Результат интеллектуальной деятельности: ОБДЕЛКА ТОННЕЛЯ

Изобретение относится к области строительства подземных сооружений, в частности тоннеле- и метростроения и может быть использовано при проектировании их обделок в грунтах, обладающих упругим отпором и коэффициентом крепости по Протодьяконову от 1 и выше.

Известна обделка тоннеля (Справочник инженера-тоннельщика / Г.М. Богомолов, Д.М. Голицынский, С.И. Сеславинский и др. Под ред. В.Е. Меркина, С.Н. Власова, О.Н. Макарова. - М.: Транспорт, 1993. - рис. 8.2, б, с. 64). Обделка тоннеля, выполненная из монолитного бетона, разработана институтом Ленметрогипротранс для различных грунтовых условий, грунтов различной прочности и устойчивости. Толщина сводов и стен составляет 60-105 см.

Недостатком данной конструкции является большой объем бетонной кладки, необходимость временного крепления для восприятия горного давления в период твердения бетона и низкая стойкость против действия агрессивных подземных вод.

Известна обделка тоннеля, содержащая примыкающие непосредственно к поверхности выработки первичную монолитную бетонную крепь и далее последовательно гидроизоляцию и основную монолитную железобетонную крепь (Патент RU 103568 U1, МПК E21D 11/00. Конструкция обделки тоннеля / Заявлено 03.12.2010; Опубликовано 20.04.2011. Бюл. №11). Технический результат полезной модели заключается в создании тоннельной обделки, позволяющей учитывать временную набрызгбетонную крепь в составе обделки, что ведет к снижению расхода материалов. Кроме того, обделка содержит технологичную напыляемую гидроизоляцию.

Недостатком конструкции является значительный расход арматуры на устройство обделки тоннеля.

Целью предлагаемого изобретения является снижение расхода арматуры на устройство обделки тоннеля.

Указанная цель достигается тем, что обделка тоннеля содержит примыкающие непосредственно к поверхности выработки первичную бетонную крепь и далее последовательно гидроизоляцию и основную монолитную железобетонную крепь. Основная монолитная железобетонная крепь содержит семь шарниров, расположенных соответственно в центре свода (один), в основании свода (два) и в его промежуточной части (четыре). Шарниры выполнены в виде закладных элементов-перегородок из винипласта, полностью пересекающих толщину основной монолитной железобетонной крепи, причем закладные элементы-перегородки выполнены с обеими криволинейными поверхностями разного радиуса выпуклостью в одну сторону с минимальной толщиной в центре. Со смежными железобетонными участками основной монолитной железобетонной крепи закладные элементы-перегородки зафиксированы стальными стержнями, пересекающими перпендикулярно их поверхность и расположенными на продольной оси основной монолитной железобетонной крепи. Кроме того, основные параметры элемента-перегородки определяются следующими соотношениями:

R₁=0,92b, м;

R₂=0,8b, м;

б=0,01 м;

где: R₁ и R₂ - радиусы кривизны закладного элемента-перегородки, м;

b - ширина закладного элемента-перегородки, м;

б - толщина закладного элемента-перегородки в середине продольного сечения профиля обделки, м.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 представлен разрез обделки тоннеля;

на фиг. 2 приведена конструкция шарнира в виде закладных элементов-перегородок из винипласта;

на фиг. 3 показано сечение закладного элемента-перегородки.

Кроме того, в Приложении к описанию заявки на изобретение «Тоннельная обделка» даны подробные пояснения о работе тоннельной обделки.

