Конструкции тоннелей - Строительство тоннелей

Несмотря на широкое применение конструкций тоннелей из монолитного железобетона, полное вытеснение из строительного процесса сборного и сборно-монолитного железобетона представляется нецелесообразным. Сборные конструкции имеют целый ряд неоспоримых преимуществ перед монолитными, особенно при строительстве протяженных ("линейных") сооружений, имеющих постоянные форму и размеры поперечного сечения на всем протяжении. Это гарантированное заводское качество изготовления, подтвержденное строгим технологическим контролем, быстрота возведения, моментальное вступление конструкции в работу. При наличии сплошной наружной гидроизоляции и надежных деформационных швов отрицательное влияние стыков сборных элементов на работу конструкции несущественно.

Как свидетельствует современный опыт транспортного строительства, применение наряду с монолитным сборного железобетона при соответствующих условиях (наличие вблизи места строительства завода ЖБК, благоприятные условия транспортирования и монтажа сборных элементов) дает существенный технико-экономический эффект, сокращая сроки и стоимость строительства.

Во многих странах успешно применяют крупноблочные тоннельные обделки из железобетонных элементов повышенной водонепроницаемости с упругими уплотнителями в стыках. Такие блоки массой до 20 т использовали на строительстве подводных тоннелей под Суэцким каналом в АРЕ, под Токийской бухтой в Японии, под р. Эльбой в Германии, на ряде тоннелей метрополитена, в том числе в г. г. Москве и Казани и закрытой части автотранспортного тоннеля глубокого заложения в районе Лефортово по трассе Третьего транспортного кольца в г. Москве [11,12].

Обделка Лефортовского тоннеля глубокого заложения на участке щитовой проходки длиной 2,21 км выполнена в виде колец наружным диаметром 13,75 м и внутренним - 12,35 м. Каждое кольцо состоит из крупных железобетонных блоков толщиной 0,7 м, шириной2 м и массой 18 т (рис. 4). Блоки изготовлены из высокопрочного (В55) и водонепроницаемого бетона в специальных формах, обеспечивающих точность геометрических размеров ±2 мм.

конструкция тоннеля глубокого заложения в районе лефортово

Рис. 4 Конструкция тоннеля глубокого заложения в районе Лефортово: 1 - сборные железобетонные блоки; 2 - монолитные опорные тумбы; 3 - монолитная плита проезжей части

Радиальные стыки между блоками плоские, а кольцевые имеют выступы и пазы. Для связи блоков между собой по кольцевым и радиальным граням предусмотрены временные болты, которые демонтируют после монтажа очередного кольца обделки.

Для повышения жесткости обделки предусмотрена перевязка швов соседних колец. В качестве гидроизоляции обделки используют два контура уплотнительных прокладок из эластомера.

Аналогичную обделку применяют на строительстве двухъярусного автотранспортного тоннеля под Серебряноборским лесничеством в г. Москве.

Обделка подводного тоннеля под Токийской бухтой в Японии состоит из сборных железобетонных колец наружным диаметром 13,9 м, толщиной 0,65 м и шириной 1,5 м. Связь между блоками обеспечивается длинными болтами в кольцевом и радиальном направлениях. Для компенсации возможных деформаций во время землетрясений в точках соединения обделки со стволом тоннеля установлены гибкие блоки. Сборная обделка рассчитана на все действующие нагрузки от грунта, воды и сейсмических воздействий. Для предотвращения всплытия тоннеля предусмотрена вторичная обделка из монолитного железобетона толщиной 0,35 м.

Для изготовления блоков, работающих в условиях агрессивного воздействия морской воды, был применен бетон высокой прочности и минимальной водопроницаемости на основе доменных шлаков. Блоки испытывали па уменьшенных и полноразмерных моделях с микроскопическим исследованием структуры бетона.

Примером успешного применения крупногабаритных сборных железобетонных конструкций может служить строительство участка тоннеля Майко в Японии [13]. Тоннель расположен в г. Кобе по трассе автомагистрали Хонсю - Сикоку и рассчитан на шестиполосное движение транспортных средств в обоих направлениях. Длина тоннеля 3,3 км, площадь поперечного сечения - 150 м2.

Южный участок тоннеля длиной 232 м, проходящий по плотно застроенной городской территории, сооружен открытым способом. Площадь над тоннелем в настоящее время используется под муниципальный парк. С целью минимизации сроков строительства, сокращения трудозатрат, снижения шума и вибрации, обеспечения безопасности работ применили новое конструктивно-технологическое решение: преднапряженные арочные конструкции из сборного железобетона с омоноличенными стыками.

