Спосіб спорудження тунелю в грунтовому масиві, що нерівномірно деформується

1 Спосіб спорудження тунелю в ґрунтовому масиві, що нерівномірно деформується, який включає проходку тунелю щитовим способом, монтаж податливих на розтягання ВІДСІКІВ ШЛЯХОМ установки блокових кілець указаних ВІДСІКІВ З МОЖЛИВІСТЮ ВІЛЬНОГО прилягання торцевими поверхнями одна до одної, монтаж між податливими на розтягання відсіками деформаційних вставок з наскрізними деформаційними швами з пружним ущільнювачем шляхом установки блокових кілець деформаційних вставок у робоче положення щитовими домкратами з фіксацією величини зазору між сусідніми блоковими кільцями тимчасовими фіксаторами величини зазору, який відрізняється тим, що при установці блокових кілець деформаційних вставок пружний ущільнювач закріплюють на торці блокового кільця попереднього циклу, на цьому ж блоковому КІЛЬЦІ встановлюють тимчасові фіксатори величини зазору, монтують блокове кільце поточного циклу, установлюють його в робоче положення з упором у тимчасові фіксатори величини зазору, після чого демонтують тимчасові фіксатори величини зазору і обтискують щитовими домкратами пружний ущільнювач між блоковими кільцями попереднього і поточного циклів до одержання розрахункової величини зазору між зазначеними блоковими кільцями 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що пружний ущільнювач між блоковими кільцями попереднього і поточного циклів обтискують до монтажу блокового кільця чергового циклу, діючи щитовими домкратами безпосередньо на кільце поточного циклу 3 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що до обтискання пружного ущільнювача між блоковими кільцями попереднього і поточного циклів на торці блокового кільця поточного циклу закріплюють пружний ущільнювач, демонтовані тимчасові фіксатори величини зазору встановлюють на блокове кільце поточного циклу, монтують блокове кільце чергового циклу, установлюють його в робоче положення з упором в тимчасові фіксатори величини зазору, після чого обтискують пружний ущільнювач між блоковими кільцями попереднього і поточного циклів, діючи щитовими домкратами на блокове кільце чергового циклу Винахід відноситься до будівництва, зокрема до технологій підземного будівництва закритого способу робіт, і може бути використаний при спорудженні транспортних, комунальних і інших тунелів в ґрунтовому масиві, що нерівномірно деформується, наприклад, на територіях, що підроблюються, в тому числі в зонах тектонічних порушень, при проходці тунелів щитовим способом Протяжні підземні спорудження в ґрунтовому масиві, що нерівномірно деформується, найбільш чутливі в поперечному напрямку — до відносних горизонтальних деформацій стиску (-є), в подовжньому напрямку — до відносних гори зонтальних деформацій розтягання — стиску (±є) і деформацій кривизни (±К) При впливі деформацій стиску в поперечному напрямку, як правило, застосовують технологи, які передбачають застосування посиленої обробки тунелю При впливі деформацій розтягання-стиску в подовжньому напрямку і деформацій кривизни їх компенсують, як правило, шляхом влаштування в тунелі податливих конструктивних елементів Відома технологія спорудження транспортних, комунальних і інших тунелів в ґрунтовому масиві, що нерівномірно деформується, яка передбачає проходку тунелю будь-яким відомим способом, у тому числі і щитовим, монтаж обробки тунелю з 44042 застосуванням для обробки тунелю сталевого хвилеподібного профілю, який працює в подовжньому напрямку по типу сильфона Така технологія використана при спорудженні тунелю Гельзенкірхенської (Німеччина) приміської залізниці, ділянка 50 62 1 Шалька-Північ, час будівництва 1979 —1982 р Указана технологія забезпечує