Конструкция тоннеля

 

Изобретение относится к строительству, 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. Конструкция тоннеля включает обделку, состоящую из лотка, стен и перекрытия, наружный защитный экран из протяженных элементов и расположенную снаружи тоннеля зону упроченного инъектированием грунта. Новым является то, что зона упрочненного инъектированием грунта выполнена в виде образованной из упрочняющего материала или из пропитанного им грунта системы усиливающих элементов в виде инъекционных свай, и/или грушеобразных тел, и/или взаимно пересекающихся слоев, причем, по крайней мере, часть оголовков свай и/или грушеобразных тел или расположенные в их оголовках элементы пересекают экран и заведены в обделку тоннеля. 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 под транспортной магистралью без перерыва движения по ней в сложных горно-геологических условиях, в том числе при наличии слабых и/или 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. 21 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.

Известна конструкция тоннеля, включающая 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 А5, 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 конструкция тоннеля, включающая обделку, состоящую из лотка, стен и перекрытия, наружный защитный экран из протяженных элементов и расположенную снаружи тоннеля зону упроченного инъектированием грунта (см. МАЛИНИН А.Г. Строительство автодорожных тоннелей в Перми. - Подземное пространство мира, 1999, 5, 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 конструкции тоннеля, включающей обделку, состоящую из лотка, стен и перекрытия, наружный защитный экран из протяженных элементов и расположенную снаружи тоннеля зону упрочненного инъектированием грунта, согласно изобретению зона упрочненного инъектированием грунта выполнена в виде образованной из упрочняющего материала или из пропитанного им грунта системы усиливающих элементов в виде инъекционных свай, и/или грушеобразных тел, и/или взаимно пересекающихся слоев, причем, по крайней мере, часть оголовков свай и/или грушеобразных тел или расположенные в их оголовках элементы пересекают экран и заведены в обделку тоннеля.

Усиливающие элементы системы могут быть выполнены из отвердевшей смеси грунта и цементного раствора, или из смеси грунта и синтетических смол, и/или из цементного раствора или из синтетических смол.

Экран может быть выполнен из протяженных элементов с замкнутой или разомкнутой конфигурацией поперечного сечения и замковыми соединениями между элементами, причем в экране образованы отверстия для пропуска оголовков усиливающих элементов или расположенных в их оголовках элементов.

Отверстия могут быть расположены в замковых соединениях элементов экрана и/или в элементах экрана.

Защитный экран может быть выполнен 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 спирально-шовных.

Полости элементов экрана могут быть заполнены твердеющим материалом.

Полости элементов экрана могут быть заполнены бетоном или полимербетоном.

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.

Защитный экран может быть снабжен подкрепляющими его дискретно расположенными по длине тоннеля рамами, причем экран, подкрепляющие элементы экрана рамы и заполнение между ними преимущественно из монолитного, и/или сборного, и/или сборно-монолитного железобетона образуют совместно единую сталежелезобетонную пространственную систему.

Рамы могут быть выполнены однопролетными или многопролетными, со стойками и/или 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 расположенный в зонах основания порталов и, по крайней мере, на части высоты и длины примыкающих к основанию подпорных стен защитный экран, который может быть выполнен аналогично защитному экрану тоннеля.

При этом основание порталов может быть выполнено свайным, 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 под транспортной магистралью без перерыва движения по ней в сложных горно-геологических условиях, в том числе при наличии слабых и/или 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.

Конструкция тоннеля включает обделку 1 с лотком 2, стенами 3 и перекрытием 4, наружный защитный экран 5 из протяженных элементов с замкнутой или разомкнутой (на чертежах не показано) конфигурацией поперечного сечения и замковыми соединениями 7 между элементами 6. Конструкция, возводимая в слабом грунте 8, снабжена усиливающими, образующими в грунте 8 армирующую структуру элементами, расположенными с внешней стороны экрана 5, по крайней мере, на части его площади, пересекающими его и заведенными в обделку 1. Усиливающие элементы могут быть выполнены в виде системы инъекционных свай, и/или грушеобразных тел (на чертежах не показано), и/или взаимно пересекающихся слоев (на чертежах не показано), и/или прослоев (на чертежах не показано).

Усиливающие элементы могут быть выполнены из отвердевшей смеси грунта и закрепляющего материала. Усиливающие элементы могут быть выполнены инъекционными из отвердевшей смеси грунта и цементного раствора или смеси грунта и синтетических смол.

Сваи 9, расположенные в зоне лотка 2, образуют свайное основание 10, причем верхние части свай 9 могут быть снабжены патрубками 11, выполненными преимущественно из металла. Патрубки 10 пропущены через отверстия 12, выполненные в замковых соединениях 7 элементов 6 экрана 5.

Защитный экран 5 выполнен 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 спирально-шовных.

