Возведение тоннельных обделок

Щитовая проходка предусматривает механизированное возведение обделки из сборных элементов или монолитно-прессованного бетона. Обделку собирают (или формируют) под защитой оболочки щита. Строительный зазор, образующийся после схода обделки с оболочки щита, ликвидируется путем нагнетания раствора за обделку либо обжатия обделки на грунт.

Тюбинги или блоки обделки доставляют к укладчику тоннельной обделки на специальных тележках на железнодорожном ходу – тюбинговозках (блоковозках) либо автотранспортом. В зависимости от средств доставки и оборудования комплекса элементы обделки подают непосредственно под захват укладчика или разгружают на некотором расстоянии от щита. В последнем случае элементы обделки перемещают к укладчику с помощью тельфера, подвешенного к монорельсу, по рольгангу (см. рис. 5.3, 5.4), установленному наклонно в сторону щита, или по транспортеру для блоков (см. рис. 5.5, 5.6). Далее тюбинги или блоки крепятся на захватывающем устройстве укладчика и подаются к месту монтажа кольца обделки.

Для монтажа сборных обделок применяют укладчики рычажного, кольцевого, кассетного, дугового типов, располагаемые в хвостовой части щита или на технологической платформе, перемещающейся вслед за щитом.

Монтаж обделок из тюбингов или блоков с верхними замковыми вкладышами производят укладчиками рычажного или кольцевого типов. Непосредственный захват тюбингов или блоков осуществляется рычагом укладчика, который имеет возможность вращаться в плоскости собираемого кольца, а также удлиняться или укорачиваться. Кроме того, механизм доводки обеспечивает укладчику свободу перемещения вдоль тоннеля (см. рис. 5.2…5.4).

К захвату укладчика тюбинги крепятся с использованием болтовых отверстий, отверстий в среднем ребре; железобетонные блоки – с использованием отверстий для нагнетания раствора. Монтаж обделок такими укладчиками производят при помощи оправок, болтов, шпилек, поддерживающих устройств, устанавливая сначала лотковый, а затем остальные элементы поочередно с каждой стороны. Тюбинги присоединяют к обделке при помощи стальных болтов, плотно затягиваемых пневматическими сболчивателями. При монтаже железобетонных блоков применяют выдвижные поддерживающие балки, фиксирующие шпильки и дюбели. При сборке железобетонных тюбинговых обделок натяжение болтов должно ограничиваться по условию прочности бортов. Монтаж замковых вкладышей производят в последнюю очередь при помощи специального гидроцилиндра, установленного на щите, или вручную.

После установки замкового элемента проверяют величину отклонения геометрических размеров собранного кольца от проектного кругового очертания – эллиптичность обделки. В соответствии со строительными нормами для собранных обделок метрополитена эллиптичность колец не должна превышать ±25 мм, а после передвижки щита ±50 мм. Для блочных обделок нормируется также высота уступов между блоками, которая не должна превышать ±10 мм – для продольных стыков, ±15 мм – для поперечных стыков.

В зависимости от конструкции обделки и диаметра тоннеля ориентировочные трудозатраты на монтаж тюбингового кольца диаметром 5,5…6 м укладчиками рычажного и кольцевого типов составляют 6…12 чел.-часов; на монтаж тюбингового кольца диаметром 8,5…9,5 м – 17…30 чел.-часов (состав бригады 4…5 человек). Ориентировочные трудозатраты на монтаж блочной обделки укладчиками рычажного и кольцевого типов составляют 3,5…4 чел.-часа (состав бригады 3…4 человека).

Сборные блочные обделки целесообразно возводить с обжатием на грунт. Последовательность укладки блоков в кольце зависит от конструкции обделки и принятого метода ее обжатия. Наибольшее распространение получили методы обжатия вдавливанием в кольцо щитовыми гидроцилиндрами трапециевидных (клиновых) блоков или разжатия кольца специальными гидроцилиндрами [2, с. 103–104]. В последнем случае кольца обделки изготовляют без замковых вкладышей или блоков, а монтаж ведется с применением дуговых (как в комплексе КТ1-5,6), кольцевых конвейерных или кассетных укладчиков (см. рис. 5.4). При этом блоки устанавливаются в обратной последовательности: вначале верхние, затем нижние. Обжатие осуществляют двухходовыми домкратами, размещаемыми в стыке (или обоих стыках) лотковых блоков. Усилие обжатия зависит от диаметра обделки, свойств грунтов и составляет 150…600 кН. В процессе обжатия наружный диаметр обделки становится равным внутреннему диаметру щита (по оболочке), соответственно увеличивается и внутренний диаметр обделки. Фиксация разжатого положения обделки осуществляется железобетонными вкладышами. После схода колец обделки с оболочки щита производится вторичное обжатие (обжатие в грунт). При этом фиксирующие вкладыши заменяют вкладышами большего размера. Наружный диаметр обделки становится равным наружному диаметру щита. Для предотвращения трещинообразования между торцами обделки и башмаками щитовых домкратов рекомендуется применять специальные распределительные кольца.

Процесс сборки кольца по такой технологии происходит почти непрерывно, что обеспечивает высокую производительность и высокое качество монтажа обделки. Ориентировочные трудозатраты на монтаж кольца блочной обделки, обжатой на грунт из лотка, укладчиками таких типов составляют 1…1,5 чел.-часа. Монтаж выполняют 3 человека.

Для монтажа обделок, допускающих непрерывное передвижение щита в этом процессе (например, обделка из блоков в форме трапеции), рекомендуется применять укладчики кольцевого типа, размещаемые на щите (см. рис. 5.5 и 5.6). Такие обделки замыкаются без ключевого блока. Кольцо обделки включает четное количество блоков (см. рис. 3.4). Половину блоков (четные) укладывают с промежутками, равными длине блока, широкой стороной к ранее уложенному кольцу. Блоки прижимаются к этому кольцу гидроцилиндрами щита и фиксируются в проектном положении посредством сталеполимерных дюбелей системы «CONEX», расположенных по торцевым стыкам каждого блока. Затем между ними вдавливают остальные (нечетные) блоки, развернув их к ранее уложенному кольцу узкой стороной. Монтаж кольца обделки ведется одновременно с продвижением щита с последовательным переключением его гидроцилиндров на четные и нечетные блоки кольца. Аналогичным образом ведется монтаж кольца, состоящего из блоков в форме параллелограмма и трапеции.

Технические характеристики некоторых укладчиков приведены в [6, с. 149–154] и в табл. 2 Приложения.

Обделки из монолитно-прессованного бетона возводят путем формования бетонной смеси с помощью щитовых гидроцилиндров. Сущность возведения монолитно-прессованной бетонной обделки заключается в следующем. В замкнутое пространство, образованное опалубкой, хвостовой оболочкой щита, прессующим кольцом и ранее сооруженным кольцом обделки, нагнетается свежая бетонная смесь. Щит продвигается вперед, упираясь своими гидроцилиндрами в пресс-кольцо, которое, перемещаясь в противоположном движению щита направлении, прессует бетонную смесь. Оболочка щита при этом сдвигается вперед, обнажая грунт. Бетонная смесь выдавливается в зазор и уплотняет грунт. Прессующее кольцо перемещается на ширину возводимого кольца, затем отводится в исходное положение и наращивается опалубка. Прессующее кольцо снабжено устройством для возврата в исходное положение и соединено при помощи патрубка с бетоноводом.

Прессование бетонной смеси производят в две стадии. При передвижке щита смесь опрессовывается низким давлением (до 0,5 МПа под торцом прессующего устройства в течение 3…6 мин), а затем – давлением максимальной проектной величины, устанавливаемым в зависимости от инженерно-геологических условий (2…5 МПа). В устойчивых скальных грунтах с f > 1,5 прессование может производиться с помощью специальных домкратов, устанавливаемых в распорном кольце, расположенном позади щита. В этих случаях применяют щиты без оболочки.

При возведении обделок используют опалубки различных типов: переставные, скользящие жесткие и формующие. Формующие опалубки устанавливаются соосно со щитом, они наиболее предпочтительны, так как на бетон не оказывается воздействия поперечных нагрузок.

Современные щитовые комплексы обеспечивают сооружение монолитно-прессованных обделок перегонных тоннелей толщиной 300…500 мм. Технологические схемы проходческих комплексов для сооружения обделки из монолитно-прессованного бетона приведены в [1, с. 258, 2; с. 105, 106, 117].

5.3.5. Первичное и контрольное нагнетание раствора,