Патент на изобретение №2181412
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ТОННЕЛЬ
(57) Реферат: 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
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
|
||||||||||||||||||||||||||
