Тоннель

 

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям подземных сооружений, возводимых под транспортной магистралью без перерыва движения по ней в сложных горно-геологических условиях, в том числе в обводненных слабых грунтах, залегающих под лотком тоннеля и образующих его основание. Тоннель включает обделку, состоящую из лотка, стен и перекрытия, наружный защитный экран из протяженных элементов с замкнутой или разомкнутой (на чертежах не показано) конфигурацией поперечного сечения и замковыми соединениями между элементами. Новым является то, что защитный экран тоннеля, выполненного путем разработки предварительно закрепленного слабого грунта, расположен по всему периметру поперечного сечения тоннеля, а лоток обделки снабжен свайным основанием с инъекционными сваями, верхние части которых содержат выполненные из конструкционного материала, преимущественно из металла, совместимого в работе с инъектируемым материалом свай, патрубки, которые пропущены через отверстия, выполненные для этого в замковых соединениях элементов экрана. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении надежности и безопасности эксплуатации тоннеля за счет исключения осадок дневной поверхности как при возведении, так и при эксплуатации при одновременном снижении осадок грунтов основания тоннеля, возведенного в сложных горно-геологических условиях, в том числе при наличии слабых обводненных грунтов в уровне основания тоннеля, в том числе сильно сжимаемых торфов, подстилаемых суглинками текучей консистенции, ниже которых находится слой гравия, и расположении коренных грунтов на значительной глубине. 18 з. п.ф-лы, 23 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям подземных сооружений, возводимых под транспортной магистралью без перерыва движения по ней в сложных горно-геологических условиях, в том числе в обводненных слабых грунтах, залегающих под лотком тоннеля и образующих его основание.

Известен тоннель, включающий обделку с лотком, стенами и перекрытием, содержащим наружный защитный экран из элементов с замкнутой или разомкнутой конфигурацией поперечного сечения и замковыми соединениями между элементами (см., например, СН 642416 А 5, 13.04.1984).

В известной конструкции наружный защитный экран расположен над перекрытием тоннеля, лотковая часть тоннеля предназначена для возведения в грунтах с достаточной несущей способностью и такая конструкция не может использоваться в сложных горно-геологических условиях, в том числе при наличии обводненных слоев грунта в зоне основания тоннеля, в которых невозможно понизить уровень грунтовых вод, не вызывая осадок дневной поверхности.

Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому техническому результату является тоннель, включающий обделку, состоящую из лотка, стен и перекрытия, наружный защитный экран из протяженных элементов и расположенные в основании тоннеля инъекционные сваи (см. МАЛИНИН А.Г. Строительство автодорожных тоннелей в Перми. Подземное пространство мира, 5, 1999, с. 23-25).

Однако известная конструкция не обеспечивает достаточной надежности при длительной эксплуатации тоннеля, возводимого в сложных горно-геологических условиях, в том числе при наличии в основании тоннеля слабых обводненных грунтов ввиду возможных осадок основания тоннеля как в период возведения тоннеля, так и в период его эксплуатации, следствием чего могут являться и осадки дневной поверхности.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и безопасности долговременной эксплуатации тоннеля, возведенного в сложных горно-геологических условиях, в том числе при наличии обводненных слоев слабого грунта в основании тоннеля.

Задача решается за счет того, что в тоннеле, включающем обделку, состоящую из лотка, стен и перекрытия, наружный защитный экран из протяженных элементов и расположенные в основании тоннеля инъекционные сваи, согласно изобретению защитный экран тоннеля, выполненного путем разработки предварительно закрепленного слабого грунта, расположен по всему периметру поперечного сечения тоннеля, который снабжен рамами, образующими вместе с экраном и обделкой единую омоноличенную пространственную конструкцию, нижняя часть которой образует объединяющий инъекционные сваи в свайное основание ростверк, усиленный заведенными в него нижними участками рам и патрубками, расположенными в верхних частях свай и выполненными из конструкционного материала, совместимого в работе с инъектируемым материалом свай, преимущественно из металла.

При этом защитный экран может быть выполнен из элементов с замкнутой или разомкнутой конфигурацией поперечного сечения, в том числе металлических труб, преимущественно круглоцилиндрических, в том числе прокатных, и/или сварных, и/или холоднотянутых, и/или паяных по шву, и/или бесшовных, и/или спиральношовных, причем элементы экрана соединены между собой замковыми соединениями с отверстиями, через которые пропущены патрубки, расположенные в верхних частях свай.

Полости элементов экрана могут быть заполнены твердеющим материалом, в качестве которого может быть использован бетон или полимербетон.

