Материалы обделок

Конструкции тоннельных обделок кругового очертания

Материалы, предназначенные для обделок подземных сооружений, должны быть долговечными прочными, огнестойкими, устойчивыми против химической и электрохимической агрессии, соответствовать требованиям водопроницаемости и морозостойкости, обеспечивать возможность максимальной механизации работ при их применении.

Основными материалами, которые наиболее полно отвечают требованиям подземного строительства, являются железобетон и чугун. Реже используются сталь и бетон, как правило, в комбинированных многослойных обделках.

Выбор материала обделки подземного сооружения является одним из важнейших вопросов проектирования, поскольку вид материала в дальнейшем определяет особенности конструктивных решения подземного сооружения и отдельных его элементов, оказывает существенное влияние на организационно-технологическую схему производства работ.

При выборе материала для подземных конструкций следует, прежде всего, ориентироваться на преимущества железобетона.

Однако водопроницаемость бетона ограничивает область его применения в подземных конструкциях: при гидростатическом напоре подземных вод более 0,1 МПа железобетонные конструкции без дополнительных мероприятий, обеспечивающих герметичность обделки, строительными нормами применять не рекомендуется. На рубеже столетий в практику отечественного тоннелестроения внедряются сборные железобетонные обделки из водонепроницаемого бетона с гидроизолирующими прокладками в стыках, обеспечивающие герметизацию тоннеля при гидростатических напорах 0,25 МПа и более.

Бетон в конструкциях подземных сооружений назначают в соответствии с требованиями нормативных документов и государственных стандартов, предъявляемыми к строительным материалам, с учётом их работы в подземных условиях.

В зависимости от вида конструкций, их назначения, климатических условий в районе строительства, условий возведения и эксплуатации сооружений устанавливают показатели качества бетона.

Основными показателями качества бетона являются:

- класс по прочности на осевое сжатие - В;

- класс по прочности на осевое растяжение - В_t;

- марка по водонепроницаемости - W;

- марка по морозостойкости – F.

Оптимальные классы и марки бетона выбирают на основании технико-экономических соображений в зависимости от способа сооружения тоннеля, типа железобетонной обделки, её напряжённо-деформированного состояния, способа изготовления, условий эксплуатации и т.д.

Для элементов сборных железобетонных обделок при закрытом способе работ рекомендуется принимать класс бетона В30; для обделок из монолитно-прессованного бетона – В25. Допускается применение бетона промежуточных классов по прочности на сжатие (например, В27,5) при условии, что это приведёт к экономии цемента по сравнению с применением бетона класса В30 и не снизит другие технико-экономические показатели конструкции. Для сокращения расхода арматурной стали в сборных железобетонных элементах, работающих в основном на сжатие, и для уменьшения размеров сечений обделок больших диаметров целесообразно использовать бетон высоких классов В45 – В60.

Прочностные и деформативные характеристики бетонов различных классов приведены в Приложении 2.

Марку бетона по водонепроницаемости для конструкций тоннельных обделок, расположенных выше уровня грунтовых вод, рекомендуется принимать не ниже W4, а возводимых в обводнённых грунтах без гидроизоляции необходимо устанавливать в зависимости от гидрогеологических условий в районе строительства, но принимать не ниже W6.

Проектные марки бетона обделок по морозостойкости назначают в зависимости от условий их работы и климатических условий в районе строительства. Так, при отсутствии знакопеременной температуры в тоннеле, при средней температуре наружного воздуха самого холодного месяца 15⁰С и выше, марку бетона по морозостойкости принимают F100, а при температуре ниже 15⁰С – F150; при переменном замораживании и оттаивании бетона в конструкции, находящейся в воздушно-влажном состоянии, соответственно, - F150 и F200, в водонасыщенном – F200 и F300.

Для изготовления бетонных и железобетонных обделок действующими нормативами рекомендуется использовать тяжёлый бетон. Арматура в железобетонных конструкциях устанавливается для восприятия растягивающих усилий и усиления бетона сжатых зон. Рабочую и монтажную арматуру объединяют в арматурные изделия – сварные и вязанные сетки и каркасы, которые размещаются в опалубке перед заполнением её бетоном.

Выбор арматурной стали производят в зависимости от типа конструкции, наличия предварительного натяжения, а также от условий эксплуатации сооружения. В качестве ненапрягаемой арматуры железобетонных конструкций преимущественно применяются горячекатаная арматурная сталь периодического профиля класса А-III и обыкновенная арматурная проволока диаметром 3–5 мм - Вр-I. Для поперечной арматуры допускается принимать стержневую арматуру классов А-II и А-I. Арматуру классов А-Ш, А-П и А-1 рекомендуется применять в виде сварных каркасов и сварных сеток; классов А-V, А-VI, а также горячекатанную класса А-IV – только для продольной рабочей арматуры вязаных каркасов и сеток.

Нормативные и расчётные характеристики для основных видов стержневой арматуры приведены в Приложении 3.

Металл для обделок транспортных тоннелей применяют, в основном, в виде чугунного (а в зарубежной практике и стального) литья для изготовления тюбингов. Литые чугунные плиты и листовую сталь используют в качестве гидроизоляции, закрепляя на внутренней поверхности железобетонных элементов сборной обделки.

В отечественном тоннелестроении используют тюбинги, которые изготавливают из серого чугуна марок СЧ 20. Серый чугун отличается высокой устойчивостью против коррозии, имеет большую прочность на сжатие. Однако серый чугун достаточно хрупок и плохо сопротивляется растягивающим напряжениям. Более высокими характеристиками и особенно сопротивлением растяжению, обладает высокопрочный чугун с шаровидным графитом перлитной структуры марок ВЧ 50–2, ВЧ 60–2 и ВЧ 70–3. Расчётные сопротивления высокопрочного чугуна на растяжение в 2,5-3 раза выше, чем серого чугуна. Нормативные и расчётные характеристики для основных видов чугуна приведены в Приложении 4.

Листовую сталь, обладающую достаточной прочностью и пластичностью, хорошей свариваемостью, используют в многослойных комбинированных обделках.

Условиям работы подземных конструкций в большей степени соответствуют малоуглеродистые стали (содержащие углерода до 0,22%) с пределом текучести до 250 МПа и временным сопротивлением разрыву до 370 МПа.