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

Заполнение полостей 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 (на чертежах не показано).

По крайней мере, часть поверхностей элементов экрана 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) преимущественно из монолитного, и/или сборного, и/или сборно-монолитного железобетона 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 образующих замок, приваренных на обращенных друг к другу поверхностях смежных элементов 6 экрана 5 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 5 800-1400 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 выполнена 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. Конструкция тоннеля, включающая обделку, состоящую из лотка, стен и перекрытия, наружный защитный экран из протяженных элементов и расположенную снаружи тоннеля зону упрочненного инъектированием грунта, отличающаяся тем, что зона упрочненного инъектированием грунта выполнена в виде образованной из упрочняющего материала или из пропитанного им грунта системы усиливающих элементов в виде инъекционных свай, и/или грушеобразных тел, и/или взаимно пересекающихся слоев, причем, по крайней мере, часть оголовков свай и/или грушеобразных тел или расположенные в их оголовках элементы пересекают экран и заведены в обделку тоннеля.

2. Конструкция тоннеля по п.1, отличающаяся тем, что усиливающие элементы системы выполнены из отвердевшей смеси грунта и цементного раствора, или из смеси грунта и синтетических смол, и/или из цементного раствора, или из синтетических смол.

3. Конструкция тоннеля по любому из пп.1, 2, отличающаяся тем, что экран выполнен из протяженных элементов с замкнутой или разомкнутой конфигурацией поперечного сечения и замковыми соединениями между элементами, причем в экране образованы отверстия для пропуска оголовков усиливающих элементов или расположенных в их оголовках элементов.

4. Конструкция тоннеля по п.3, отличающаяся тем, что отверстия расположены в замковых соединениях элементов экрана и/или в элементах экрана.

5. Конструкция тоннеля по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что защитный экран выполнен 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 спирально-шовных.

6. Конструкция тоннеля по любому из пп.3-5, отличающаяся тем, что полости элементов экрана заполнены твердеющим материалом.

7. Конструкция тоннеля по п.6, отличающаяся тем, что полости элементов экрана заполнены бетоном или полимербетоном.

8. Конструкция тоннеля по любому из пп.6, 7, отличающаяся тем, что заполнение полостей элементов экрана выполнено с армированием.

9. Конструкция тоннеля по п.8, отличающаяся 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.

10. Конструкция тоннеля по любому из пп.5-9, отличающаяся тем, что, по крайней мере, часть поверхностей элементов экрана выполнены с защитным покрытием.

11. Конструкция тоннеля по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что защитный экран снабжен подкрепляющими его дискретно расположенными по длине тоннеля рамами, причем экран, подкрепляющие элементы экрана рамы и заполнение между ними преимущественно из монолитного, и/или сборного, и/или сборно-монолитного железобетона образуют совместно единую сталежелезобетонную пространственную систему.

12. Конструкция тоннеля по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что рамы выполнены однопролетными или многопролетными, со стойками и/или балками, выполненными в виде закрытого, или открытого, и/или комбинированного профилей из прокатных, и/или гнутых, и/или сварных, и/или трубчатых элементов.

13. Конструкция тоннеля по любому из пп.3-12, отличающаяся 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.

14. Конструкция тоннеля по любому из пп.1-14, отличающаяся тем, что тоннель выполнен с порталами, имеющими подпорные стены переменной высоты и расположенный в зонах основания порталов и, по крайней мере, на части высоты и длины примыкающих к основанию подпорных стен защитный экран.

15. Конструкция тоннеля по п.14, отличающаяся тем, что защитный экран порталов выполнен аналогично защитному экрану тоннеля.

16. Конструкция тоннеля по любому из пп.14, 15, отличающаяся тем, что основание порталов выполнено свайным.

17. Конструкция тоннеля по п.16, отличающаяся тем, что сваи основания порталов выполнены также инъекционными, цементогрунтовыми.

18. Конструкция тоннеля по любому из пп.5-17, отличающаяся 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.

19. Конструкция тоннеля по любому из пп.1-18, отличающаяся тем, что с одной его внутренней стороны образована служебная дорожка, а с другой стороны - тротуар.

20. Конструкция тоннеля по любому из пп.1-19, отличающаяся тем, что дорожная одежда тоннеля выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев керамзитобетона, пористого асфальтобетона и слоя плотного асфальтобетона с поверхностной обработкой.

21. Конструкция тоннеля по п.19, отличающаяся тем, что дорожная одежда служебной дорожки выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев щебня с прослойкой пенополистирола, слоя цементно-песчаной смеси и плиток покрытия.

22. Конструкция тоннеля по п.19, отличающаяся тем, что дорожная одежда тротуара выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев щебня с прослойкой пенополистирола, растворной стяжки, цементно-песчаной смеси и плиток перекрытия.

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