Тоннель

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям подземных сооружений, возводимых в сложных горно-геологических условиях, в том числе в обводненных слабых грунтах, залегающих под лотком тоннеля и образующих его основание. Тоннель, возводимый в слабых грунтах, имеет сборно-монолитную обделку, включающую образующие экран продавленные в грунте полые металлические элементы, соединенные замковыми соединениями, несущие рамы и бетон омоноличивания. Новым является то, что, по крайней мере, часть продавленных в грунте полых металлических элементов экрана выполнена по длине с переменной жесткостью, возрастающей в направлении, обратном направлению продавливания, и постоянным наружным диаметром. 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, возводимого под транспортной магистралью без перерыва движения по ней в сложных горных горно-геологических условиях, в том числе и при наличии слабых обводненных грунтов в основании тоннеля, при одновременном сокращении сроков строительства, энергоемкости, трудо- и материалозатрат за счет оптимального распределения материала по длине продавливаемого элемента, соответствующего степени нагруженности его участков. 23 з.п.ф-лы, 11 ил.

 

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

Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому техническому результату является тоннель, возводимый в слабых грунтах, со сборно-монолитной обделкой, включающей образующие экран продавленные в грунте полые металлические элементы, объединенные замковыми соединениями, несущие рамы и бетон омоноличивания (см., например, RU 2138507, 27.09.1999).

Однако известная конструкция тоннеля не учитывает разную степень нагруженности каждого элемента, возникающих при этом напряжений по длине и при возведении является достаточно трудоемкой и материалоемкой.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и безопасности долговременной эксплуатации тоннеля, возведенного в сложных горно-геологических условиях, при одновременном снижении материалоемкости и трудоемкости возведения.

Задача решается за счет того, что в тоннеле, возводимом в слабых грунтах, со сборно-монолитной обделкой, включающей образующие экран продавленные в грунте полые металлические элементы, объединенные замковыми соединениями, несущие рамы и бетон омоноличивания, согласно изобретению, по крайней мере, часть продавленных в грунте полых металлических элементов экрана выполнена по длине с переменной жесткостью, возрастающей в направлении, обратном направлению продавливания, и постоянным наружным диаметром.

Полые металлические элементы экрана могут быть выполнены 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.

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.

Армирование полостей элементов экрана 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 может быть выполнена с защитным покрытием.

Полые металлические элементы экрана, несущие рамы и бетон омоноличивания могут образовывать совместно единую сталежелезобетонную пространственную систему.

Несущие 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 металлических элементов экрана двух протяженных замковых 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 замкового элемента.

Замковые соединения могут быть выполнены в виде образующих замок, приваренных на обращенных друг к другу поверхностях смежных элементов экрана двух протяженных замковых элементов, которые у одного из смежных элементов экрана выполнены С-образными в поперечном сечении, а у другого - в виде заводимых в С-образные замковые элементы стенок с расположенным на свободной кромке каждой стенки уширением шириной, превышающей ширину створов С-образных в поперечном сечении замковых элементов.

Каждая секция повышенной жесткости может быть выполнена с наружными радиальными ребрами жесткости, в том числе с усиливающими накладками.

Каждая секция повышенной жесткости может быть выполнена из материала с модулем упругости, превышающим модули упругости материала других секций.

Каждая секция повышенной жесткости может быть выполнена короче других секций.

Тоннель может быть выполнен со свайным основанием, сваи которого выполнены инъекционными.

Продавленные в грунте полые металлические элементы экрана могут быть расположены по всему периметру тоннеля с образованием защитного экрана, лотковая часть которого совместно с элементами несущих рам, ростверком свайного основания и армированным бетоном омоноличивания и/или сборными элементами лотка образует лотковую часть обделки.

Тоннель может быть выполнен с порталами, имеющими подпорные стены переменной высоты и защитный экран, расположенный в зонах оснований порталов и, по крайней мере, на части высоты и длины примыкающих к основанию подпорных стен, причем защитный экран выполнен из продавливаемых в грунте полых металлических элементов, полости которых заполнены армированным бетоном.

Основание порталов может быть выполнено свайным с переходными плитами.

Сваи основания порталов могут быть выполнены инъекционными цементогрунтовыми.

Обделка может включать перекрытие, стены и лоток, причем 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.

