§ 78. СТАДИИ РАБОТЫ ТОННЕЛЬНОЙ ОБДЕЛКИ

Прочность тоннельной обделки должна быть обеспечена в наиболее неблагоприятных условиях. Поэтому в случае необходимости ее расчет производят не только в окончательной (рабочей) стадии на действие собственного веса, горного и гидростатического давления, но и в стадии монтажа, когда она подвергается действию лишь собственного веса и веса опирающегося на нее оборудования (в первую очередь тележки укладчика).

Вес укладчиков современных конструкций передается обычно на лоток обделки и через него непосредственно на породу, не вызывая в обделке существенных усилий. Поэтому в монтажной стадии учитывают, как правило, лишь собственный вес обделки. Если опорные точки тележки укладчика расположены на повышенном уровне, необходимо учитывать нагрузку от ее веса, распределяющуюся на несколько колец обделки. В этом случае может потребоваться постановка монтажных стяжек диаметром 45—50 мм со стяжными муфтами для ограничения деформаций обделки (рис. 263, а).

Расчетная схема обделки в монтажной стадии
Рис. 263. Расчетная схема обделки в монтажной стадии

Наиболее эффективны стяжки на уровне горизонтального диаметра обделки, однако наличие тележки укладчика, занимающей среднюю часть сечения тоннеля, вынуждает прибегать к постановке верхних стяжек на уровне, соответствующем центральному углу 60—70°. При всех условиях следует стремиться, чтобы дополнительная нагрузка от веса оборудования не вызывала утяжеления конструкции обделки. Поэтому необходимо скорейшее нагнетание за обделку гравия или цементно-песчаного раствора для заполнения имеющегося за ней зазора. Целесообразно размещение укладчика на щите, облегчающее работу обделки в монтажной стадии.

Железобетонные обделки, как правило, не имеют связей растяжения и под действием собственного веса изменяют очертание. Они опираются в нижней части на контур выработки через подкладки и клинья, а выше горизонтального диаметра поддерживаются выдвижными балками тележки укладчика. Поэтому их вес прибавляют к вертикальной нагрузке от горного давления, на которую производят расчет сразу в рабочей стадии.

Чугунную тюбинговую обделку собирают на оболочке щита или непосредственно на контуре выработки; вследствие наличия в продольных стыках болтовых связей она работает под действием собственного веса как свободное упругое кольцо, опирающееся на основание по дуге круга (рис. 263, б). Центральный угол 2α дуги опирания принимают соответствующим нижнему тюбингу, уложенному симметрично относительно оси обделки.

Усилия в сечениях кольца от собственного веса определяют по формулам:

при 0 < Θ < π – α

Усилия в сечениях кольца от собственного веса
(197)

при Θ = π

Усилия от собственного веса в сечениях кольца
(198)

где ; G — вес 1 пог. м обделки тоннеля, тс; r — расчетный радиус обделки, м.

Нагнетание за обделку фиксирует напряженное состояние конструкции, от собственного веса и включает в работу нагрузки от горного, а после герметизации — и от гидростатического давления. Поэтому усилия в сечениях обделки в рабочей стадии суммируют с усилиями от собственного веса в монтажной стадии. Обделка должна иметь прочность, достаточную для восприятия суммарных усилий.

В рабочей стадии расчетная схема обделки определяется конструкцией стыков между элементами кольца. При наличии связей, препятствующих раскрытию стыков, обделку можно рассматривать как упругое кольцо с осью, сохраняющей после деформации плавное очертание. К таким обделкам, кроме обделок из чугунных тюбингов с двумя рядами болтов в продольных стыках, относится также монолитная обделка из прессованного бетона.

При отсутствии между элементами кольца связей, препятствующих раскрытию стыков, в них образуются переломы оси, что характерно для сборных железобетонных обделок. Такая обделка представляет собой многошарнирную конструкцию, условием геометрической неизменяемости которой является ее совместная работа с окружающей породой. В расчетном отношении обделку рассматривают как шарнирно-стержневую цепь на упругом основании.

В дальнейшем связи, препятствующие раскрытию стыков обделки, названы связями растяжения.

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены