Туннели » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Туннели

07.07.2021

В каждом случае метод проходки туннеля назначается в зависимости от характера грунтов или скальных пород, в толще которых он закладывается. Помимо изучения инженерных свойств грунта существенное значение имеют предверительные геологические исследования. Если скальная порода вполне здорова и способна обеспечить отсутствие вывалов со свода туннеля в период строительства, при проходке туннеля может не потребоваться никакого специального крепления. С другой стороны, бывают случаи, когда предварительные геологические исследования свидетельствуют о том, что порода по трассе туннеля лишена монолитности и дислоцирована либо о других особых условиях, которые способны привести к трудностям, и могут потребоваться тщательно разработанные план и последовательность в проведении работ. Рис. 16.42 иллюстрирует способ производства работ, который был применен при сооружении короткого (540 футов), но с рекордной шириной (79 футов по линии пят) туннеля, пройденного в толще разрушенных и перемежающихся пластов песчаника и сланца острова Иерба Буена, связывающего два пункта: мост Сан-Франциско-Окленд Бей. Подобный способ работ используется, когда при проходке туннелей приходится вскрывать толщу и других ослабленных в своей прочности пород.
Туннели

При проведении работ по этому способу прежде всего, как показано на рис. 16.42,а, в толще свода туннеля проходится направляющая штольня с небольшим сечением («обезьяний ход»). Эта штольня предоставляет важную возможность геологам-консультантам, которые всегда должны присутствовать на значительных работах такого рода, убедиться в процессе производства работ в правильности предварительной оценки состояния породы, проведенной путем изучения кернов колонкового бурения и геологической съемки района строительной площадки. При этом условии могут быть своевременно внесены необходимые коррективы в методы производства работ. После завершения работ по проходке направляющего хода проходятся боковые штольни.

На следующем этапе строительства (рис. 16.42,б) возводятся боковые бетонные стенки туннеля и разрабатывается порода в своде туннеля. Стенки временно поддерживаются креплением с упором на центральное ядро, сложенное оставленной для этой цели нетронутой породой.

Наконец, как это показано на рис. 16.42, в, бетонируется сам свод или путем подачи бетона под действием силы тяжести из центрального направляющего хода, или путем принудительного его нагнетания. Иногда прибегают к дополнительной инъекции цементного раствора в пространство между обделкой туннеля и породой, а в случае необходимости цементируется и сама порода. На последнем этапе работ разрабатывают ядро.

Само собой разумеется, что в зависимости от местных условий может потребоваться много изменений в деталях описанной выше очередности проведения работ.

Метод оценки величины давления породы («горного давления») на обделку туннеля еще до сих пор является объектом всякого рода предположений и базируется главным образом на данных предшествующего опыта с изучением поведения обделок туннелей, пройденных в более или менее аналогичных геологических условиях. Вместе с тем следует отметить, что в различное время делались попытки разработать такой расчетный метод на базе изучения напряженного состояния породы вокруг туннельной выработки.

При проходке туннеля в толще твердых глинистых пород зачастую используется способ производства работ, подобный показанному для скальных пород на рис 16.42. Такой способ получил название способа с использованием тюбингов, так как еще до бетонирования основной обделки для поддержания глинистой породы устанавливаются легкие плиты, усиленные стальными криволинейными ребрами. Прочность глины на сдвиг и сечение туннеля являются двумя факторами, от которых зависит успех применения этого способа. Удельное давление по ширине b основания временной обделки (см. рис. 16.42, где эта величина относится к основной обделке) возрастает с диаметром d туннеля. Если это удельное давление становится здесь по сравнению с прочностью глины на сдвиг чрезмерным, то может возникнуть значительная осадка опоры крепления и даже иметь место при разработке центрального ядра туннеля нарушение ее прочности с выпиранием вверх подстилающей глинистой породы. В результате такого положения возникает значительная потеря грунта, т. е. объем выработанной породы окажется больше, чем объем пройденного туннеля. Такая потеря может сопровождаться неравномерной просадкой поверхности грунта («сдвижением пород») и разрушением возведенных на ней сооружений.

Использование в период строительства сжатого воздуха может отчасти ослабить давление глины, воспринимаемое временной опорой, и позволит без особых трудностей возвести основную обделку, которая в таких случаях в ее подошве укладывается по всей ширине туннеля, образуя тем самым одно целое с боковыми стенками и сводом туннеля.