можливість компенсації практично необмежених деформацій без влаштування в обробці наскрізних деформаційних швів, однак характеризується високою трудомісткістю і вартістю, що зв'язано з застосуванням особливого матеріалу (сталевий хвилеподібний профіль) і з необхідністю виконання робіт по захисту тунелю від корозії, шуму, вібрації Найбільш часто для компенсації горизонтальних деформацій і деформацій кривизни застосовують технологи, які передбачають влаштування наскрізних деформаційних швів між відсіками тунелю, що виконують у вигляді зазорів між сусідніми блоковими кільцями, які ущільнюють пружним ущільнювачем Так, відома технологія спорудження тунелю в ґрунтовому масиві, що нерівномірно деформується, яка включає проходку тунелю любим відомим способом, в тому числі щитовим, монтаж блокових кілець з'єднання блокових кілець між собою болтами у жорсткі ВІДСІКИ (зв'язана обробка) Між жорсткими відсіками влаштовують наскрізні деформаційні шви у вигляді зазорів, заповнених пружними ущільнювачами, які виконані у вигляді еластичних петлеподібних профілів з полімерів типу OMEGA, що перекривають зазори Указана технологія була використана при будівництві Гельзенкірхенської (Німеччина) приміської залізниці, ділянка 50 61 1 Шальке-Південь, час будівництва 1978 — 1981 р Загальними ознаками аналога і рішення, що заявляється, являються проходка тунелю щитовим способом, монтаж у тунелі блокових кілець з зазорами між сусідніми блоковими кільцями, які заповнюють пружним ущільнювачем Технологія забезпечує двозначну (розтяганнястиск) роботу наскрізних деформаційних швів при збереженні їх герметичності, однак випробування показали, що гранична компенсаційна здатність таких профілів не перевищує ±80 мм Це обмежує довжину жорсткого відсіку в умовах ґрунтового масиву, що нерівномірно деформується Крім того, влаштування наскрізних деформаційних швів указаної конструкції при закритому способі проходки тунелів викликає складності технологічного характеру, а відсутність аналогічних вітчизняних ущільнювальних матеріалів істотно обмежує можливості застосування розглянутої технології З опису винаходу до авторського свідоцтва СРСР № 359986, МКВ E02D 27/34, пріоритет від 06 04 71 відома технологія будівництва підземного спорудження типу транспортного тунелю в ґрунтовому масиві, що нерівномірно деформується, яка включає проходку тунелю будь-яким відомим способом, у тому числі і щитовим, монтаж у тунелі блокових кілець з утворенням податливих на розтягання ВІДСІКІВ шляхом установки блокових кілець з можливістю вільного примикання своїми торцевими поверхнями друг до друга (незв'язана оброб ка), влаштування між крайніми блоковими кільцями суміжних ВІДСІКІВ наскрізних деформаційних швів у вигляді зазорів між зазначеними блоковими кільцями, які заповнюють пружним ущільнювачем Загальними ознаками аналога і рішення, що заявляється, являються проходка тунелю щитовим способом, монтаж у тунелі податливих на розтягання ВІДСІКІВ шляхом установки блокових кілець з можливістю вільного примикання торцевими поверхнями друг до друга, влаштування між окремими блоковими кільцями наскрізних деформаційних швів у вигляді зазорів між блоковими кільцями, які заповнюють пружним ущільнювачем Зазначена технологія спорудження тунелю для компенсації значних подовжніх деформацій вимагає збільшення величини зазорів між блоковими кільцями в наскрізних деформаційних швах Так, з урахуванням наявних довговічних пружних герметичних ущільнювачів улаштування деформаційного шва з розміром зазору 20мм (компенсаційна здатність шва ±20 мм) можливо при є = ±1 х 10 -3 і довжині жорсткого відсіку Ь-20м або при є = ±10 х 10-3 і довжині жорсткого відсіку Ь=2м Застосування типових