 4 для натяжения обручей располагают на уровне горизонтального диаметра в окнах между блоками каждого кольца. Такая обделка может быть применена при щитовой проходке, так как ее монтаж может быть выполнен внутри оболочки щита.

Последовательность монтажа обделки: укладка блоков внутри обруча, предварительно закрепленного под оболочкой щита, с одновременной установкой двух гидравлических домкратов (Р = 30÷50 тс), натяжение обручей с последующей передачей давления на вкладыши 3 и удалением домкратов с омоноличиванием гнезд.

Натяжение бандажей можно создать стягиванием блоков к центру кольца при помощи стяжных муфт 6 (рис. 251, б). Бандаж 5 представляет собой пучок арматуры из высокопрочной проволоки с анкером на конце. Бандажи могут быть натянуты двумя способами: только муфтами 6 или муфтами (предварительное натяжение) и гидравлическими домкратами (окончательное натяжение). Окна между блоками должны быть усилены стальными рамками 7. Такой способ может быть принят при проходке без щита.

При щитовой проходке для предварительного напряжения обделки рационально использовать щитовые домкраты. Такой способ может быть применен к обделке с наружными обручами из высокопрочной проволоки, напрягаемой при помощи вдавливания одного или нескольких клиновидных блоков.

В качестве примера приведена (рис. 252) конструкция обделки, состоящая из трех клиновидных 3 и шести однотипных 2 блоков шириной 100 см, имеющих с одной стороны плоский торец, а с другой — вогнутый и скошенный в соответствии с уклоном продольного торца смежных клиновидных блоков.

Обручи из высокопрочной проволоки 1 диаметром 5 мм прочностью R_p  = 17 000 кгс/см² состоят из 25 витков, размещаемых по внешней поверхности блоков в канавках-пазах.

После монтажа блоков внутри обручей, предварительно закрепленных на подвесках 5 в оболочке 4 щита, вдавливают клиновидные блоки домкратами щита при его передвижении и тем самым напрягают наружные обручи.

Приведенные конструктивные и производственные решения предварительного обжатия сборных обделок следует рассматривать лишь как первое приближение к решению поставленной задачи.