3. Проектная ситуация.

Проектная ситуация представляется для участка трассы, расположенного на расстоянии 0,08L (L=3900км)от портала тоннеля со стороны пункта B. Грунт на участке – мергель средней плотности,характеризуется трещинной пустотностью =0,6%. Трещины расположены под углом > 45⁰ к оси тоннеля и заполнены глиноподобным материалом. Коэффициент крепости породы по шкале проф. М.М. Протодьяконова .

2. Предварительная конструкция обделки.

Тоннельная обделка - конструкция, предназначенная для постоянного закрепления контура тоннельной выработки (стабилизации деформаций контура), восприятия горного давления и предотвращения неорганизованного проникновения в тоннель подземных вод, а также для защиты примыкающего к тоннелю грунтового массива от выветривания. Обделки должны удовлетворять эксплуатационным, строительным и экономическим требованиям.

Эксплуатационные требованиявыражаются в необходимости соблюдения габаритных размеров внутреннего очертания тоннеля, чтобы за пределами габарита приближения строений разместилось осветительное, регулировочное, сигнальное оборудование, вентиляционные каналы, водоотводные устройства, инженерные конструкции и т.д. Используемые строительные материалы должны обеспечивать долговечность эксплуатации тоннелей.

Строительные требованияопределяются технологичностью возведения обделки в разнообразных инженерно-геологических условиях, а также соображениями целесообразности формы поперечного сечения с точки зрения рациональной статической работы обделки. С этой целью внутреннее очертание и размеры монолитной обделки целесообразно сохранять неизмененными по всей длине тоннеля, чтобы не менять горнопроходческое оборудование и комплект опалубки. Однако на участках резкого изменения устойчивости пород (тектонических нарушений) приходится изменять форму поперечного сечения и технологию ведения горнопроходческих работ. Целесообразна стандартизация поперечных сечений железнодорожных и автодорожных тоннелей. Необходимо также предусматривать мероприятия для исключения проникания подземных вод в тоннели, особенно агрессивных, вызывающих разрушение самого материала конструкции.

Экономические требованияучитываются при выборе формы и размеров поперечного сечения тоннельной выработки, материала обделки и технологии строительства тоннеля. Необходимо, чтобы площадь пространства между габаритом приближения строений и внутренним контуром обделки была минимальной, однако обеспечивала возможность расположения в нем эксплуатационных обустройств. При выборе конструктивно-технологических решений необходимо стремиться к тому, чтобы площадь сечения выработки и расход материалов на устройство обделки были минимальными. В связи с этим весьма экономичными являются многослойные конструкции обделок с применением набрызгбетона.

Основой для построения внутреннего очертания тоннельной обделки является габарит приближения строений рисунок 2.1.

рисунок 2.1. Габарит приближения строений для автодорожных тоннелей на кривой радиусом R> 1000м. с устройством виража.

Форму поперечного сечения тоннельной обделки выбираем с учетом степени устойчивости грунтов, величины и проявления горного давления, обводнённости, вмещающего тоннель горного массиваи способа производства тоннельных работ.

В монолитных, невыветривающихся, неразмываемых породах выработка транспортного тоннеля может быть оставлена без обделки; при необходимости кровлю выработки закрепляют стойкими против коррозии железобетонными анкерами.

В крепких, но выветривающихся скальных грунтах горное давление отсутствует, поэтому в таких случаях устраивают облицовку контура выработки для защиты грунтов от выветривания и сохранения их несущей способности. Облицовочная обделка в кровле выполняется из набрызгбетона толщиной до 10...15 см, нанесенного по стальной сетке, прикрепляемой к коротким анкерам временного типа. Бока выработки облицовываются слоем набрызгбетона толщиной 5...7 см. Входные участки тоннелей на длину не менее 6 м закрепляются несущей обделкой, способной воспринять также продольную составляющую горного давления, возникающую у порталов в выветренных грунтах.

Форма поперечного сечения обделок тоннелей, сооружаемых горным способом, придают подковообразное очертание в виде подъемистого свода, опирающегося на грунт или обратный свод. Такая обделка плавно огибает габарит приближения строений, а ее толщина, как правило, постепенно увеличивается от свода к пятам.

При отсутствии или небольшой величине бокового давления и отсутствии гидростатического давления стены обделки могут быть вертикальными с постоянной толщиной по высоте или с некоторым утолщением в нижней части для лучшего опирания на подошву выработки.

В мировой практике тоннелестроения широкое распространение получили облегченные обделки из набрызгбетона, особенно при строительстве транспортных тоннелей новоавстрийским методом (НАТМ) в трещиноватых скальных и нескальных – грунтах. Набрызг-бетонная обделка обычно состоит из двух слоев: первичной и вторичной обделок. Слоистость конструкции обусловлена специальной технологией строительства тоннелей.