Заполнение полостей элементов экрана может быть выполнено с армированием, которое может быть выполнено каркасами, и/или отдельными стержнями, и/или сетками, и/или с включением прокатных профилей, и/или с использованием стержневых конструкций типа плоских или пространственных ферм.

По крайней мере часть поверхностей элементов экрана могут быть выполнены с защитным покрытием.

При этом экран, подкрепляющие элементы экрана рамы и заполнение между ними могут образовывать совместно единую сталежелезобетонную пространственную систему.

Рамы могут быть выполнены однопролетными или многопролетными, со стойками и балками, выполненными в виде закрытого, или открытого, и/или комбинированного профилей из прокатных, и/или гнутых, и/или сварных, и/или трубчатых элементов.

Замковые соединения могут быть выполнены в виде образующих замок, приваренных на обращенных друг к другу поверхностях смежных элементов экрана двух протяженных элементов, один из которых выполнен С-образным в поперечном сечении, а другой выполнен в виде заведенной в него стенки с расположенным на свободной кромке уширением шириной, превышающей ширину створа С-образного в поперечном сечении элемента.

Тоннель может быть выполнен с порталами, имеющими подпорные стены переменной высоты и защитный экран, расположенный в зонах основания порталов и по крайней мере на части высоты и длины примыкающих к основанию подпорных стен. Защитный экран порталов может быть выполнен аналогично защитному экрану тоннеля.

При этом основание порталов может быть выполнено свайным, с переходными плитами, а сваи основания порталов могут быть выполнены также инъекционными, цементогрунтовыми.

Толщины перекрытия, стен и лотка тоннеля могут соотносится как 1:(0,7... 1,2): (0,5. ..0,9), диаметр свай составляет 600-1000 мм при длине 10-16 м, а диаметр элементов экрана - 800-1400 мм.

При этом с одной стороны тоннеля, внутренней, может быть образована служебная дорожка, а с другой стороны - тротуар.

Дорожная одежда тоннеля может быть выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев керамзитобетона, пористого асфальтобетона и слоя плотного асфальтобетона с поверхностной обработкой.

Дорожная одежда служебной дорожки может быть выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев щебня с прослойкой пенополистирола, слоя цементно-песчаной смеси и плиток покрытия.

Дорожная одежда тротуара может быть выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев щебня с прослойкой пенополистирола, растворной стяжки, цементно-песчаной смеси и плиток покрытия.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении надежности и безопасности эксплуатации тоннеля за счет исключения осадок дневной поверхности как при возведении, так и при эксплуатации при одновременном снижении осадок грунтов основания тоннеля, возведенного в сложных горно-геологических условиях, в том числе при наличии слабых обводненных грунтов в уровне основания тоннеля, в том числе сильно сжимаемых торфов, подстилаемых суглинками текучей консистенции, ниже которых находится слой гравия, и расположении коренных грунтов на значительной глубине.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен схематично продольный разрез грунтового массива в зоне расположения тоннеля; на фиг.2 - поперечный разрез тоннеля с защитным экраном и свайным основанием; на фиг.3 - замковое соединение элементов экрана; на фиг. 4 - фрагмент поперечного сечения части тоннеля на промежуточной стадии возведения с защитным экраном и рамами временного крепления; на фиг.5 - вид по А-А на фиг.4; на фиг.6 - схема армирования лотка в зоне портала в плане; на фиг.7 - вид по Б-Б на фиг.6; на фиг.8 - фрагмент армирования подпорной стенки портала вдоль тоннеля; на фиг. 9 - узел В на фиг.7, поперечный разрез (замковые соединения условно не показаны);
на фиг.10 - то же, вид сбоку (замковые соединения и сваи условно не показаны);
на фиг. 11 - вид по Г-Г на фиг.8 (замковые соединения и сваи условно не показаны);
на фиг. 12 - вид по Д-Д на фиг.8 (замковые соединения и сваи условно не показаны);
на фиг. 13 - вид по Е-Е на фиг.8 (замковые соединения и сваи условно не показаны);
на фиг.14 - фрагмент портала тоннеля, продольный разрез, сваи условно не показаны;
на фиг.15 - портал тоннеля с подпорными стенками, вид спереди;
на фиг.16 - то же, в плане;
на фиг.17 - вид по И-И на фиг.16 (замковые соединения и сваи условно не показаны);
на фиг.18 - фрагмент головного участка тоннеля в плане;
на фиг.19 - разрез по К-К на фиг.18 (замковые соединения и сваи условно не показаны);
на фиг.20 - дорожная одежда в тоннеле в разрезе, узел Л на фиг.19;
на фиг.21 - то же, вид по М-М на фиг.18;
на фиг.22 - то же, на служебных дорожках, узел Н на фиг.19;
на фиг.23 - то же на тротуарах, узел П на фиг.19.