ВІДСІКІВ довжиною Ь=60м, звичайних для нормальних умов експлуатації, в умовах ґрунтового масиву, що нерівномірно деформується (території, що підроблюються), викликає необхідність улаштування деформаційних швів з зазором 60-600 мм (компенсаційна здатність шва ±60600мм), що практично неможливо через відсутність ВІДПОВІДНИХ ущільнювальних матеріалів Як прототип прийнята технологія будівництва підземного спорудження типу транспортного тунелю в ґрунтовому масиві, що нерівномірно деформується (з різними по довжині спорудження фізико-механічними властивостями, у тому числі і для сейсмічних районів), яка відома з опису корисної моделі за заявкою України № 200010581 З/До від 16 10 2000, МКВе Е 02 D 29/00, Е21D 11 /00,11 /05 ВІДПОВІДНО ДО опису корисної моделі спорудження тунелю включає проходку тунелю будьяким відомим способом, у тому числі і щитовим, монтаж у тунелі блокових кілець з утворенням податливих на розтягання ВІДСІКІВ ШЛЯХОМ установки блокових кілець з можливістю вільного примикання своїми торцевими поверхнями друг до друга (незв'язана обробка), монтаж між зазначеними відсіками деформаційних вставок з наскрізними деформаційними швами між блоковими кільцями деформаційних вставок На практиці широке поширення знайшов спосіб щитової проходки тунелів Для виключення можливості вивалоутворення, зниження осад земної поверхні і своєчасного введення обробки в роботу при монтажі тунелю виконують розпір обробки в породу (розпірна обробка) При цьому використовують різні варіанти розпору — клиновим блоком, домкратами й ш , які передбачають збільшення зовнішнього діаметра блокового кільця до величини, що перевищує первіснийдіаметр контуру виробки Переміщення блокового кільця в робоче положення і розпір його в породу виконують одночасно з перестановкою щита на чергову заходку у забій Переміщення блокового кільця в робоче положення виконують щитовими домкратами, що 44042 розвивають тиск на блокове кільце до 600т Зазори між блоковими кільцями деформаційної вставки, які необхідні для влаштування наскрізних деформаційних швів, фіксують установкою між блоковими кільцями деформаційної вставки прокладок (товщиною, рівною монтажному зазору деформаційного шва) Прокладки, як правило, дерев'яні, закріплюють у породі або іншим способом Після монтажу 3-4-х блокових кілець деформаційної вставки прокладки видаляють з зазору (розколюванням, випалюванням і ш), після чого в зазор вводять пружний герметичний ущільнювач — твердий або рідкий Після монтажу деформаційної вставки приступають до монтажу чергового податливого на розтягання відсіку і т д При дії на тунель, споруджений за розглянутою технологією, горизонтальних деформацій стиску блокові кільця в податливих відсіках стуляються, вибираючи монтажні зазори в сполучних швах, перетворюючи податливі ВІДСІКИ у жорсткі ВІДСІКИ, в яких розвиваються зусилля стиску, які обмежуються розрахунковим опором бетону зминанню по торцях блокових кілець При цьому наскрізні деформаційні шви в деформаційних вставках працюють на стиск При дії горизонтальних деформацій розтягання блокові кільця в податливих відсіках розходяться в сполучних швах, частково компенсуючи горизонтальні деформації розтягання Подальша компенсація горизонтальних деформацій розтягання відбувається в наскрізних деформаційних швах деформаційних вставок, які у цьому випадку працюють на розтягання Загальними ознаками прототипу і рішення, що заявляється, є проходка тунелю щитовим способом, монтаж податливих на розтягання ВІДСІКІВ шляхом установки блокових кілець зазначених ВІДСІКІВ з можливістю вільного примикання торцевими поверхнями друг до друга, монтаж між податливими на розтягання відсіками деформаційних вставок з наскрізними