Первичная обделка –податливое крепление контура выработки, состоящее из анкеров 3 или арок и слоя набрызгбетона 1 толщиной 10...20 см по стальной сетке, закрепленной на анкерах или арках. Способная деформироваться без обрушения за счет ползучести набрызгбетона замкнутая по контуру первичная обделка позволяет включить в работу окружающий горный массив, образуя совместно работающую систему «порода-крепь». Замечательная особенность нанесенного на поверхность выработки слоя набрызгбетона состоит в том, что он способен быстро набирать прочность и одновременно податливо сопротивляться перемещениям грунта внутрь выработки. Омоноличивая, приконтурный слой трещиноватого грунта, армированный набрызгбетон способствует его упрочнению и препятствует образованию вывалов.

После затухания упругих деформаций приконтурного грунтового массива производят усиление первичной обделки путем нанесения последующих стабилизирующих слоев набрызгбетона или возведения стабилизирующей части обделки из монолитного бетона.

Вторичная, стабилизирующая обделкасовместно с первичной образуют конструкцию, воспринимающую горное давление.

При разработке скальных грунтов способом гладкого взрывания или с помощью тоннелепроходческих комбайнов обеспечивается достаточно ровный, соответствующий проектному контуру выработки. В таких случаях при наличии индустриальной базы ЖБИ вблизи района строительства тоннелей имеется возможность применения сборных железобетонных или сборно-монолитных обделок различного очертания. Конструктивные формы сборных обделок такие же как и монолитных. В зависимости от свойств грунтов и способов строительства тоннеля обделки устраивают в виде пологого свода, опирающегося на породные стены, или подъемистого свода с плоским лотком. Пологий свод может опираться на монолитные бетонные или железобетонные стены с уширенной пятой, возведенные в предварительно пройденных опорных выработках малого поперечного сечения.

Конструкции и размеры блоков, типы стыков между ними, гидроизоляцию обделок принимают с учетом принципов проектирования сборных обделок кругового очертания, сооружаемых щитовым способом.

В слабых грунтах (f<3...4), оказывающих наряду с вертикальным значительное горизонтальное давление на конструкцию, а также в грунтах, где проявляется давление набухания, направленное снизу вверх, обделка должна иметь обратный свод, исключающий возможность сдвига стен внутрь выработки и воспринимающий возможное давление со стороны подошвы выработки. Обратный свод распределяет такие нагрузки с проезжей части на грунт. Вместо традиционного кругового более рациональна конструкция обратного свода с плоским очертанием со стороны подошвы выработки, которая хотя и приводит к некоторому перерасходу бетона, однако упрощает технологию ведения горных и бетонных работ.

Учитывая все сказанное выше, принимаем обделку подковообразного очертания с обратным сводом. Высоту в замке принимаем h_з=750 мм по таблице П3.3 «Ориентировочная толщина обделки в характерных сечениях» из учебно-методического пособия в зависимости от коэффициента крепости грунтов и категории автодорожного тоннеля. Зная замковую высоту, определяем сечения подошвы фундамента и обратного свода по формулам:

;

Конечные значения принимаем h_ф = 1400 мм и h₀ = 500 мм.

Для обеспечения нормальной и долговечной эксплуатации тоннелей необходима их защита от подземных вод.

В монолитных скальных и полускальных грунтах, не вызывающих неравномерных осадок обделки, при гидростатическом давлении менее 0,5 МПа устраивают внутреннюю жесткую гидроизоляцию в виде слоя толщиной 30...40 мм из набрызгбетона с добавками.

Автодорожные тоннели должны иметь камеры для размещения необходимого оборудования (в том числе пожарных постов), хранения ремонтных материалов и укрытия людей. Их устраивают с каждой стороны тоннеля через 300 м и располагают в шахматном порядке.

Для улучшения видимости мест укрытия наружные углы камер и ниш окрашивают люминесцентной краской светлого цвета на высоту 50 см от уровня верха проезжей части.

Автодорожные более 1500 м должны иметь дополнительные эвакуационные выходы в рядом расположенные тоннели или штольню безопасности (сервисную штольню), имеющую выход на поверхность, либо камеры безопасности, оборудованные герметичными затворами и местной вентиляцией. Между тоннелем и сервисной штольней необходимо предусматривать сбойки через 250... 300 м.

В местах перехода дороги от открытой выемки к тоннелю возводят портал, предназначенный для обеспечения устойчивости лобового откоса выемки, отвода воды, стекающей по склону массива, защиты пути или проезжей части от скатывающихся по склону отдельных обломков породы, а также для архитектурного оформления входа в тоннель.