С одной внутренней стороны тоннеля 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, возводимого под транспортной магистралью без перерыва движения по ней в сложных горных горно-геологических условиях, в том числе и при наличии слабых обводненных грунтов в основании тоннеля, при одновременном сокращении сроков строительства, энергоемкости, трудо- и материалозатрат за счет оптимального распределения материала по длине продавливаемого элемента, соответствующего степени нагруженности его участков.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображен продольный разрез будущего тоннеля на стадии продавливания полых элементов экрана за стенами будущего тоннеля;

на фиг.2 - полый элемент экрана в виде составной металлической трубы, продольный разрез;

на фиг.3 - полый элемент экрана в поперечном сечении;

на фиг.4 - замковое соединение полых металлических элементов экрана в поперечном разрезе;

на фиг.5 - фрагмент поперечного сечения части тоннеля на промежуточной стадии возведения с защитным экраном и рамами временного крепления;

на фиг.6 - фрагмент портала тоннеля, продольный разрез, сваи условно не показаны;

на фиг.7 - портал тоннеля с подпорными стенками, вид спереди;

на фиг.8 - поперечное сечение тоннеля с защитным экраном и свайным основанием;

на фиг.9 - дорожная одежда тоннеля в поперечном разрезе;

на фиг.10 - дорожная одежда служебной дорожки тоннеля в поперечном разрезе;

на фиг.11 - дорожная одежда тротуара тоннеля в поперечном разрезе.

Тоннель 1, возводимый в слабых грунтах, имеет сборно-монолитную обделку 2, включающую образующие экран 3 продавленные в грунте полые металлические элементы 4, объединенные замковыми соединениями 5, несущие рамы 6 и бетон омоноличивания 7. По крайней мере, часть продавленных в грунте полых металлических элементов 4 экрана 3 выполнена по длине с переменной жесткостью, возрастающей в направлении, обратном направлению продавливания, и постоянным наружным диаметром.

Полые металлические элементы 4 экрана 3 выполнены 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.

Полости 8 элементов 4 экрана 3 заполнены твердеющим материалом, в качестве которого может быть использован бетон или полимербетон. Заполнение полостей 8 элементов 4 экрана 3 может быть выполнено с армированием.

Армирование полостей 8 элементов 4 экрана 3 выполнено каркасами 9, и/или отдельными стержнями (не показано), и/или сетками (не показано), и/или с включением прокатных профилей (не показано), и/или с использованием стержневых конструкций типа плоских или пространственных ферм (не показано).

По крайней мере, часть поверхностей элементов 4 экрана 3 выполнена с защитным покрытием (не показано).

Полые металлические элементы 3, несущие рамы 6 и бетон омоноличивания 7, образуют совместно единую сталежелезобетонную пространственную систему.

Несущие рамы 6 выполнены однопролетными или многопролетными со стойками 10 и балками 11, выполненными в виде закрытого или открытого и/или комбинированного профилей из прокатных, и/или гнутых, и/или сварных, и/или трубчатых элементов (не показано).

Замковые соединения 5 могут быть выполнены в виде образующих замок, приваренных на обращенных друг к другу поверхностях смежных металлических элементов 4 экрана 3, двух протяженных замковых элементов 12, 13, один из которых - 12 выполнен С-образным в поперечном сечении, а другой - 13 выполнен в виде заведенной в него стенки с расположенным на свободной кромке уширением шириной, превышающей ширину створа С-образного в поперечном сечении замкового элемента.

Замковые соединения 5 могут быть выполнены в виде образующих замок, приваренных на обращенных друг к другу поверхностях смежных элементов 4 экрана 3 двух протяженных замковых элементов 12, 13, которые у одного из смежных элементов 4 экрана 3 выполнены С-образными в поперечном сечении, а у другого - в виде заводимых в С-образные замковые элементы 12 стенок с расположенным на свободной кромке каждой стенки уширением шириной, превышающей ширину створов С-образных в поперечном сечении замковых элементов 12.

Каждая секция повышенной жесткости (не показано) может быть выполнена с наружными радиальными ребрами жесткости, в том числе с усиливающими накладками (не показано).

Каждая секция повышенной жесткости (не показано) может быть выполнена из материала с модулем упругости, превышающим модули упругости материала других секций или каждая секция повышенной жесткости может быть выполнена короче других секций.

Тоннель 1 может быть выполнен со свайным основанием 14, сваи 15 которого выполнены инъекционными.

Продавленные в грунте полые металлические элементы 4 могут быть расположены по всему периметру тоннеля 1 с образованием защитного экрана 3, лотковая часть которого совместно с элементами несущих рам 6, ростверком свайного основания и армированным бетоном омоноличивания и/или сборными элементами лотка образует лотковую часть обделки.

Тоннель 1 выполнен с порталами 16, имеющими подпорные стены 17 переменной высоты и защитный экран 3, расположенный в зонах оснований порталов 16 и, по крайней мере, на части высоты и длины, примыкающих к основанию подпорных стен 17, причем защитный экран 3 выполнен из продавливаемых в грунте полых металлических элементов 4, полости 8 которых заполнены армированным бетоном.

Основание порталов 16 выполнено свайным с переходными плитами (не показано).

Сваи (не показано) основания порталов 16 выполнены инъекционными, цементогрунтовыми.

