Устройство для сопряжения двух разных по диаметру обделок подземных сооружений тоннелей метрополитена

Изобретение относится к области строительства, к тюбинговой крепи тоннелей подземных выработок, а более конкретно, к устройству для сопряжения чугунных тюбинговых обделок тоннелей разного наружного диаметра и может бать использована при строительстве подземных сооружений метрополитенов, железнодорожных и автомобильных магистралей.

Известна тюбинговая крепь шахтных стволов, включающая тюбинги, уложенные в тюбинговую колонну, при этом к бортам тюбингов прикреплены прокладки для гидроизоляции крепи (пат. ФРГ №1253746, кл. 19F 5/04, 1967 г.). Эта креп имеет сложную конструкцию гидроизоляционных швов, включающую кроме сплошных прокладок, приклеиваемых к бортам тюбинга, еще и водонепроницаемый шнур, ввариваемый в специальные пазы в тюбингах.

Известны чугунные обделки больших поперечных сечений стволов (тоннелей) овальной или условно круглой формы, собираемые из тюбинговых чугунных обделок малого диаметра с установкой между тюбингами для увеличения размера поперечного сечения чугунных прокладок (В.П. Волков и др. Тоннели и метрополитены. М.: Транспорт, 1975, с. 252 или И.В. Баклашов, Б.А. Картозия. Механика подземных сооружений конструкций крепей. М.: Недра, 1984, с. 260-26). Такая конструкция тюбинговой обделки требует наличие сложной и дорогостоящей технологической оснастки при изготовлении тюбинговых сегментов и усложняет процесс сборки тюбинговой крепи.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому устройству для сопряжения двух разных по диаметру тоннелей (прототипом) является изобретение по пат. РФ №2436959, кл. Е21Д 5/10, опубл. 20.06.2011 г., бюл. №17, в котором представлено тюбинговое кольцо для крепления вертикальных стволов горнах выработок, состоящее из соединенных между собой нормальных, смежных и ключевого тюбингов посредством болтовых скреплений с гидроизоляционными и прижимными шайбами, при этом каждый из тюбингов выполнен в виде литого чугунного сегмента с гладкой снаружи спинкой и замкнутыми по контуру радиальными и параллельными бортами.

К основному не достатку известного устройства следует отнести ограниченность его использования (только при создании вертикальных шахтных стволов) и не возможность применения при строительстве тонне лей метрополитена или железнодорожных и автомобильных тоннелей, так как не обеспечивается при этом равно прочность тюбинговых колец в горизонтально расположенных тоннелях, что существенно снижает несущую способность всей тюбинговой обделки.

Достигаемым при использовании предлагаемого изобретения техническим результатом является обеспечение удобства и точности монтажа переходного тюбингового кольца и равно прочности всей тюбинговой обделки в горизонтальных тоннелях, увеличение жесткости стыков тюбингов в кольце и увеличение несущей способности и жесткости подземного сооружения в целом.

Технический результат достигается тем, что устройство для сопряжения двух разных по диаметру обделок тоннелей подземных сооружений метрополитена, включающее в себя чугунную обделку 2-х стыкуемых тоннелей, собранную из ряда соединенных между собой чугунных тюбинговых колец с герметизирующими и крепежными элементами снабжено переходным тюбинговым кольцом в виде усеченного конуса, большее по диаметру основание которого выполнено по форме цилиндрического кольца, прикрепленного посредством болтовых скреплений к чугунному тюбинговому кольцу тоннеля большего диаметра, а меньшее по диаметру основание также в форме кольца, посредством болтовых скреплений соединено с чугунной обделкой тоннеля меньшего диаметра ответной части тоннеля. Переходное коническое тюбинговое кольцо выполнено из тонкостенных чугунных сегментов, каждый из которых состоит из конической спинки, двух радиальных бортов с отверстиями для сборки сегментов в кольцо, двух параллельных бортов с отверстиями под болты для сборки с кольцами большего и меньшего диаметров и 3-х ребер жесткости треугольной формы, для соединения параллельных бортов между собой, причем один параллельный борт сегмента переходного тюбингового кольца геометрически подобен форме борта тюбингового кольца тоннеля большего диаметра, а второй параллельный борт сегмента переходного тюбингового кольца подобен геометрической форме борта тюбингового кольца тоннеля меньшего диаметра.

