ТОННЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО СООРУЖЕНИЯ
TUNNEL AND METHOD OF ITS CONSTRUCTION

Заявляемое изобретение относится к строительству, а именно к сооружению тоннелей.
Известен патент РФ на изобретение № 2550608, МПК E02D 29/055, «ТОННЕЛЬ ИЗ СОТОВО-КОРОБЧАТЫХ ШПУНТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ» Тоннель преимущественно для сооружения в теле насыпи под действующей транспортной магистралью включает защитный экран из протяженных элементов, каждый из которых содержит пару элементов замковых соединений, приваренных на обращенных друг к другу поверхностях смежных протяженных элементов, соединенных между собой с образованием пространственной конструкции, повторяющей контур тоннеля. Каждый протяженный элемент защитного экрана выполнен по меньшей мере из одной двутавровой балки и снабжен дополнительной парой элементов замковых соединений. Элементы замковых соединений выполнены из замковой части стального прокатного шпунта с замком, обеспечивающим возможность взаимного относительного поворота соединенных в замок элементов на заданный ограниченный угол, и закреплены по одному на продольных кромках полок упомянутой двутавровой балки. Технический результат состоит в повышении собственной несущей способности защитного экрана, прочности и надежности его конструкции, уменьшении деформации протяженных элементов при продавливании за счет повышения их жесткости.
Недостатком предлагаемого устройства является то, что необходимо изготавливать предварительно стартовую систему направляющих с громоздкими размерами во весь профиль тоннеля, а так же то, что челночный способ продавливания предполагает продавливание каждого ряда на один ход поршня, потом повтор операции со всеми рядами до конечного. При этом может происходить заклинивание между сегментами тоннеля, которое может создать невозможность его возведения. При этом непредсказуемым элементом является бетон, застывший внутри футляра под постоянной вибрацией от движущегося транспорта. А также длина тоннеля ограничена прочностными характеристиками оболочки тоннеля при сопротивлении нагрузкам от продавливания.
Задачей предлагаемого изобретения является создание готового тоннеля, не требующего предварительных работ по возведению защитного экрана, бетонированию и выемке грунта из протяженных сегментов, а также простого и малозатратного способа сооружения этого тоннеля.
Технический результат заключается в создании тоннеля и  способа его сооружения, который обеспечит возможность быстрого сооружения неограниченного по длине тоннеля из одинаковых элементов, изготовленных заранее в заводских условиях, без использования дорогого и громоздкого оборудования, временных конструкций.
Поставленная задача решена за счет того, что тоннель включает в себя протяженные сегменты. Протяженные сегменты являются готовыми элементами тоннеля, которые изготовлены с соблюдением точных форм и размеров. Тоннель состоит из нескольких секций, выходящих друг из друга и продавленных на расчетное расстояние в глубину тоннеля. Каждая секция сформирована из протяженных сегментов и выполнена в виде усеченной конусообразной оболочки. Секции тоннеля в виде усеченной конусообразной оболочки сориентированы так, что основания усеченных конусов секций направлены в сторону, в которую производится возведение тоннеля, а усеченные вершины конусов секций направлены в сторону, откуда производится возведение. Каждая усеченная конусообразная оболочка состоит из расчетного количества сегментов. Каждый сегмент выполнен в виде удлиненного неполого профиля трапециевидной формы, продольное горизонтальное сечение которого также выполнено в форме трапеции. Каждый протяженный сегмент тоннеля дополнительно может быть снабжен направляющими-замками. Каждый продольный ряд каждой секции имеет один или несколько протяженных сегментов. Ширина нижнего основания каждого последующего сегмента каждого продольного ряда каждой секции соответствует ширине верхнего основания предыдущего сегмента, а углы трапеции всех сегментов одинаковы. Каждый первый сегмент каждого ряда в каждой усеченной конусообразной оболочке снабжен заостренным окончанием с широкой стороны удлиненного профиля трапециевидной формы.
Способ сооружения тоннеля заключается в поочередном продавливании секций, выполненных в виде усеченных конусообразных оболочек. При необходимости предварительно сооружают стартовый котлован. Секцию формируют посредством продавливания протяженных сегментов, из которых она состоит. Для продавливания секций осуществляют следующий цикл операций: устанавливают направляющий механизм, который задает направление каждому сегменту, после чего начинают продавливание первого сегмента согласно проекту, при этом оставляя расчетную хвостовую часть, далее подготавливают к продавливанию следующий сегмент, причем укладывают его с прижиманием соответствующей грани к соответствующей грани предыдущего сегмента, затем начинают направленное продавливание, при этом также оставляя расчетную хвостовую часть для прижимания следующего протяженного сегмента, эту операцию повторяют до полного сооружения конусообразной оболочки секции, после чего производят выемку грунта внутри готовой секции, затем направляющий механизм перемещают к стенке грунта готовой секции. После чего повторяют весь цикл операций по продавливанию усеченной конусообразной оболочки секции. Далее повторяют весь цикл операций с переносом направляющего механизма до завершения прохождения тоннеля.
