ТЮБИНГОВОЕ КОЛЬЦО ТОННЕЛЬНЫХ ОБДЕЛОК ДИАМЕТРОМ ОТ 10,5 ДО 15,5 МЕТРОВ ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
TUBING RING OF TUNNEL LINES WITH DIAMETER FROM 10½ TO 15½ METERS FOR UNDERGROUND STRUCTURES

Изобретение относится к области крепления выработок при строительстве подземных сооружений, а именно к конструкции чугунных тюбинговых тоннельных обделок наружным диаметром от 10,5 до 15,5 метров, применяемых для строительства подземных сооружений метрополитенов, железнодорожных и автодорожных тоннелей большого поперечного сечения.
Известны чугунные обделки больших поперечных сечений (шириной более 9.7 м) овальной или условно круглой формы, собираемые из тюбингов чугунных обделок малого диаметра с установкой между тюбингами, для увеличения размера поперечного сечения, чугунных прокладок. Такой конструкции тюбинговой обделки присущи недостатки, заключающиеся в сложности монтажных работ, а также в увеличенной податливости стыков элементов обделки и в невозможности осуществить поворот одного смежного кольца относительно другого, т.е. обеспечить перевязку колец, что уменьшает несущую способность и увеличивает деформативность всего сооружения.
Наиболее близким к заявленному является изобретение по пат. РФ №2436959, кл. Е21Д 5/10, опубл. 20.06.2011 г., бюлл. №17, в котором представлено тюбинговое кольцо для крепления вертикальных стволов горных выработок, состоящее из соединенных между собой нормальных, смежных и ключевого тюбингов посредством болтовых скреплений с гидроизоляционными и прижимными шайбами, причем каждый из тюбингов выполнен в виде литого чугунного сегмента с гладкой снаружи спинкой и замкнутыми по контуру круговыми и вертикальными бортами.
Однако данная конструкция не может быть применима при строительстве сооружений метрополитена или железнодорожных и автомобильных тоннелей, поскольку не обеспечивает равнопрочность тюбингового кольца в горизонтальных выработках.
Достигаемым при использовании предлагаемого изобретения техническим результатом является увеличение несущей способности и жесткости сооружения в целом путем обеспечения равнопрочности тюбингового кольца, возможности перевязки тюбинговых колец и увеличения жесткости стыков тюбингов в кольце.
Технический результат достигается тем, что чугунные тюбинговые тоннельные обделки наружным диаметром от 10,5 до 15,5 метров состоят из соединенных между собой нормальных, смежных и ключевого тюбингов посредством болтовых скреплений с гидроизоляционными прокладками и прижимными шайбами, причем каждый из тюбингов выполнен в виде литого чугунного сегмента с гладкой снаружи спинкой и замкнутыми по контуру кольцевыми и радиальными бортами. Нормальные тюбинги, расположенные в нижней, менее нагруженной от горного давления части обделки, выполнены облегченной конструкции за счет уменьшения толщины их спинки и бортов, что позволяет снизить общий вес конструкции. Во всех тюбингах, кроме ключевого, предусмотрены внутренние радиальные ребра жесткости в количестве одного и более рядов, что обеспечивает необходимую несущую способность и жесткость тюбинга при минимизации его веса; высота ребер жесткости принята переменной, от 0 мм в середине тюбинга до максимальной высоты на примыкании к кольцевым бортам, которая на 50-55 мм меньше высоты этих бортов, что обусловлено условиями монтажа тюбингового кольца и гидроизоляции обделки. В ребрах жесткости предусмотрены такелажные отверстия, которые далее используются для крепления элементов внутреннего обустройства сооружения. В каждом тюбинге на внешней части сопряжении спинки с бортами выполнено скругление для предотвращения сколов углов при деформации кольца под нагрузкой от горного давления. По центру каждого нормального, нормального облегченного и смежного тюбинга выполнено утолщение цилиндрической формы с тампонажным отверстием диаметром 2 дюйма с резьбой, позволяющим обеспечить установку в данное отверстие штуцера сопла шланга для нагнетания раствора в заобделочное пространство с последующей заглушкой унифицированной резьбовой тампонажной пробкой с гидроизоляционной прокладкой. (Диаметр тампонажного отверстия 2 дюйма выбран из условия обеспечения возможности установки унифицированной тампонажной пробки). Болты для скрепления тюбингов в кольце и колец между собой установлены в отверстия, выполненные в фигурных приливах, образованных с внутренней стороны кольцевых и радиальных бортов тюбингов, что обеспечивает жесткость тюбингового кольца. По контуру каждого тюбинга выполнена чеканочная канавка, предназначенная для обеспечения гидроизоляции и позволяющая применять все виды чеканочных материалов, что дает возможность использовать тюбинговую обделку в любых гидрогеологических условиях и в любом режиме эксплуатации.