деформаційними швами з пружним ущільнювачем шляхом установки блокових кілець деформаційних вставок у робоче положення щитовими домкратами з фіксацією величини зазору між сусідніми блоковими кільцями тимчасовими фіксаторами величини зазору Зазначена технологія дозволяє при мінімальних зазорах між блоковими кільцями компенсувати значні деформації розтягання-стиску, однак не забезпечує герметичність деформаційних швів при впливі на тунель деформацій розтягання чи при ЗМІНІ кривизни осі тунелю, оскільки як твердий, так і рідкий ущільнювач, як правило, мають недостатню адгезію до бетону В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу спорудження тунелю в ґрунтовому масиві, що нерівномірно деформується, в якому за рахунок технологічних особливостей забезпечується можливість компенсації значних деформацій розтягання-стиску без порушення герметичності деформаційних швів між блоковими КІЛЬЦЯМИ Поставлена задача вирішується тим, що в способі спорудження тунелю в ґрунтовому масиві, що нерівномірно деформується, який включає проходку тунелю щитовим способом, монтаж податливих на розтягання ВІДСІКІВ ШЛЯХОМ установки блокових кілець указаних ВІДСІКІВ З МОЖЛИВІСТЮ ВІЛЬНОГО примикання торцевими поверхнями друг до друга, монтаж між податливими на розтягання відсіками деформаційних вставок з наскрізними деформаційними швами з пружним ущільнювачем шляхом установки блокових кілець деформаційних вставок у робоче положення щитовими домкратами з фіксацією величини зазору між сусідніми блоковими кільцями тимчасовими фіксаторами величини зазору, ВІДПОВІДНО до винаходу, при установці блокових кілець деформаційних уставок пружний ущільнювач закріплюють на торці блокового кільця попереднього циклу, на цьому ж блоковому КІЛЬЦІ встановлюють тимчасові фіксатори величини зазору, монтують блокове кільце поточного циклу, установлюють його в робоче положення з упором у тимчасові фіксатори величини зазору, після чого демонтують тимчасові фіксатори величини зазору і обжимають щитовими домкратами пружний ущільнювач між блоковими кільцями попереднього і поточного циклів до одержання розрахункової величини зазору між зазначеними блоковими кільцями Перераховані ознаки складають сутність винаходу По одному з можливих варіантів реалізації винаходу пружний ущільнювач між блоковими кільцями попереднього і поточного циклів обжимають до монтажу блокового кільця чергового циклу, діючи щитовими домкратами безпосередньо на кільце поточного циклу По іншому можливому варіанту реалізації винаходу до обжимання пружного ущільнювача між блоковими кільцями попереднього і поточного циклів на торці блокового кільця поточного циклу закріплюють пружний ущільнювач, демонтовані тимчасові фіксатори величини зазору встановлюють на блокове кільце поточного циклу, монтують блокове кільце чергового циклу, установлюють його в робоче положення з упором у тимчасові фіксатори величини зазору, після чого обжимають пружний ущільнювач між блоковими кільцями попереднього І ПОТОЧНОГО ЦИКЛІВ, ДІЮЧИ ЩИТОВИМИ домкратами на блокове кільце чергового циклу Технічний результат, що досягається, (можливість компенсації значних деформацій розтяганнястиску без порушення герметичності деформаційних швів між блоковими кільцями) забезпечується ознаками способу, що заявляється, які включають проходку тунелю щитовим способом, монтаж податливих на розтягання ВІДСІКІВ ШЛЯХОМ установки блокових кілець указаних ВІДСІКІВ З МОЖЛИВІСТЮ ВІЛЬНОГО примикання торцевими поверхнями друг до друга, монтаж між податливими на розтягання відсіками деформаційних вставок з наскрізними деформаційними швами з пружним ущільнювачем, у процесі якого пружний ущільнювач закріплюють на торці блокового кільця