СПОСОБ РЕМОНТА ПРЕССОВАННОЙ БЕТОННОЙ ОБДЕЛКИ МЕТРОПОЛИТЕНА
METHOD TO REPAIR PRESSED CONCRETE LINING OF UNDERGROUND RAILWAY

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к ремонту и проходке тоннелей, и может быть использовано при ремонте и проходке тоннелей метрополитена или других тоннелей с монолитно-прессованной бетонной обделкой.
Одной из существеннейших задач, стоящей перед эксплуатационной службой метрополитена, является постоянное поддержание в безопасном рабочем состоянии обделки транспортных тоннелей. Долговечность тоннельной обделки во многом зависит от способа ее изготовления, качества материала, гидроизоляции и количества грунтовой воды, проникающей в тоннель, и т.д. В том случае, когда обделка тоннеля изготавливается посредством прессования, например при щитовом способе проходки, неармированный бетон наиболее подвержен разрушению под действием горного давления и просачивающихся грунтовых вод.
Известно (А.А.Шилин и др. «Усиление железобетонных конструкций композиционными материалами», М., Стройиздат, 2004, с.9-13) несколько способов усиления строительных конструкций. Одним из широко применяемых в настоящее время является способ ремонта с применением дополнительных обойм усиления, которые имеют значительную толщину, включают металлическую арматуру и требуют значительных трудозатрат при проведении ремонтных работ. Кроме того, этот способ не применим при наличии значительных водопроявлений из-за коррозии металла в конструкции обойм усиления.
Наиболее близкой к предлагаемому способу следует отнести один из старейших и наиболее распространенный для бетонных конструкций метод усиления строительной конструкции, заключающийся в увеличении площади поперечного сечения элемента. Для увеличения сечения используют строительный раствор или торкретбетон, наносимый на усиливаемую поверхность. Однако в случае с прессованной бетонной обделкой метрополитена этот способ не дает надежных результатов при воздействии значительных внешних нагрузок от горного давления.
Изобретение направлено на решение задачи по созданию способа ремонта прессованной бетонной обделки метрополитена, позволяющего надежно и с меньшими затратами производить ремонт прессованной бетонной обделки транспортного тоннеля, находящейся в аварийном состоянии, с приданием конструкции первоначальной прочности и высокой коррозийной устойчивости.
Технический результат, который может быть получен при использовании способа, заключается в повышении скорости проведения ремонтных работ, что имеет решающее значение при проведении работ на действующих линиях метрополитена в ремонтные (межэксплуатационные) промежутки.
Поставленная задача решена за счет того, что в способе ремонта монолитно-прессованной бетонной обделки метрополитена, заключающемся в нанесении ремонтного слоя из мелкозернистого бетона по всей площади внутренней поверхности монолитно-прессованной бетонной обделки, на вновь образованную внутреннюю поверхность ремонтного слоя посредством полимерного клея закрепляют по меньшей мере один слой армирующей сетки из полимерного углеродного или арамидного волокна, или стекловолокна. Сетка выполнена из жгутов полимерного волокна с модулем упругости не менее 100 ГПа и прочностью на разрыв не менее 3 ГПа, причем суммарная площадь поперечного сечения жгутов армирующей сетки, направленных поперек продольной оси тоннеля, не менее чем в 1,5 раза больше суммарной площади жгутов армирующей сетки, направленных вдоль продольной оси тоннеля. Затем, армирующую сетку, пропитанную полимерным клеем на эпоксидной основе, покрывают дополнительным ремонтным слоем мелкозернистого бетона («свежее по свежему») толщиной 0,05-0,1 от толщины первоначальной прессованной бетонной обделки. При этом ремонтный слой представляет собой быстротвердеющий состав на основе смеси портландцемента, отсеянного песка с крупностью зерен до 1,5 мм и добавки порошка полиметилметакрилата. После затвердения ремонтный слой имеет следующие физико-механические характеристики:
- прочность на сжатие не менее 40 МПа;
- прочность на изгиб не менее 10 МПа;
- прочность на растяжение не менее 5 МПа;
- адгезия к бетону не менее 2,5 МПа.
Также возможно на внутренней поверхности обделки закреплять несколько слоев армирующей сетки, разделенных между собой ремонтными слоями («свежее по свежему»), каждый из которых имеет толщину не менее 0,05 толщины первоначальной обделки.