Обделка 2 включает перекрытие 18, стены 19 и лоток 20, причем толщины перекрытия 18, стен 19 и лотка 20 тоннеля 1 могут соотносится как 1:(0,7...1,2):(0,5...0,9), диаметр свай 15 составляет 600...1000 мм при длине 10...16 м, а диаметр элементов 4 экрана 3 - 800...1400 мм.

С одной внутренней стороны тоннеля 1 образована служебная дорожка, а с другой стороны - тротуар (не показаны).

Дорожная одежда тоннеля 1 выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев керамзитобетона 21, пористого асфальтобетона 22 и слоя плотного асфальтобетона 23 с поверхностной обработкой.

Дорожная одежда служебной дорожки выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев щебня 24 с прослойкой пенополистирола 25, слоя цементно-песчаной смеси 26 и плиток покрытия 27.

Дорожная одежда тротуара выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев щебня 24 с прослойкой пенополистирола 25, растворной стяжки 28, цементно-песчаной смеси 26 и плиток покрытия 27.

1. Тоннель, возводимый в слабых грунтах, со сборно-монолитной обделкой, включающей образующие экран продавленные в грунте полые металлические элементы, соединенные замковыми соединениями, несущие рамы и бетон омоноличивания, отличающийся тем, что, по крайней мере, часть продавленных в грунте полых металлических элементов экрана выполнены по длине с переменной жесткостью, возрастающей в направлении, обратном направлению продавливания и постоянным наружным диаметром.

2. Тоннель по п.1, отличающийся тем, что полые металлические элементы экрана выполнены 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 спирально-шовных.

3. Тоннель по любому из пп.1, 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 любому из пп.3, 4, отличающийся тем, что заполнение полостей элементов экрана выполнено с армированием.

6. Тоннель по п.5, отличающийся тем, что армирование полостей элементов экрана 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.2-6, отличающийся тем, что, по крайней мере, часть поверхностей элементов экрана выполнены с защитным покрытием.

8. Тоннель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что полые металлические элементы экрана, несущие рамы и бетон омоноличивания образуют совместно единую сталежелезобетонную пространственную систему.

9. Тоннель по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что несущие 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 полых металлических элементов экрана выполнены в виде образующих замок, приваренных на обращенных друг к другу поверхностях смежных металлических элементов экрана, двух протяженных замковых 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 замкового элемента.

11. Тоннель по любому из пп.2-9, отличающийся тем, что замковые соединения полых металлических элементов экрана выполнены в виде образующих замок, приваренных на обращенных друг к другу поверхностях смежных элементов экрана двух протяженных замковых элементов, которые у одного из смежных элементов экрана выполнены С-образными в поперечном сечении, а у другого - в виде заводимых в С-образные замковые элементы стенок с расположенным на свободной кромке каждой стенки уширением шириной, превышающей ширину створов С-образных в поперечном сечении замковых элементов.

12. Тоннель по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что каждая секция повышенной жесткости выполнена с наружными радиальными ребрами жесткости, в том числе с усиливающими накладками.

13. Тоннель по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что каждая секция повышенной жесткости выполнена из материала с модулем упругости, превышающим модули упругости материала других секций.

14. Тоннель по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что каждая секция повышенной жесткости выполнена короче других секций.

15. Тоннель по любому из пп.1-14, отличающийся тем, что он выполнен со свайным основанием, сваи которого выполнены инъекционными.

16. Тоннель по п.15, отличающийся тем, что продавленные в грунте полые металлические элементы экрана расположены по всему периметру тоннеля с образованием защитного экрана, лотковая часть которого совместно с элементами несущих рам, ростверком свайного основания и армированным бетоном омоноличивания и/или сборными элементами лотка образует лотковую часть обделки.

17. Тоннель по любому из пп.1-16, отличающийся тем, что он выполнен с порталами, имеющими подпорные стены переменной высоты и защитный экран, расположенный в зонах оснований порталов и, по крайней мере, на части высоты и длины примыкающих к основанию подпорных стен, причем защитный экран выполнен из продавливаемых в грунте полых металлических элементов, полости которых заполнены армированным бетоном.

18. Тоннель по п.17, отличающийся тем, что основание порталов выполнено свайным, с переходными плитами.

19. Тоннель по п.18, отличающийся тем, что сваи основания порталов выполнены инъекционными, цементогрунтовыми.

20. Тоннель по любому из пп.2-19, отличающийся тем, что обделка включает перекрытие, стены и лоток, причем 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.

21. Тоннель по любому из пп.1-20, отличающийся тем, что с одной его внутренней стороны образована служебная дорожка, а с другой стороны - тротуар.

22. Тоннель по любому из пп.1-21, отличающийся тем, что дорожная одежда тоннеля выполнена из последовательно расположенных снизу вверх слоев керамзитобетона, пористого асфальтобетона и слоя плотного асфальтобетона с поверхностной обработкой.

23. Тоннель по п.21, 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.

24. Тоннель по п.21, 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.