Предлагаемое устройство поясняется следующими чертежами, где на:
Фиг. 1 – общий вид секция готового тоннеля в виде усеченной конусообразной оболочки
Фиг. 2 – вид готового тоннеля в сечении
Фиг. 3 – вид установленной секции в сечении с первым сегментом следующей секции
Фиг. 4 – общий вид протяженного сегмента
Тоннель включает в себя протяженные сегменты. Протяженные сегменты являются готовыми элементами тоннеля, которые изготовлены с соблюдением точных форм и размеров. Сегменты изготавливают, например, из бетона, бетона с каркасом, фибробетона, полимербетона и т.д. Тоннель состоит из нескольких секций, выходящих друг из друга и продавленных на расчетное расстояние в глубину тоннеля. Каждая секция сформирована из протяженных сегментов и выполнена в виде усеченной конусообразной оболочки. Секции тоннеля в виде усеченной конусообразной оболочки сориентированы так, что основания усеченных конусов секций направлены в сторону, в которую производится возведение тоннеля, а усеченные вершины конусов секций направлены в сторону, откуда производится возведение. Каждая усеченная конусообразная оболочка состоит из расчетного количества сегментов. Каждый сегмент выполнен в виде удлиненного неполого профиля трапециевидной формы, продольное горизонтальное сечение которого также выполнено в форме трапеции. Каждый продольный ряд каждой секции имеет один или несколько протяженных сегментов. Ширина нижнего основания каждого последующего сегмента каждого продольного ряда каждой секции соответствует ширине верхнего основания предыдущего сегмента, а углы трапеции всех сегментов одинаковы. Каждый первый сегмент каждого ряда в каждой усеченной конусообразной оболочке снабжен заостренным окончанием с широкой стороны удлиненного профиля трапециевидной формы.
Способ сооружения тоннеля заключается в поочередном продавливании секций, выполненных в виде усеченных конусообразных оболочек. При необходимости предварительно сооружают стартовый котлован. Секцию формируют посредством продавливания протяженных сегментов, из которых она состоит. Для продавливания секций осуществляют следующий цикл операций:
1. устанавливают направляющий механизм, который задает направление каждому сегменту, причем в качестве направляющего механизма можно использовать, например, ложе гидравлического домкрата или пневмозаглубляющего пробойника,
2. начинают продавливание первого сегмента согласно проекту, в котором рассчитывают угол наклона каждого сегмента относительно горизонтальной оси, учитывая при этом угол трапеции сегментов, а также длину продавливаемого сегмента,
3. оставляют расчетную хвостовую часть, достаточную и необходимую для сопряжения со следующим продавливаемым сегментом,
4. подготавливают к продавливанию следующий сегмент,
5. укладывают его с прижиманием соответствующей грани к соответствующей грани предыдущего сегмента,
6. начинают направленное продавливание,
7. также оставляют расчетную хвостовую часть для прижимания следующего протяженного сегмента,
8. операцию повторяют до полного сооружения конусообразной оболочки секции,
9. производят выемку грунта внутри готовой секции,
10. направляющий механизм перемещают к стенке грунта, которая образована оставшимся после выемки слоем грунта в районе основания усеченной конусообразной оболочки.
После чего повторяют весь цикл операций по продавливанию усеченной конусообразной оболочки секции. Весь цикл операций с переносом направляющего механизма повторяют до завершения прохождения тоннеля.
Преимущества предлагаемого устройства перед прототипом.
1. Позволяет пошагово (конус за конусом) формировать тоннель любой длины быстро и дешево без использования дорогих механизмов.
2. Возможность сооружения тоннеля без направляющих-замков.
Все вышесказанное говорит о выполнении поставленной технической задачи и о промышленной применимости заявленного устройства.
Перечень позиций:
1. Тоннель
2. протяженный сегмент
3. готовый элемент тоннеля
4. секция
5. расчетное расстояние, на которое каждая секция продавлена в глубину тоннеля H
6. усеченная конусообразная оболочка
7. основание усеченного конуса секции
8. сторона, в которую производится возведение тоннеля
9. усеченная вершина конуса секции
10. сторона, откуда производится возведение
11. удлиненный неполый профиль трапециевидной формы
12. продольное горизонтальное сечение протяженного сегмента
13. продольный ряд
14. нижнее основание протяженного сегмента
15. верхнее основание протяженного сегмента
16. углы трапеции протяженных сегментов
17. первый протяженный сегмент ряда
18. заостренное окончание
19. широкая сторона удлиненного профиля трапециевидной формы
20. стартовый котлован
21. направляющий механизм
22. расчетная хвостовая часть
23. грунт внутри готовой секции
24. стенка грунта готовой секции