Опыт возведения туннелей в Чикаго показал, что способ с использованием тюбингов может быть успешно применен для проходки под сжатым воздухом небольших канализационных туннелей. Однако при проходке туннелей метрополитена с большим сечением на участках, где была встречена мягкая глина, пришлось прибегнуть к значительно более дорогому способу щитовой проходки. К. Терцаги предложил метод количественной оценки предельных условий, при которых способ с применением тюбингов может еще использоваться безопасно.

Рис. 16.43 иллюстрирует принцип щитовой проходки при строительстве подводного туннеля. Специально сконструированный металлический щит S вдавливается в грунт с помощью 20—30 гидравлических домкратов J, располагаемых по периметру щита таким образом, что уже установленные тюбинги могут служить опорой для домкратов. Шаг домкратов устанавливается в соответствии с шириной b каждого кольца тюбинга, а число домкратов должно соответствовать числу стальных сегментных элементов тюбинга. При этом условии после каждого этапа продвижения щита можно поочередно снимать давление с домкратов и заменять их стальными сегментами тюбингов, которые будут на следующем этапе работы снова служить опорой для домкратов.

При таком способе работ исключается всякая потеря грунта в радиальном направлении, так как на всех этапах проходки щит перекрывает своим концом край уже установленного тюбинга. При проходке подводного туннеля всякая потеря грунта, находящегося перед щитом, также исключается. При этом оказывается даже выгодным иметь перед передвигающимся щитом некоторое количество такого грунта. Выполнение этого условия может быть обеспечено при устройстве в щите, как показано на рис. 16.43, весьма небольшого отверстия, через которое грунт мог бы вдавливаться внутрь уже обделанного туннеля. При этом способе большие расходы, связанные с удалением грунта из туннеля, могут быть сокращены до минимума. В результате выпирания грунта вверх от ствола туннеля под ним образуется некоторое поднятие высотой Δt. В последующем оно может быть легко ликвидировано. Подобный способ производства работ может быть успешно применен при проходке туннеля в толще только пластичных глин или разжиженного ила с малым сопротивлением сдвигу. Примером таких работ является сооружение туннеля Холланд и трубчатого туннеля Линкольн под р. Гудзон в Нью-Йорке. Для уменьшения до минимума притока воды в туннель в период строительства во всех случаях использовался сжатый воздух.

При проходке подводных туннелей в толще песка или других водопроницаемых грунтов с высоким сопротивлением трению становится невозможным отдавливать щитом даже некоторую часть грунта по трассе. Приходится поэтому весь грунт удалять полностью через отверстия в щите, что требует значительного мастерства и опыта. Должны быть приняты меры по предотвращению выпуска воздуха из забоя туннеля из-за прорыва сжатого воздуха на поверхность через щит и перекрывающую туннель проницаемую породу. С этой целью иногда песчаное дно покрывается временно слоем глины, как это делалось в период строительства туннеля Куинс под р. Ист Ривер в Нью-Йорке.

Щитовой способ проходки подводных туннелей оказывается особенно целесообразным в портах, где у уреза воды располагается множество сооружений, которые могут быть повреждены при значительных работах по подводной разработке грунта, необходимых при устройстве туннелей траншейным способом. Принцип этого способа иллюстрируется на рис. 16.44. Прежде всего вскрывается на всю требуемую глубину траншея. Необходимое заложение откосов траншеи зависит не только от свойств материала грунта, но в значительной степени и от доминирующих скоростей течения перекрывающего траншею потока. Оболочка туннеля состоит из железобетонных или стальных секций, торцы которых закрываются временными щитами для обеспечения их плавучести. Секции поочередно буксируются на предназначенное для них место, заполняются водой и погружаются на подготовленное песчаное основание. Затем специальным образом сконструированные торцы отдельных секций соединяются в подводном положении с помощью водолазов способом подводного бетонирования или водолазных колоколов со сжатым воздухом, опускаемых с поверхности воды. В подстилающий туннель слой песка инъецируется под давлением раствор, чтобы устранить пустоты между породой и телом туннеля и обеспечить тем самым равномерное распределение давления от веса туннеля на грунт. Затем водолазы удаляют шиты с торцов секций туннеля, после чего вода из туннеля откачивается. И, наконец, производится обратная засыпка траншеи.

Минимальную толщину t слоя грунта над верхом подводных туннелей обоих типов принимают исходя из условия обеспечения безопасного распределения нагрузки от случайно затонувшего корабля во избежание повреждения им корпуса туннеля. Величина t обычно колеблется в пределах от 15 до 20 футов.

