3. Конструкции сборных железобетонных обделок из блоков ребристого сечения.

Обделки из ребристых блоков занимают промежуточное положение между тюбинговыми и блочными (из сплошных блоков) обделками. Также как и тюбинговые обделки, они применяются в тоннелях больших диаметров, сооружаемых в достаточно благоприятных инженерно-геологических условиях.

В отличие от обделок из железобетонных тюбингов блочные обделки не имеют постоянных болтовых соединений по продольным и поперечным стыкам. Обычно в продольных стыках ребристых блочных обделок устанавливаются монтажные шпильки или цилиндрические вкладыши, а поперечные стыки либо оформляются в виде «гребень-паз», либо устраиваются плоскими без дополнительных устройств.

Однако, в некоторых случаях для удобства монтажа в кольцевых рёбрах ребристых блоков устраивают монтажные отверстия для установки временных (монтажных) болтов или шпилек. По завершении монтажа обделки и выполнения нагнетания временные связи удаляются, а отверстия заполняются цементным раствором.

Конструктивно обделки выполняются как с плоским лотком, так и без него.

На рисунке 3.21. показана обделка тоннеля большого диаметра из железобетонных блоков ребристого сечения с временными монтажными связями по поперечным бортам и монтажными шпильками по продольным.

Рис. 3.21. Конструкция обделки из ребристых блоков с временными связями по поперечным стыкам:

1 – металлическая втулка в отверстии для монтажных связей; 2 – трубчатый вкладыш в замке обделки; 3 – чеканочная канавка; 4 – отверстие под монтажную шпильку.

Аналогичная обделка перегонного тоннеля метрополитена показана на следующем рисунке (рис. 3.22.). Эта обделка также имеет плоские продольные стыки с монтажными шпильками и трубчатым вкладышем между ключевым и скошенными блоками. В поперечных стыках предусмотрена установка временных болтовых связей.

Рис. 3.22. Обделка перегонного тоннеля метрополитена из ребристых блоков.

В некоторых случаях, обделка из ребристых блоков не имеет временных монтажных связей по поперечным бортам (рис. 3.23.).

Рис. 3.23. Конструкция обделки из ребристых блоков без монтажных связей по поперечным стыкам и уменьшенной высотой продольного стыка:

а – конструктивная схема кольца обделки; б – поперечное сечение блока;

в – продольный стык уменьшенной высоты.

Сокращение высоты продольного стыка делается для того, чтобы передача нормального усилия от одного блока к другому происходила с меньшим эксцентриситетом. В некоторых случаях для этой цели продольные стыки между блоками устраиваются цилиндрическими с монтажными шпильками (см. рис. 3.5.г.). Перевязка продольных стыков в этом случае не предусматривается.

В заключении можно сказать, что применение обделок из ребристых блоков целесообразно для тоннелей больших диаметров, где блоки сплошного сечения будут значительно тяжелее.

3.7. Конструкция обделок из железобетонных блоков сплошного сечения.

В устойчивых необводнённых и даже слабо обводнённых грунтах широкое распространение получила обделка из железобетонных блоков сплошного сечения (рис.3.24.).

Рис. 3.24. Конструкция сборной обделки из железобетонных блоков сплошного сечения:

1 - замковый вкладыш; 2 – плоский лотковый элемент.

При проектировании таких обделок для перегонных тоннелей метрополитенов руководствуются следующими положениями. Лотковый элемент, как правило, плоский с шириной плоской поверхности позволяющей разместить на ней два откаточных пути. Продольные стыки шарнирные цилиндрические выпукло-вогнутые. Кольцевые стыки плоские без каких-либо связей между кольцами. Перевязка продольных стыков не устраивается. Замыкание кольца производится при помощи вкладышей, устанавливаемых в кольцо обделки вручную, со стороны торца. Количество элементов в кольце обделки определяется в зависимости от её диаметра, исходя из того, что геометрические размеры и вес элементов должны быть оптимальными с точки зрения их транспортирования и монтажа обделки в стеснённых условиях тоннеля.