Обделка тоннеля (фиг. 1) содержит примыкающие непосредственно к поверхности выработки первичную бетонную крепь 1, которая может быть выполнена методом набрызгбетона с ускорителями схватывания, и далее последовательно гидроизоляцию 2, выполняемую способом напыления, и основную монолитную железобетонную крепь 3. Основная монолитная железобетонная крепь, выполняемая методом набрызгбетона, содержит семь шарниров 4, расположенных соответственно в центре свода (один), в основании свода (два) и в его промежуточной части (четыре). Шарниры 4 (см. фиг. 2) выполнены в виде закладных элементов-перегородок из винипласта, полностью пересекающих толщину b основной монолитной железобетонной крепи 3, причем закладные элементы-перегородки (фиг. 3) выполнены с обеими криволинейными поверхностями разного радиуса R₁ и R₂ выпуклостью в одну сторону с минимальной толщиной в центре. Со смежными железобетонными участками основной монолитной железобетонной крепи 3 закладные элементы-перегородки зафиксированы стальными стержнями 5, пересекающими закладные элементы-перегородки перпендикулярно их поверхности и расположенными на продольной оси основной монолитной железобетонной крепи 3.

Обделка тоннеля работает следующим образом.

Примыкающая непосредственно к поверхности выработки первичная бетонная крепь 1 предохраняет потерю прочности разработанного грунта от воздействия атмосферного воздуха, снижая тем самым горное давление на крепь, защищает работающих от выпадения камней на начальной стадии устройства обделки и выполняет роль выравнивающего слоя для нанесения гидроизоляции. Гидроизоляция 2, наносимая на первичную крепь, защищает от проникновения подземных вод внутрь тоннеля и увеличивает долговечность элементов обделки. Основная монолитная железобетонная крепь 3 содержит шарниры 4, которые делят ее на блоки. Шарниры 4 размещены в местах экстремальных значений изгибающих моментов, превращают расчетную схему из неразрезной в многошарнирную разрезную, изменяя напряжения и деформации в обделке таким образом, когда в ней минимизированы изгибающие моменты, а нормальные силы действуют максимально вдоль сечения, что позволяет всему сечению обделки работать только на сжатие. Смежные участки основной монолитной железобетонной крепи 3 фиксируются стальными стержнями 5.

В предлагаемом техническом решении имеются следующие существенные признаки:

- введение в конструкцию монолитной обделки тоннеля системы шарниров;

- первичная монолитная крепь;

- слой гидроизоляции;

- основная монолитная железобетонная крепь;

- шарниры.

Введение в конструкцию монолитной обделки тоннеля системы шарниров делает ее разрезной многошарнирной, обнуляет в точках шарниров моменты и тем самым изменяет эпюру изгибающих моментов и других внутренних усилий неразрезной расчетной схемы таким образом, когда большая часть сечений расчетной схемы с шарнирами находится в сжатом состоянии, а бетон полностью работает на сжатие по всему сечению и минимизирует нагрузку на арматуру, тем самым снижая ее расход.

Первичная монолитная крепь, выполненная сразу после разработки захватки тоннеля, когда горное давление невелико, предохраняет потерю прочности разработанного грунта от воздействия атмосферного воздуха, защищает работающих от выпадения камней на начальной стадии устройства обделки, исполняет роль выравнивающего слоя для нанесения гидроизоляции и совместно с основной монолитной крепью воспринимает часть горного давления.

Слой гидроизоляции защищает основную монолитную крепь и шарниры от воздействия подземных вод, сохраняет их работоспособность и увеличивает долговечность.

Основная монолитная железобетонная крепь является несущим элементом обделки, воспринимающим горное давление. Бетон обделки в многошарнирной схеме полностью работает на сжатие по всему сечению и минимизирует нагрузку на арматуру, тем самым снижая ее расход.

Шарниры разделяют основную монолитную железобетонную крепь на блоки, обнуляя изгибающие моменты таким образом, когда большая часть сечений расчетной схемы с шарнирами находится в сжатом состоянии.

Перечисленные существенные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения заявляемого технического результата - снижение расхода арматуры на устройство монолитной обделки тоннеля и отражены в формуле полезной модели.

Эффективность предлагаемого технического решения заключается в снижении расхода арматуры на устройство монолитной обделки тоннеля.

Рациональная область применения – в тоннеле- и метростроении и может быть использовано при проектировании их обделок в грунтах, обладающих упругим отпором и коэффициентом крепости по Протодьяконову от 1 и выше.