Конструкции сборных железобетонных обделок кругового очертания.
3.1. Типы поперечных сечений железобетонных элементов сборных тоннельных обделок.
Обделки из сборных железобетонных элементов могут успешно заменить более дорогостоящие чугунные обделки при строительстве тоннелей в устойчивых необводнённых грунтах, а в некоторых случаях и в песках естественной влажности.
В отличие от обделок из чугунных тюбингов сборные железобетонные обделки имеют значительно больше конструктивных решений. Прежде всего, следует отметить наличие различных типов поперечных сечений элементов сборных железобетонных обделок. На рисунке 3.1. показаны три наиболее часто встречающиеся типа поперечных сечений железобетонных элементов тоннельных обделок.
3.1.Типы поперечных сечений сборных элементов железобетонных обделок:
а – железобетонный тюбинг; б – блок ребристого сечения; в – блок сплошного сечения.
Тюбингом в сборной железобетонной обделке принято называть ребристый элемент со сравнительно тонкой спинкой и отверстиями для болтовых связей, как по продольным, так и по поперечным бортам. Аксонометрическое изображение железобетонного тюбинга представлено на рисунке 3.2.
Рис. 3.2. Железобетонный тюбинг сборной тоннельной обделки.
Обделки из таких элементов имеют небольшой вес, удобны при монтаже, так как не требуют дополнительных поддерживающих устройств, но они более сложны в изготовлении и подвержены трещинообразованию.
Блоки ребристого сечения, как правило, не имеют болтовых отверстий, хотя в некоторых случаях в поперечных бортах блоков могут устраиваться отверстия для временных (монтажных) болтов или шпилек (рис. 3.3.).
Рис. 3.3. Железобетонный блок ребристого сечения с отверстиями для монтажных связей по поперечным бортам и для монтажных шпилек по продольным стыкам.
Блоки сплошного сечения собираются в кольцо обделки без использования каких либо связей как по продольным, так и по поперечным стыкам, а правильное взаимное расположение смежных блоков в кольце обеспечивается установкой монтажных шпилек в глухие отверстия по продольным стыкам (рис. 3.4.). Кстати говоря, такие же монтажные шпильки устанавливаются и по продольным стыкам ребристых блоков.
Рис. 3.4. Железобетонный блок сплошного сечения с отверстиями под монтажные шпильки в продольных стыках.
Выбор сплошного или ребристого блока при проектировании сборной железобетонной обделки определяется в первую очередь размерами диаметра обделки. Обделки с диаметром не превышающем 5 – 6 метров, как правило, выполняются из блоков сплошного сечения, при диаметре обделки более 7 метров предпочтительней будут ребристые блоки, так как их вес меньше, чем у блоков сплошного сечения.
3.2. Конструкции продольных стыков сборных железобетонных обделок.
Продольные стыки, т.е. стыки между элементами в кольце сборной железобетонной обделки могут иметь самые разнообразные конструктивные решения. Познакомимся с наиболее распространёнными конструкциями продольных стыков (рис.3.5.).
Как и обделка из чугунных тюбингов, железобетонная тюбинговая обделка имеет в продольных стыках болтовые соединения (рис. 3.5.в.). Продольные стыки обделок из железобетонных блоков сплошного или ребристого сечения не предусматривают возможности установки постоянных или временных связей между элементами. Для обеспечения правильного взаимного расположения смежных блоков в продольных стыках могут устанавливаться специальные фиксирующие устройства. В некоторых случаях это металлические шпильки диаметром 16 – 20мм, вставляемые в глухие отверстия в продольных торцах блоков ( рис. 3.5.а; 3.5.г.), в других конструкциях это цилиндрический вкладыш, размещаемый в полость образованную двумя полуцилиндрическими канавками в продольных стыках смежных блоков (рис. 3.5.б.). Трубчатый вкладыш представляет собой отрезок стальной трубы или сплошной цилиндр, выполненный из различных материалов (железобетон, отходы резиновых изделий и т.п.). Диаметр вкладыша принимается обычно равен 60 -80мм, что на 10 -20мм меньше диаметра цилиндрической полости в стыке. Длина вкладыша принимается в пределах 1/3 – 1/4 ширины кольца обделки (b).
Рис. 3.5. Конструкция продольных стыков сборных железобетонных обделок:
а – плоский стык с монтажными шпильками; б – плоский стык с трубчатым вкладышем; в – плоский стык с болтовым отверстием; г – цилиндрический (шарнирный) стык с монтажной шпилькой; 1 – монтажная шпилька; 2 – трубчатый вкладыш; 3 – болт.
Конструкция стыка с болтовыми связями позволяет монтировать обделку без применения поддерживающих устройств, которые необходимы при монтаже обделки, не имеющей в продольных стыках болтовых отверстий. Однако, изготовление обделок с болтовыми отверстиями, как по продольным, так и по поперечным бортам является более сложным. Кроме того при затягивании болтов или в процессе деформации обделки под нагрузкой в бортах железобетонных элементов возможно образование трещин и даже их поломка.
Стыки с монтажными шпильками или трубчатыми вкладышами не обеспечивают связи между элементами в кольце обделки, они лишь позволяют фиксировать взаимное расположение смежных блоков, не влияя на напряжённо-деформированное состояние кольца обделки. Поэтому при монтаже таких обделок необходимо применять специальные устройства, поддерживающие блоки расположенные выше горизонтального диаметра вплоть до замыкания кольца обделки. Следует отметить, что обделки без болтовых связей монтируются быстрее, чем тюбинговые, но обладают меньшей жёсткостью.
Как отмечалось выше, в настоящем параграфе были рассмотрены только наиболее часто встречающиеся конструкции продольных стыков сборных железобетонных обделок. Другие конструктивные решения продольных (и поперечных) стыков железобетонных обделок будут подробно рассмотрены в процессе знакомства с конструкциями обделок, в которых используются эти стыки.