В отечественной практике строительства перегонных тоннелей метрополитенов самое широкое распространение получила так называемая унифицированная железобетонная обделка (рис. 3. 25.).

Рис. 3.25. Конструкция сборной унифицированной обделки из железобетонных блоков:

1 – отверстие для нагнетания; 2 – монтажные шпильки.

Унифицированная обделка состоит из шести нормальных блоков (55Н), одного лоткового (55Л) и замкового элемента, состоящего из трёх вкладышей (55В). Обделки большего диаметра могут иметь большее количество элементов. Разбивка замкового элемента на вкладыши производится исходя из того, чтобы вес каждого вкладыша не превышал 40кг, этим же соображением руководствуются при назначении центрального угла замка. Минимально допустимый, по условиям качественного бетонирования, размер вкладыша по дуге серединного радиуса кольца обделки равен 15 – 20см. Установкой замковых вкладышей в кольцо обделки завершается её монтаж.

Плоский лотковый элемент чаще всего имеет сплошное поперечное сечение, но в обделках больших диаметров для уменьшения веса элемента его наружная поверхность может иметь сечение в форме швеллера (рис. 3.26.).

Рис. 3.26. Плоский лотковый элемент унифицированной железобетонной обделки:

1 – элемент сплошного сечения; 2 – элемент швеллерного (коробчатого) сечения.

Элементы коробчатого сечения рекомендуются при строительстве тоннелей диаметром 7 метров и больше. Полость под плоским лотком заполняется впоследствии тощим бетоном. Показанный на рис.3.26. элемент позволяет разместить на нём два откаточных пути с шириной колеи 750мм, колея 900мм требует увеличения ширины плоской поверхности лоткового элемента.

Применение шарнирных цилиндрических выпукло-вогнутых продольных стыков хотя и повышает деформативность кольца обделки, но позволяет значительно уменьшить величину изгибающих моментов, возникающих в среднем сечении блоков. Различие в работе плоских и цилиндрических стыков можно продемонстрировать при помощи следующих рисунков.

На рисунке 3.27. показано как работает плоский продольный стык в кольце сборной железобетонной обделки, не имеющей болтовых связей (рис.3.27.).

Рис.3.27. Работа плоского продольного стыка без связей растяжения:

а – стык раскрыт внутрь обделки; б – стык раскрыт снаружи.

Под действием нагрузки от горного давления плоский стык раскрывается изнутри или снаружи обделки. Направление раскрытия стыка невозможно предположить заранее. Величина эксцентриситета передачи нормальной силы от одного блока к другому может быть настолько значительной, что изгибающий момент от этой силы (стыковой изгибающий момент) превысит изгибающий момент от горного давления.

Для уменьшения величины стыкового изгибающего момента в унифицированной обделке приняты шарнирные цилиндрические выпукло-вогнутые продольные стыки с монтажными шпильками (рис.3.28.). Монтажные шпильки не являются связями между блоками, так как не воспринимают никаких усилий, а только обеспечивают правильное взаимное расположение блоков обделки в кольце (см. рис. 3.4. и рис. 3.5.г.).

Экспериментальным путём определена величина эксцентриситета передачи нормальной силы в таком стыке. Эта величина находится в пределах (0,05 – 0,1) , где высота сечения железобетонного блока.

Рис. 3.28. Конструкция шарнирного цилиндрического выпукло-вогнутого продольного стыка унифицированной железобетонной обделки.

При конструировании нормальных элементов унифицированной железобетонной обделки можно руководствоваться следующими рекомендациями.

Высота сечения блока предварительно задаётся равной ,

где внутренний диаметр обделки.

Количество нормальных элементов всегда чётное и в зависимости от диаметра обделки может изменяться от 6 до 10 штук.

Армирование блоков сплошного сечения производится симметрично с учётом особенностей работы внецентренно сжатых железобетонных элементов.

Рис. 3.29. Конструкция нормального элемента унифицированной железобетонной обделки перегонного тоннеля метрополитена.