Двухсводчатая арочная конструкция с центральным пилоном, толщина которого изменяется от 0,6 до 2,95м, расположена на глубине 1,5 м от поверхности земли. Лотковая часть и стены тоннеля выполнены из монолитного железобетона, а сводчатое перекрытие - из сборных железобетонных элементов: двух бесшарнирных арок с омоноличенными стыками в замковом и пятовом сечениях в местах соединения со стенами и пилоном. Общий вид конструкции тоннеля приведен на рис. 5.

Использование сборного железобетона оправдано, в частности, тем, что на протяжении всего 232-метровогоучастка размеры и форма тоннеля не меняются. Введение преднапряжения в стыках позволило снять концентрацию напряжений в углах и других сечениях свода, где имеет место резкое изменение размеров, и уменьшить деформации конструкции. Такая обделка характеризуется также повышенной сейсмостойкостью.

Блоки арочного перекрытия изготовлены из бетона класса по прочности на сжатие В45, что позволило снизить их массу и лучше воспринимать усилия предварительного натяжения арматуры.

общий вид двухсводчатой конструкции

Рис. 5 Общий вид двухсводчатой конструкции: 1 - сборные железобетонные полуарки; 2 - монолитный железобетон; 3 - пилон; 4 - лоток;5 - стена

Поскольку монолитные пилоны воспринимают усилия преднапряжения в верхней части, их выполняли из бетона класса В30, а для лотковой плиты использовали бетон класса В24.Преднапрягаемая арматура имела расчетные сопротивления 930 и 1080 Н/мм2,а ненапрягаемая - 345 Н/мм2.

Строительство участка тоннеля вели в открытом котловане по поточной схеме. Сборные железобетонные блоки были изготовлены с использованием жестких стальных опалубочных форм и арматурных каркасов и доставлены на стройплощадку трейлерами. Монтаж блоков выполняли гидравлическим гусеничным краном. По мере монтажа производили инструментальный контроль за деформациями конструкций. Арочные элементы устанавливали на временные подмости, удерживая их до обжатия и омоноличивания стыков.

Стыковка полуарок в замковом сечении осуществлялась путем объединения выпусков арматуры и омоноличивания зазора. Для временной фиксации стыков использовали высокопрочные болты.

После монтажа очередной секции тоннеля длиной 12 м производили обжатие стыков в поперечном направлении. Вначале выполнили натяжение арматуры диаметром 26 мм в замке свода, где в дополнение к высокопрочным болтам использовали эпоксидный клей, обладающий высокой адгезией к бетону. На втором этапе обжимали пятовые участки свода в местах примыкания к верхней части стен и пилонов. "Мертвые" концы анкеров были заранее заделаны в стены (пилоны). После установки полуарок преднапрягаемые стержни диаметром 32 мм были установлены и соединены на муфтах. Конструктивный зазор между сводом и стенами был заполнен стальными пластинами, а пустоты в стыках - безусадочной уплотняющей смесью.

Особое внимание было уделено точности изготовления блоков и установки их в проектное положение, которая составила +2 мм на каждый блок шириной 1 м. Для обеспечения водонепроницаемости конструкции тоннеля зазоры между блоками заполняли герметиком, а поверхность свода покрывали двухслойной водонепроницаемой мембраной.

Опыт применения комбинированной сборно-монолитной конструкции тоннеля Майко свидетельствует о ряде преимуществ такого решения. Прежде всего, появилась возможность одновременного ведения работ по возведению монолитных (лотка, стен, пилона) и сборных (сводчатого перекрытия) конструкций, что позволило сократить сроки строительства тоннеля с 28 до 18 месяцев по сравнению с полностью монолитным вариантом. Отпала необходимость в устройстве сложной и громоздкой опалубки для возведения монолитного двухсводчатого перекрытия.

Использование бесшарнирной арочной конструкции предпочтительно с точки зрения сейсмической стойкости сооружения, поскольку жесткие стыки обеспечивают перераспределение изгибающих моментов в конструкции за счет образования пластических шарниров, которые существенно поглощают энергию землетрясения. Кроме того, удалось значительно снизить уровень шума и вибрации в процессе строительства и повысить безопасность производства работ.

Рассмотренные конструкциии технология их возведения применимы также к крупнопролетным ответственным транспортным сооружениям: многополосным автотранспортным тоннелям, станциям метрополитена, подземным автостоянкам, гаражам и комплексам, а также к мостам, опорам и фундаментам.

Похожие статьи




Конструкции тоннелей - Строительство тоннелей

Предыдущая | Следующая