попереднього циклу, на цьому ж блоковому КІЛЬЦІ встановлюють тимчасові фіксатори величини зазору, монтують блокове кільце поточного циклу і встановлюють його щитовими домкратами в робоче положення з упором у тимчасові фіксатори величини зазору, закріплюють пружний ущільнювач на торці блокового кіль 44042 ця поточного циклу, переустановлюють тимчасові фіксатори величини зазору з блокового кільця попереднього циклу на блокове кільце поточного циклу, монтують блокове кільце чергового циклу і встановлюють його щитовими домкратами в робоче положення з упором у тимчасові фіксатори величини зазору, і при установці блокового кільця чергового циклу обжимають пружний ущільнювач між блоковими кільцями попереднього і поточного циклів до одержання розрахункової величини зазору між указаними блоковими кільцями Виконання указаних операцій у зазначеній ПОСЛІДОВНОСТІ дозволяє попередньо обжати щитовими домкратами пружний ущільнювач в наскрізних деформаційних швах між блоковими кільцями деформаційних вставок і тим самим забезпечити в процесі експлуатацію тунелю роботу наскрізних деформаційних швів у попередньо напруженому стані пружних ущільнювачів, що в свою чергу забезпечує компенсацію значних деформацій розтягання-стиску без порушення герметичності наскрізних деформаційних швів між блоковими КІЛЬЦЯМИ Отже, ознаки, що складають сутність винаходу, знаходяться в причинно-наслідковому зв'язку з технічним результатом Нижче приводиться докладний опис способу, що заявляється, з посиланнями на креслення, на яких представлено Фіг 1 — поздовжній розріз тунелю по деформаційній вставці Фіг 2 — розрізі—1 на фіг 1 Фіг 3 — розріз 2-2 на фіг 2, схема кріплення тимчасових фіксаторів величини зазору на блоковому КІЛЬЦІ попереднього циклу Фіг 4 — поздовжній розріз тунелю по деформаційній уставці після установки пружного ущільнювача на блоковому КІЛЬЦІ попереднього циклу Фіг 5 — розріз 3-3 на фіг 4 Фіг 6 — розріз 4-4 на фіг 5, схема установки пружного ущільнювача Фіг 7 — поздовжній розріз тунелю по деформаційній вставці в процесі установки блокового кільця поточного циклу Фіг 8 — розріз 5-5 на фіг 7 Фіг 9 — схема обтиснення пружного ущільнювача по першому можливому варіанту Фіг 10 — розріз 6-6 на фіг 9 Фіг 11—розріз 7-7 на фіг 10 Фіг 12 — схема обтиснення пружного ущільнювача по другому можливому варіанту Фіг 13 — розріз 8-8 на фіг 12 Фіг 14-розріз 9-9 на фіг 13 Щитовим способом виконують проходку тунелю У процесі проходки тунелю монтують у тунелі податливий на розтягання ВІДСІК 1 шляхом установки блокових кілець 2 податливого відсіку 1 з можливістю вільного примикання їх торцевими поверхнями 3 друг до друга Далі монтують деформаційну вставку з наскрізними деформаційними швами з пружним ущільнювачем Монтаж деформаційної вставки виконують таким чином На торці блокового кільця 4 попереднього циклу, яке попередньо встановлене в робоче положення і розперте в породу, закріплюють 8 пружний ущільнювач 5 Пружний ущільнювач 5 закріплюють в пазу 6 на анкерах 7 У монтажних отворах 8 блокового кільця 4 попереднього цикли закріплюють тимчасові фіксатори величини зазору 9 У СПІДНИЦІ 10 прохідницького щита 11 виконують монтаж блокового кільця 12 поточного циклу Прохідницький щит 11 переміщають у забій 13 на чергову заходку При переміщенні прохідницького щита 11 блокове кільце 12 поточного циклу встановлюють щитовими домкратами в робоче положення з упором у тимчасові фіксатори величини зазору 9, встановлені на блоковому КІЛЬЦІ 4 попереднього цикли, і розпирають блокове кільце 12 поточного циклу в породу Далі демонтують тимчасові фіксатори величини зазору 9, переустановлюють їх з блокового кільця 4 попереднього цикли на блокове кільце 12 поточного циклу