Монолитные обделки из низкомодульных латексных бетонов.
Обделки из обычного бетона обладают большой жесткостью и малой растяжимостью. В том случае, если напорный туннель пролегает в трещиноватых, но прочных скальных породах, способных полностью воспринять внутреннее давление (или большую его часть), а фильтрация воды из туннеля недопустима, толщину трещиностойкой обделки желательно принять минимальной. Однако при этом материал обделки, естественно, должен обладать достаточной деформативностью, чтобы, воспринимая лишь малую долю растягивающей нагрузки, передать на породу усилие от внутреннего давления воды. При этом трещин в обделке не должно быть.
Для этой цели в Оргэнергострое разработаны составы бетонов, имеющих значительную деформативность за счет добавки латекса типа СКС-65 в количестве 10—20% массы цемента. Модуль упругости латексного бетона составляет 10 000—15 000 МПа (против 30 000 МПа без латекса), что приобретает решающее значение для перераспределения усилий в обделке. По данным института «Оргэнергострой» применение латексных бетонов позволяет значительно снизить толщину трещиностойких обделок, а в отдельных случаях за счет уменьшения жесткости конструкции отказаться от армирования обделок.
Комбинированные обделки с наружным кольцом из сборных железобетонных блоков, обжатых в породу, и внутренним железобетонным кольцом. Экспериментально подтверждено, что обжатие сборной обделки в породу стабилизирует состояние горного массива вокруг туннеля и практически исключает необходимость заполнительной цементации. Однако следует учитывать, что применение обжимаемых в породу сборных обделок возможно только при наличии гладкого контура выработки, обеспечиваемого при проходке туннелей механизированными щитами или комбайнами. Существует ряд конструкций сборных обделок, обжимаемых в породу. В них разжатие блочного кольца наружу производят клиновыми блоками, плоскими домкратами Фрейсине, обычными домкратами или различного типа рычажными устройствами Принцип действия таких обделок показан на рис. 16.6.
В последние годы Ленметрогипротрансом разработана для перегонных туннелей Ленинградского метрополитена диаметром 5,5 м обделка, состоящая из 10 железобетонных гладких блоков толщиной 15 см с плоскими стыками. Обжатие кольца в породу осуществляется в лотковой части, где в специальные ниши лотковых блоков вставляется домкрат, обжимающий кольцо с усилием 300—500 кН. Разжатое положение кольца фиксируется установкой специальных вкладышей, а затем домкрат снимается, и вместо него устанавливают железобетонный элемент. На Ленинградском метрополитене рекордные скорости проходки перегонных туннелей в кембрийских глинах механизированным щитом КТ-1-5,6 с применением этой обделки составляют 700— 1200 м готового туннеля в месяц.
В обжатой унифицированной обделке Метрогипротранса разжатие осуществляется с двух сторон на уровне горизонтального диаметра
с помощью специального распорно-шарнирного устройства с усилием 200—300 кН. В образовавшиеся проемы устанавливаются железобетонные вкладыши и винтовые фиксаторы. В других случаях обжатие осуществляют домкратами, вставленными в зазор между стыками блоков. Разжатое положение фиксируют винтовыми шпильками, после чего домкраты снимают, а зазоры заполняют бетоном.
Исследование комбинированной обделки в виде наружного кольца из сборных блоков, обжатых в породу, и внутреннего нетрещиностойкого тонкостенного железобетонного кольца, выполненного в НИС Гидропроекта, показали, что за счет обжатия наружного кольца в породу резко уменьшается влияние стыков блоков и снижается раскрытие трещин во внутреннем кольце при действии эксплуатационных нагрузок. Исследования на специально созданном экспериментальном стенде, выполненные в масштабе 1:2, позволили рекомендовать эту конструкцию для конкретных объектов. За счет повышения темпов работ и отказа от укрепительной цементации породы комбинированная обделка оказалась значительно эффективнее монолитной.
Обделки с податливым слоем. Снижение толщины монолитной железобетонной обделки безнапорных туннелей в условиях значительного горного давления может быть достигнуто при применении монолитной бетонной или железобетонной обделки с податливым слоем, разработанной Донецким научно-исследовательским угольным институтом (ДонУГИ).
В такой обделке внешний слой представляет собой пористый, легко деформирующийся пеноматериал (карбамидный пенопласт), выполняющий функции податливого элемента конструкции. Этот материал сначала наносят на породу методом набрызга, а затем сразу же в опалубке бетонируют обделку. В такой конструкции нагрузка от горного давления почти равномерно распределяется по контуру и надежная работа обделки обеспечивается независимо от направления действия горного давления. В процессе смещения пород и обжатия наружного слоя происходит разгрузка горного массива, окружающего туннель, а остаточная нагрузка воспринимается затем бетонной или железобетонной обделкой.
Следует отметить, что в гидротехнических туннелях подобная обделка пока не применялась, хотя и является перспективной. К недостатку конструкции следует отнести трудоемкость ее возведения.
Предварительно напряженные обделки. Для напорных туннелей представляют интерес предварительно напряженные трещиностойкие обделки, в частности такие, в которых напряжение создается путем инъектирования раствора по периметру в контакт между обделкой и породой или вследствие обжатия бетона металлическими тросами, расположенными внутри обделки. Перспективным является также применение расширяющихся бетонов и цементов для создания предварительно напряженных обделок напорных туннелей.
Исследования моделей обделок из расширяющегося бетона, приготовленного на основе напрягающего цемента, показывают, что несущая способность таких бетонных обделок значительно больше, чем при применении портландцемента, и зависит от деформативных характеристик породы: чем больше отпор породы, тем больше эффект от применения напрягающего цемента. Поэтому применение расширяющихся бетонов более целесообразно в трещиноватых, но прочных скальных породах.
Рис. 16.4. Монолитные железобетонные обделки туннелей Нурекской ГЭС.
а — с двухрядной рабочей арматурой (водосбросный туннель); б — с однорядной рабочей арматурой (промежуточный подводящий туннелm); 1 — стяжка; 2 — рабочая арматура; 3 — распределительная арматура; 4 — бетон марки 300.
Рис. 16.5. Железобетонная дренированная обделка строительного туннеля Нурекской ГЭС, прианкеренная к породе.
1 — шнуровые дрены; 2 — железобетонные анкеры; 3 — замыкатель стен; 4 — арматура.
Таблица 16.1. Рекомендуемые типы обделок гидротехнических туннелей
1. Рекомендуются лишь после специального обоснования.
Описанные типы обделок относятся преимущественно к напорным туннелям. Для применения их на проектируемых гидротехнических туннелях целесообразно выполнить исследования, обосновывающие возможность принятия данной обделки в каждом конкретном случае.
В табл. 16.1 приведены рекомендации по выбору типа обделок гидротехнических туннелей в зависимости от крепости породы и внутреннего давления воды в туннеле. В пределах каждой группы (ограниченной крепостью породы и давлением воды) выбор типа обделки производится путем технико-экономического сравнения приведенных вариантов конструкции. При этом следует иметь в виду, что каждая из обделок имеет определенные технические ограничения, отмеченные выше.