Способ поясняется чертежами. На фиг.1, 2, 3 соответственно представлены поперечные сечения обделки тоннеля: фиг.1 - в первоначальной конструкции; фиг.2 - в конструкции, подвергшейся действию горного давления; фиг.3 - в конструкции после ремонта. На фиг.4 показаны результаты испытания первоначальной конструкции, представленной на фиг.1, и кольца усиленной конструкции, представленной на фиг.3.
Первоначально производят подготовку ремонтируемой поверхности обделки, подвергнувшейся действию горного давления (фиг.2), путем удаления на ней поврежденного бетона, заделки всех выколов, трещин и других дефектов первоначальной конструкции 1 (фиг.3), а также выравнивания внутренней поверхности обделки. Затем на подготовленную внутреннюю поверхность обделки тоннеля по всей ее площади, на которой в данный момент ведутся ремонтные работы, наносится ремонтный слой 2 состава, который представляет собой быстротвердеющий состав на основе смеси портландцемента, отсеянного песка с крупностью зерен до 1,5 мм и добавки порошка акрилата.
Как показали эксперименты, ремонтный состав, образующий указанный слой, после отверждения должен иметь прочность на сжатие не менее 40 МПа, прочность на изгиб - не менее 10 МПа, прочность на растяжение - не менее 5 МПа и адгезию к бетону не менее 3 МПа. При таких условиях ремонтный слой обеспечивает оптимальную работу армирующей сетки 3, закрепляемой в дальнейшем на ремонтируемую поверхность.
После нанесения ремонтного слоя на внутреннюю поверхность обделки, на ней закрепляется армирующая сетка, которую изготавливают из не подверженного коррозии материала - углеродного или арамидного волокна (или стекловолокна) с модулем упругости не менее 100 ГПа и прочность не менее 3 ГПа.
Поскольку конструкция обделки под действием внешних сил работает различно в продольном и поперечном направлениях, усилия, возникающие в материале, также будут различаться. Армирующая сетка, воспринимающая нагрузки, также будет нагружена неравномерно в продольном и поперечном направлениях. Как показали экспериментальные замеры, изгибающие продольные усилия, действующие на материал обделки, будут значительно больше сжимающих поперечных усилий. В связи с этим суммарная площадь поперечного сечения жгутов армирующей сетки, направленных поперек продольной оси тоннеля, должна быть не менее чем в 1,5 раза больше суммарной площади жгутов армирующей сетки, направленных вдоль продольной оси тоннеля.
После закрепления пропитанной клеем армирующей сетки на первом слое ремонтного состава, ее покрывают дополнительным ремонтным слоем толщиной 0,05-0,1 от толщины первоначальной прессованной бетонной обделки. Как показали испытания, ремонтный слой меньше чем 0,05 (5%) от толщины обделки первоначальной конструкции, не обеспечивает надежное закрепление и совместную работу первоначальной конструкции, армирующей сетки и ремонтным слоем, как единой конструкции. Дополнительный ремонтный слой больший, чем 0,1 (10%) от толщины обделки первоначальной конструкции, ведет к неоправданному расходу материала и снижению проходного сечения тоннеля. Толщина дополнительного ремонтного слоя, составляющая 5-10% от толщины обделки первоначальной конструкции, обеспечивает нормальную работу армирующей сетки и ее механическую защиту от воздействия внешних факторов.
В том случае, если первоначальная обделка имеет сильные повреждения, целесообразно провести дополнительное усиление конструкции. С этой целью обделку усиливают дополнительными слоями армирующей сетки, которая может быть уложена вторым и даже третьим слоем. В таких случаях каждый из нескольких слоев армирующей сетки отделяют от соседнего ремонтным слоем («свежее по свежему») толщиной не менее 0,05 толщины первоначальной обделки.
Совершенно очевидно, что описываемый способ ремонта монолитно-прессованной бетонной обделки может быть использован не только при ремонте тоннеля метрополитена, но и при ремонте других бетонных и железобетонных конструкций, например, коллекторных тоннелей и т.п., а также и при строительстве новых тоннелей с применением монолитно-прессованной обделки.
Испытания вибропрессованных колец, усиленных предлагаемым способом, показали (фиг.4), что в случае установки 2-х слоев углеродной сетки несущая способность кольца повышается более чем в 2 раза. Кроме того, этот способ усиления исключает возможность хрупкого разрушения, что особенно важно для транспортных тоннелей.