Тоннель включает обделку 1, состоящую из лотка 2, стен 3 и перекрытия 4, наружный защитный экран 5 из протяженных элементов 6 с замкнутой или разомкнутой (на чертежах не показано) конфигурацией поперечного сечения и замковыми соединениями 7 между элементами 6. Защитный экран 5 тоннеля, выполненного путем разработки предварительно закрепленного слабого грунта, расположен по всему периметру поперечного сечения тоннеля, а лоток 2 обделки 1 снабжен свайным основанием 9 с инъекционными сваями 10, верхние части которых содержат выполненные из конструкционного материала, преимущественно из металла, совместимого в работе с инъектируемым материалом свай 10, патрубки 11, которые пропущены через отверстия 12, выполненные для этого в замковых соединениях 7 элементов 6 экрана 5.

Элементы экрана 5 могут быть выполнены из металлических труб, преимущественно круглоцилиндрических, в том числе прокатных, и/или сварных, и/или холоднотянутых, и/или паяных по шву, и/или бесшовных, и/или спиральношовных.

При этом полости 13 элементов 6 экрана 5 заполнены твердеющим материалом, в качестве которого может быть использован бетон или полимербетон (не показано).

Заполнение элементов 6 экрана 5 может быть выполнено с армированием, которое может быть выполнено каркасами, и/или отдельными стержнями, и/или сетками, и/или с включением прокатных профилей, и/или с использованием стержневых конструкций типа плоских или пространственных ферм (не показано).

По крайней мере часть поверхностей труб могут быть выполнены с защитным покрытием (на чертежах не показано).

При этом экран 5, подкрепляющие элементы 6 экрана 5 рамы 14 и заполнение между ними (на чертежах не показано) образуют совместно единую сталежелезобетонную пространственную систему.

Рамы 14 могут быть выполнены однопролетными или многопролетными, со стойками 15 и балками 16, выполненными в виде закрытого, или открытого, и/или комбинированного профилей из прокатных, и/или гнутых, и/или сварных, и/или трубчатых элементов.

Замковые соединения 7 выполнены в виде приваренных на обращенных друг к другу поверхностях элементов 6 экрана 5, образующих замок, двух протяженных элементов 17 и 18, один из которых 17 выполнен С-образным в поперечном сечении, а другой 18 выполнен в виде заведенной в него стенки с расположенным на свободной кромке уширением 20, шириной, превышающей ширину створа С-образного в поперечном сечении элемента 17.

Тоннель выполнен с порталами 21, имеющими подпорные стены 22 переменной высоты, и расположенный в зонах основания 23 порталов 21 и по крайней мере на части высоты и длины примыкающих к основанию подпорных стен 22 защитный экран 24, который может быть выполнен аналогично защитному экрану 5 тоннеля.

При этом основание 23 порталов 21 выполнено свайным 25, с переходными плитами 26, а сваи 27 основания 23 порталов 21 могут быть выполнены также инъекционными, цементогрунтовыми.

Толщины перекрытия 4, стен 3 и лотка 2 тоннеля соотносятся как 1:(0,7... 1,2):(0,5...0,9), диаметр свай 10, 27 составляет 600-1000 мм при длине 10-16 м, а диаметр элементов 6 экрана 5 и 24 - 800-1400 мм.

С одной внутренней стороны тоннеля образована служебная дорожка 28, а с другой стороны - тротуар 29.

Дорожная одежда тоннеля выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев керамзитобетона 30, пористого асфальтобетона 31 и слоя плотного асфальтобетона 32 с поверхностной обработкой.

Дорожная одежда служебной дорожки 28 выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев щебня 34 с прослойкой 35 пенополистирола, слоя 36 цементно-песчаной смеси и плиток 37 покрытия, а дорожная одежда тротуара - из последовательно расположенных снизу вверх слоев щебня 34 с прослойкой 35 пенополистирола, растворной стяжки 38, цементно-песчаной смеси 36 и плиток 37 покрытия.

Армирование лотка 2, стен 3 и перекрытия 4 тоннеля в описанной конкретной конструкции может быть выполнено арматурными стержнями 39, но может использоваться и иное армирование из числа известных.