Наличие переходного тюбингового кольца, выполненного в виде усеченного конуса, большее по диаметру основание которого выполнено по форме цилиндрического кольца, прикрепленного посредством болтовых скреплений к чугунному тюбинговому кольцу тоннеля большего диаметра, а меньшее по диаметру основание в форме кольца, посредством болтовых скреплений соединено с чугунной обделкой тоннеля меньшего диаметра ответной части тоннеля позволяет обеспечить плавный переход тоннеля с одного диаметра на другой при высоких эксплуатационных качествах такого стыкового соединения.

Выполнение переходного тюбингового кольца из тонкостенных чугунных сегментов, каждый из которых состоит из конической спинки, двух радиальных бортов с отверстиями для сборки сегментов в кольцо, двух параллельных бортов с отверстиями под крепеж и трех ребер жесткости треугольной формы, соединяющих параллельные борта между собой дает возможность обеспечить требуемую геологическими условиями проходки жесткость и прочность переходного кольца.

Выполнение одного параллельного борта чугунного сегмента переходного тюбингового кольца геометрически подобного форме борта тюбингового кольца тоннеля большего диаметра, а второго параллельного борта чугунного сегмента переходного тюбингового кольца подобного геометрической форме борта тюбингового кольца тоннеля меньшего диаметра обеспечивает плавный переход тоннельной обделки между кольцами разного диаметра при обеспечении надежного соединения этих колец.

Наличие в конической спинке каждого чугунного сегмента переходного тюбингового кольца тампонажного отверстия дает возможность закачивать бетонную упрочняющую смесь в пространство между тюбинговым кольцом и проходческим тоннелем.

Предлагаемое устройство для сопряжения двух разных по диаметру обделок тоннелей подземных сооружений метрополитена иллюстрируется чертежами, на которых изображено:

- на фиг. 1 - общий вид устройства в сборе (сопряжение 2-х разных по диаметру тоннелей);

- на фиг. 2 - вид А на фиг. 1;

- на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 1;

- на фиг. 4 - вид В на фиг. 3 (чугунный сегмент);

- на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 4;

- на фиг. 6 - вид Е на фиг. 4;

- на фиг. 7 - вид чугунного сегмента (тюбинга) в формате 3D.

Заявляемое устройство для сопряжения двух разных по диаметру обделок тоннелей подземных сооружений метрополитена включает чугунную обделку двух стыкуемых тоннелей 1 и 2 различного диаметра, собранную из ряда соединенных между собой металлических тюбинговых колец 3 и 4, герметизирующие и крепежные элементы (на чертежах условно не обозначены), снабжено переходным тюбинговым кольцом 5 в виде усеченного конуса, большее основание которого выполнено по форме цилиндрического кольца 6, прикрепленного посредством болтовых скреплений к чугунному тюбинговому кольцу тоннеля 1 большего диаметра D, а меньшее по диаметру основание в форме кольца, посредством болтовых скреплений соединено с чугунной обделкой тоннеля 2 меньшего диаметра d ответной части тоннеля.

При этом переходное тюбинговое кольцо 5 выполнено из тонкостенных чугунных сегментов 8, состоящих каждый из конической спинки 9, двух радиальных бортов 10 с отверстиями 11 для сборки сегментов в кольцо, двух параллельных бортов 12 и 13 с отверстиями 14 под крепеж и трех ребер жесткости 15 треугольной формы, соединяющих параллельные борта 12 и 13 между собой. Причем один параллельный борт 12 сегмента 8 переходного тюбингового кольца 5 геометрически подобен форме основания тюбингового кольца 3 тоннеля 1 большего диаметра D, а второй параллельный борт 13 сегмента 8 переходного тюбингового кольца 5 подобен геометрической форме основания тюбингового кольца 4 тоннеля 2 меньшего диаметра d.

В конической спинке 9 каждого чугунного сегмента 8 образовано тампонажное отверстие 16, закрываемое тампонажной резьбовой заглушкой (на чертеже условно не обозначено).

Предлагаемая конструкция устройства для сопряжения двух разных по диаметру обделок тоннелей подземных сооружений метрополитена позволяет обеспечить в труднодоступных местах удобство и точность монтажа переходного тюбингового кольца, равно прочность всей тюбинговой чугунной обделки в горизонтальных тоннелях метрополитена, а также увеличить сущую способность и жесткость подземного сооружения в целом.