і ВІДПОВІДНИМ чином закріплюють їх на блоковому КІЛЬЦІ 12 поточного циклу Далі, по одному з можливих варіантів реалізації винаходу, обжимають пружний ущільнювач 5 між блоковими кільцями 4, 12 попереднього і поточного циклів до монтажу блокових кілець наступних циклів, діючи щитовими домкратами безпосередньо на кільце 12 поточного циклу Указаний технологічний цикл повторюють до закінчення монтажу деформаційної вставки По іншому можливому варіанту реалізації винаходу до обтиснення пружного ущільнювача 5 між блоковими кільцями 4, 12 попереднього і поточного циклів на торці блокового кільця 12 поточного циклу встановлюють і закріплюють пружний ущільнювач 14, демонтовані тимчасові фіксатори величини зазору 9 установлюють на блокове кільце 12 поточного циклу, у СПІДНИЦІ 10 прохідницького щита 11 виконують монтаж блокового кільця 15 чергового циклу Переміщають прохідницький щит 11 в забій 13 на чергову заходку При цьому виконують установку блокового кільця 15 чергового циклу щитовими домкратами в робоче положення з упором у тимчасові фіксатори величини зазору 9, які в даний момент установлені на блоковому КІЛЬЦІ 12 поточного циклу і виконують розпір блокового кільця 15 чергового циклу в породу У процесі установки блокового кільця 15 чергового циклу в робоче положення обжимають пружний ущільнювач 5, розташований між блоковим кільцем 4 попереднього циклу і блоковим кільцем 12 поточного циклу до одержання розрахункової величини зазору між зазначеними блоковими кільцями 4 і 12, діючи щитовими домкратами на блокове кільце 15 чергового циклу При цьому зусилля обтиснення пружного ущільнювача 5 від щитових домкратів передається на пружний ущільнювач 5 через блокове кільце 15 чергового циклу, тимчасові фіксатори величини зазору 9 і блокове кільце 12 поточного циклу Указаний технологічний цикл повторюють до закінчення монтажу деформаційної вставки Тимчасові фіксатори величини зазору захищають пружний ущільнювач від можливих ушкоджень при монтажі в СПІДНИЦІ прохідницького щита блокового кільця наступного циклу, а також фіксують зазор між установленим блоковим кільцем і блоковим кільцем чергового циклу, яке встановлюють в робоче положення з розпором у породу, 10 примикання їх торцевих поверхонь (незв'язана обробка) Довжина кожного податливих на розтягання відсіку складала 60 м Між зазначеними відсіками монтували деформаційні вставки з наскрізними деформаційними швами між блоковими кільцями деформаційних вставок Деформаційні вставки складалися з 6-ти типових блокових кілець довжиною їм і 7-ми деформаційних швів Використовували пружний ущільнювач масового виробництва Виконували попереднє обтиснення пружного ущільнювача по способу, що заявляється Була забезпечена компенсація деформацій розтяганнястиску без порушення герметичності наскрізних деформаційних швів між блоковими кільцями 44042 попереджаючи можливі ушкодження пружного ущільнювача, установленого між зазначеними блоковими кільцями Змонтувавши деформаційну вставку, приступають до монтажу наступного податливого на розтягання відсіку Закінчивши монтаж наступного податливого на розтягання відсіку, приступають до монтажу наступної деформаційної вставки по описаній вище технології Запропонований спосіб був використаний при будівництві Донецького метрополітену в зоні тектонічних порушень Монтували податливі на розтягання ВІДСІКИ шляхом установки типових блокових кілець довжиною їм з можливістю вільного Ы Фіг. 1 Фіг. 2 ФЕг З 11 12 44042 Фіг. 5 Фіг. 6 13 14 44042 й§ 71 ± t Фіг. 7 Фіг. 8 16 44042 15 7-7 1 2 Фіг. 10 Фіг, 11 18 44042 17 ±4 51 ^ к № ІЗ У г• I З s 4/ -12iJ5j 7fc Фіг 12 fl-9 ^ 2 4 \ I к ^ 1 Фіг 14 Фіг. 13 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90