Формула изобретения

1. Тоннель, включающий обделку, состоящую из лотка, стен и перекрытия, наружный защитный экран из протяженных элементов и расположенные в основании тоннеля инъекционные сваи, отличающийся тем, что защитный экран тоннеля, выполненного путем разработки предварительно закрепленного слабого грунта, расположен по всему периметру поперечного сечения тоннеля, который снабжен рамами, образующими вместе с экраном и обделкой единую омоноличенную пространственную конструкцию, нижняя часть которой образует объединяющий инъекционные сваи в свайное основание ростверк, усиленный заведенными в него нижними участками рам и патрубками, расположенными в верхних частях свай и выполненными из конструкционного материала, совместимого в работе с инъектируемым материалом свай, преимущественно из металла.

2. Тоннель по п.1, отличающийся тем, что защитный экран выполнен из элементов с замкнутой или разомкнутой конфигурацией поперечного сечения, в том числе из металлических труб, преимущественно круглоцилиндрических, в том числе прокатных, и/или сварных, и/или холоднотянутых, и/или паяных по шву, и/или бесшовных, и/или спиральношовных, причем элементы экрана соединены между собой замковыми соединениями с отверстиями, через которые пропущены патрубки, расположенные в верхних частях свай.

3. Тоннель по п.1 или 2, отличающийся тем, что полости элементов экрана заполнены твердеющим материалом.

4. Тоннель по п.3, отличающийся тем, что полости элементов экрана заполнены бетоном или полимербетоном.

5. Тоннель по п. 3 или 4, отличающийся тем, что заполнение полостей элементов экрана выполнено с армированием.

6. Тоннель по п.5, отличающийся тем, что армирование выполнено каркасами, и/или отдельными стержнями, и/или сетками, и/или с включением прокатных профилей, и/или с использованием стержневых конструкций типа плоских или пространственных ферм.

7. Тоннель по любому из пп.2-7, отличающийся тем, что по крайней мере часть поверхностей труб выполнена с защитным покрытием.

8. Тоннель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что экран, подкрепляющие элементы экрана рамы и заполнение между ними образуют совместно единую сталежелезобетонную пространственную систему.

9. Тоннель по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что рамы выполнены однопролетными или многопролетными со стойками и балками, выполненными в виде закрытого, или открытого, и/или комбинированного профилей из прокатных, и/или гнутых, и/или сварных, и/или трубчатых элементов.

10. Тоннель по любому из пп.2-9, отличающийся тем, что замковые соединения выполнены в виде образующих замок, приваренных на обращенных друг к другу поверхностях смежных элементов экрана двух протяженных элементов, один из которых выполнен С-образным в поперечном сечении, а другой выполнен в виде заведенной в него стенки с расположенным на свободной кромке уширением шириной, превышающей ширину створа С-образного в поперечном сечении элемента.

11. Тоннель по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что он выполнен с порталами, имеющими подпорные стены переменной высоты и защитный экран, расположенный в зонах основания порталов и по крайней мере на части высоты и длины примыкающих к основанию подпорных стен.

12. Тоннель по п.11, отличающийся тем, что защитный экран порталов выполнен аналогично защитному экрану тоннеля.

13. Тоннель по п.11 или 12, отличающийся тем, что основание порталов выполнено свайным с переходными плитами,
14. Тоннель по п.13, отличающийся тем, что сваи основания порталов выполнены также инъекционными, цементогрунтовыми.

15. Тоннель по любому из пп.2-14, отличающийся тем, что толщины перекрытия, стен и лотка тоннеля соотносятся как 1:(0,7-1,2):(0,5-0,9), диаметр свай составляет 600-1000 мм при длине 10-16 м, а диаметр элементов экрана 800-1400 мм.

16. Тоннель по любому из пп.1-15, отличающийся тем, что с одной его внутренней стороны образована служебная дорожка, а с другой стороны - тротуар.

17. Тоннель по любому из пп.1-16, отличающийся тем, что дорожная одежда тоннеля выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев керамзито-бетона, пористого асфальтобетона и слоя плотного асфальтобетона с поверхностной обработкой.

18. Тоннель по п.16, отличающийся тем, что дорожная одежда служебной дорожки выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев щебня с прослойкой пенополистирола, слоя цементно-песчаной смеси и плиток покрытия.

19. Тоннель по п.16, отличающийся тем, что дорожная одежда тротуара выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев щебня с прослойкой пенополистирола, растворной стяжки, цементно-песчаной смеси и плиток покрытия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23