Предлагаемое тюбинговое кольцо тоннельных обделок диаметром от 10,5 до 15,5 м для подземных сооружений иллюстрируется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - общий вид двух соседних тюбинговых колец с перевязкой между ними;
на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 (тоннельное тюбинговое кольцо в сборе);
на фиг. 3 - сечение Б-Б фиг. 1 (элементы крепления тюбингов между собой в кольцо);
на фиг. 4 - вид В на фиг. 2 (вид нормального или смежного тюбинга);
на фиг. 5 - вид Г на фиг. 2 (вид ключевого тюбинга);
на фиг. 6 - сечение Д-Д фиг. 4 (внутренние ребра жесткости);
на фиг. 7 - сечение Е-Е фиг. 4;
на фиг. 8 - сечение Ж-Ж фиг. 4;
на фиг. 9 - сечение З-З фиг. 7;
на фиг. 10 - общий вид 3-х типоразмеров тюбингов в формате 3-D
(Н - нормальный, НО - нормальный облегченный, С - смежный, К - ключевой тюбинги).
Заявляемое изобретение включает в себя круговую чугунную обделку 1 тоннеля, состоящую из соединенных между собой нормальных 2, смежных 3 и ключевого 4 тюбингов посредством болтовых скреплений 5 с гидроизоляционными 6 и прижимными 7 шайбами в тюбинговое кольцо 8.
Каждый из тюбингов выполнен в виде литого чугунного сегмента 9 с гладкой снаружи спинкой 10 и замкнутыми по контуру кольцевыми 11 и радиальными 12 бортами. В тюбинговом кольце нормальные тюбинги N, расположенные в нижней, менее нагруженной от горного давления части обделки выполнены облегченной конструкции за счет уменьшения толщины t спинки 10 тюбинга, так и толщины п стенки его бортов 11 и 12.
На внутренней поверхности спинки 10 каждого нормального 2, N и смежного 3 тюбинга выполнены вертикальные ребра жесткости 13 в количестве одного и более рядов, обеспечивающие необходимую несущую способность и жесткость тюбинга при минимизации его веса. Высота этих ребер жесткости выполнена переменной от 0 мм в середине тюбинга до максимальной высоты h на примыкании к кольцевым бортам 11, которая на 50…55 мм меньше высоты l этих бортов. При этом в стенках ребер жесткости 13 образованы такелажные отверстия 14 для монтажа колец и использования в дальнейшем для крепления элементов внутреннего обустройства сооружения. В каждом тюбинге 2, N, 3 и 4 на внешней части сопряжения спинки 10 с бортами 11 и 12 выполнено скругление R радиусом не менее 60 мм для предотвращения сколов углов при деформации кольца под нагрузкой от горного давления. По центру каждого нормального, нормального облегченного и смежного тюбингов расположено утолщение цилиндрической формы с тампонажным отверстием 15 диаметром 2 дюйма с резьбой, позволяющим обеспечить установку в него штуцера сопла шланга для нагнетания раствора в заобделочное пространство с последующей заглушкой резьбовой тампонажной пробкой с гидроизоляционной прокладкой (условно не показаны).
При этом болты скрепления 5 тюбингов и колец между собой установлены в отверстия 16, выполненные в фигурных приливах 17, образованных с внутренней стороны кольцевых 11 и радиальных 12 бортов указанных тюбингов, а по контуру последних выполнена чеканочная канавка 18 обеспечивающая гидроизоляцию и возможность использования тюбинговой обделки в любых гидрогеологических условиях и режимах эксплуатации.
Созданное тюбинговое кольцо для тоннельных обделок диаметром от 10,5 до 15,5 м для подземных сооружений метрополитенов обеспечивает надежную перевязку тюбинговых колец в обделке за счет исключения смещения стыков, улучшает гидроизоляцию, упрощает процесс монтажа, обеспечивает высокую прочность и жесткость конструкции всей тюбинговой чугунной обделки метрополитена.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить уменьшение ресурса времени при сборке обделки, обеспечение удобства и точности монтажа, обеспечение равно прочности тюбингового кольца, а также обеспечение возможности перевязки тюбинговых колец, увеличение жесткости стыков тюбингов в кольце, и, как следствие, увеличение несущей способности и жесткости сооружения в целом.