В сопряжении концов подводного туннеля обоих типов с сушей обычно возводятся вентиляционные башни, располагаемые на каждом берегу. На рис. 10.29, б показана одна из таких башен роттердамского туннеля, которая обоснована на кессоне, опущенном на необходимую и большую глубину, чем примыкающие к ней секции туннеля траншейного типа, причем по одну сторону туннель был подводным, а по другую — возведен в открытой выемке с креплением. Проходку туннелей щитовым способом обычно начинают через отверстие в боковой стенке кессона вентиляционной башни.

Использование щитового способа при проходке туннелей на суше снижает также радиальные потери грунта в штольне туннеля до минимума. Однако в этом случае оказывается невозможным проталкивать какое-либо количество грунта по трассе строящегося туннеля, как это иногда делают при его проходке под водой (см. рис. 16.43). Возникающий при этом выпор грунта может вызвать такое же повреждение зданий, находящихся на поверхности, как и потеря грунта, или же даже большее. Поэтому значительная часть щита при проходке оставляется открытой. Величина возникающей при этом потери грунта может быть оценена с помощью способа, показанного на рис. 16.45. На двухдюймовую трубу известной длины l свободно насаживается наконечник P и вдавливается в горизонтальном положении в массив глины, залегающей в забое перед головой туннеля. Измеряется и регистрируется расстояние r от заднего конца трубы до марки R, закрепляемой на уже выполненной обделке туннеля. Затем трубу извлекают, оставив наконечник P в глине. Когда щит при его продвижении достигнет этой точки, вновь измеряется расстояние L2 между наконечником P и маркой R. Величина s=r+l—L2 будет тогда представлять линейный размер непроизводительно разработанного грунта («потерю») на этом уровне. Если эта величина окажется значительной и если этот факт будет подтвержден просадкой поверхности грунта, за которой во всех случаях следует вести наблюдения, то в этих случаях для ее уменьшения возникнет необходимость в повышении давления воздуха.

Как было показано ранее, на обделку туннеля передается через некоторое время весь вес перекрывающего слоя, представленного пластичной глиной. По этой причине основная обделка должна в подобных случаях проектироваться исходя из необходимости всего восприятия этого полного веса. До настоящего времени еще не до конца решен вопрос о путях оценки величины ожидаемого бокового давления и особенно пассивного сопротивления, которое может развивать глина в пластичной консистенции, обеспечивая неизменную по времени поддержку с боков гибкой обделки туннеля с круглым сечением и погашая таким образом деформацию, показанную на рис. 16.40,б. Поэтому, если только не имеется более обоснованных данных [см. работу Hиколе и Ганлока по проектированию и строительству перегонных туннелей и станций метрополитена], использование, как это было принято при проектировании туннелей чикагского метрополитена, значений коэффициента К в пределах 1/3—2/3 представляется при отсутствии пригрузки оправданным. Вследствие того что были приняты такие значения коэффициента К, стенки туннелей оказались чрезмерно массивными. Нет сомнения, что дальнейшие экспериментальные исследования позволят облегчить их для будущих сооружений.

При заложении туннелей в песчаной толще и проведении соответствующих мероприятий на обделку туннелей будет передаваться все время только часть веса перекрывающего туннель слоя. Уменьшение давления объясняется тем, что часть веса грунта, расположенного над туннелем, будет передаваться касательными напряжениями сдвига по вертикальным плоскостям на примыкающую массу грунта. Этот эффект, как показано на рис. 10.47, аналогичен условиям снижения давления на трубопроводы, проложенные в траншеях. Для оценки общей нагрузки, которую способна нести обделка туннеля, можно использовать выражение (16.23), в котором коэффициент Cd может быть принят по рис. 10.48 с подстановкой в этом графике вместо величины Н/b отношения Н/2r, где r — радиус туннеля.

Должно быть проявлено большое внимание в отношении возможности прорыва масс песка в туннель во время его строительства. Влажный песок, как правило, будет образовывать над небольшими отверстиями свод и потому не может вызывать тревогу в этом отношении. Однако совершенно сухой песок, который иногда встречается в природе, способен просачиваться в туннель даже через мельчайшие зазоры во временной его обделке. Перемещение песка в толще нарушает большинство (если не все) сводов, образовавшихся в ней, что ведет в конечном итоге к увеличению как вертикального, так и горизонтального давления на обделку туннеля. Такие случаи, вызвавшие значительные трудности при проведении работ, были отмечены в строительной практике. Эффективной контрмерой явилась инъекция из забоя туннеля химикатов в толщу песка, находящегося перед ним, и его закрепление еще до проходки туннеля на таких сомнительных участках, где ожидалось, что песок будет совершенно сухим.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: