По мере роста нагрузок несущая способность бетонной крепи приемлемой толщины (не более 1/10 пролета туннеля) оказывается недостаточной и приходится применять монолитную железобетонную крепь (рис. 1). Кольцевая арматура является рабочей, сечение ее определяется расчетом. Распределительная арматура принимается конструктивно в количестве 10-15% от рабочей. Для гидротехнических напорных туннелей железобетонные монолитные крепи можно применять в условиях пород любой крепости, однако обычно в породах с f ≥ 4 применение железобетонных крепей требует специального технико-экономического обоснования. Для транспортных и безнапорных гидротехнических туннелей применение жлезеобетонной крепи ограничивается слабыми породами преимущественно с f<4, причем, если для крепления применяют металлическую арочную крепь, то ее обязательно следует учитывать в расчете. Следует отметить, что до недавного времени, арочную крепь выносили за пределы сечения и не учитывали в расчете. В 1975г. учет арочной крепи в качестве жесткой арматуры в работе на эксплуатационные нагрузки постоянной бетонной крепи туннеля переброски стока р. Ингури в Гальское водохранилище и отводящего туннеля Жинвали ГЭС позволил сэкономить 300 тонн арматурной стали. Применений арочкой крепи в качестве жесткой арматуры требует соблюдения специальных требований к аркам, точности установки, обварки стыков, обеспечения продольной жесткости арок и др.
Для нетрещиноватых монолитных железобетонных крепей туннелей процент армирования обычно принимается в пределах от 0,5% до 2%. Для напорных гидротехнических туннелей минимальный процент определяется из условия ограничения величины раскрытия трещин максимальными допускаемыми значениями, а для крепей транспортных и безнапорных гидротехнических туннелей минимальный процент не ограничивается.
Для трещиностойких железобетонных крепей напорных гидротехнических туннелей минимальный процент армирования принимается не менее 0,3 для пород с f<4, а для пород с f≥4 минимальный процент равен 0,15.
Выбор диаметра и расположения арматуры ведется по правилам, принятым для железобетонных конструкций, и соответствующих строительных норм и правил. Рабочая арматура назначается по расчету (по моментам и нормальным силам в сечениях) для внецентренно сжатых (транспортные и безнапорные туннели) или внецентренно растянутых (напорные гидротехнические туннели) конструкций. В большинстве случаев производится двойное армирование (в случае отсутствия арочной крепи). Распределительная арматура воспринимает нагрузку от неравномерного вдоль оси туннеля горного давленмия и устанавливается по расчету или конструктивно. Обычно для рабочей арматуры применяют стержни периодического профиля диаметро 22-32 мм. с шагом через 12-25 см., а для распределительной - диаметров 10-16 мм. с шагом 20-30 см. Толщина монолитных железобетонных нетрещиностойких крепей обычно состовляет 40-50 см., а минимальные толщины должны приниматься 20-25 см., включая защитный слой, толщина которого состовляет 3-5 см. в зависимости от вида арматуры, толщины крепи и агрессивности среды.
Следует отметить, что качественно выполнить в подземных условиях тонкостенную железобетонную конструкицю, насыщенную арматурой, сложно. Решение может быть найдено в использовании литых бетонных смесей и совершенных передвижных опалубок.
Характерные типы стыков монолитных железобетонных крепей показаны на рис. 2 (ниже). На рис. 2, 'a' показаны места стыков крепи, высота стыков предусматривается заранее равной 20-30 см. Тип 'I' применяют при толщине крепи до 50 см., заделку производят набрызгбетоном. Тип 'II' применяют при толщине крепи от 0,5 до 1м, но при этом заделку можно осуществлять также набразгбетоном. Тип 'III' применяют в особых конструкциях при толщине крепи более 1м. В этом случае полость стыка заполняют цементно-песчаным раствором, нагнетаемым за сетчатаю опалубку, а затем по опалубке изнутри туннеля наносят свлой набразгбетона. Во всех типах стыков после их замоноличивания производят цементацию через скважины, располагаемые не более чем через 4 м. по длине стыка.
Оригинальная конструкция стыка высоких стен туннелей и камерных выработок предложена Среднеазиатским отделением Гидропроекта. Арматура каждого яруча устанавливается самостоятельно (без выпусков), а крепь стен смежных ярусов стыкуется при помощи клинового элемента, заанкеренного в породу. Такая конструкция позволяет снизить трудоемкость заделки стыка и отказаться от сварки арматуры, а главное - сократить расчетный пролет стены, при этом существенно облегчается ее работа.
Пяты свода крепи обычно выносятся в породу для обеспечения устойчивости свода, однако это приводит к значительному повышению непрофильной выработки и бетона. В устойчивых породах можно пяты не выносить, а применить схему подвешенного свода, показанную на рис. 3 (ниже), 'а' и 'б'.
При проектировании туннелей, подвеженных значиетльному добавлению наружных подземных вод, обычно рекомендуется принимать круглую форму поперечного сечения. В связи с началом строительства в СССР туннелей большого сечения встал вопрос о необходимости перехода к корытообразной форме поперечного сечения с обеспечением экономичности и надежности конструкции крепи.
В среднеазиатском отделении института Гидропроект разработана подобная конструкция (рис. 4, ниже) тонкостенной монолитной железобетонной прианкерной дренированной крепи для крупных туннелей, проходимых в породах с f≥4 и заглубленных под уровень грунтовых вод до 170м.
Конструкция крепи состоит из свода, опирающугося на выносные пяты, тонких стен и лотка, работающих совместно с породой при помощи железобетонных анкеров. Для снижения давления грунтовых вод выполнен шнуровой дренаж. Такая конструкция крепи стен и лотка работает как безбалочное перекрытие, роль колонн в перекрытии выполняют анкера, работающие в данном слаче на растяжение.
Расчетная схема конструкции показана на рис. 4 ( ниже), в. Шпуровые дрена в крепи должны быть расположены по квадратной или прямоугольной сетке, а анкера - в точках пересечений диагоналей. В этом случае максимальные ординаты эпюр остаточного напора грунтовых вод qmax =фН (Н - статический напор грунтовых вод, ф - доля остаточного напора, равная 0,1-0,2) оказываются расположенными над анкерам(опорами), а в пролетах безбалочной плиты (крепи) ординаты эпюр давления падают до нуля. Усилия в крепи получаются при этом минимальными, а следовательно, уменьшается ее толщина и расход арматуры.
Для нетрещиноватых монолитных железобетонных крепей туннелей процент армирования обычно принимается в пределах от 0,5% до 2%. Для напорных гидротехнических туннелей минимальный процент определяется из условия ограничения величины раскрытия трещин максимальными допускаемыми значениями, а для крепей транспортных и безнапорных гидротехнических туннелей минимальный процент не ограничивается.
Для трещиностойких железобетонных крепей напорных гидротехнических туннелей минимальный процент армирования принимается не менее 0,3 для пород с f<4, а для пород с f≥4 минимальный процент равен 0,15.
Выбор диаметра и расположения арматуры ведется по правилам, принятым для железобетонных конструкций, и соответствующих строительных норм и правил. Рабочая арматура назначается по расчету (по моментам и нормальным силам в сечениях) для внецентренно сжатых (транспортные и безнапорные туннели) или внецентренно растянутых (напорные гидротехнические туннели) конструкций. В большинстве случаев производится двойное армирование (в случае отсутствия арочной крепи). Распределительная арматура воспринимает нагрузку от неравномерного вдоль оси туннеля горного давленмия и устанавливается по расчету или конструктивно. Обычно для рабочей арматуры применяют стержни периодического профиля диаметро 22-32 мм. с шагом через 12-25 см., а для распределительной - диаметров 10-16 мм. с шагом 20-30 см. Толщина монолитных железобетонных нетрещиностойких крепей обычно состовляет 40-50 см., а минимальные толщины должны приниматься 20-25 см., включая защитный слой, толщина которого состовляет 3-5 см. в зависимости от вида арматуры, толщины крепи и агрессивности среды.
Следует отметить, что качественно выполнить в подземных условиях тонкостенную железобетонную конструкицю, насыщенную арматурой, сложно. Решение может быть найдено в использовании литых бетонных смесей и совершенных передвижных опалубок.
Характерные типы стыков монолитных железобетонных крепей показаны на рис. 2 (ниже). На рис. 2, 'a' показаны места стыков крепи, высота стыков предусматривается заранее равной 20-30 см. Тип 'I' применяют при толщине крепи до 50 см., заделку производят набрызгбетоном. Тип 'II' применяют при толщине крепи от 0,5 до 1м, но при этом заделку можно осуществлять также набразгбетоном. Тип 'III' применяют в особых конструкциях при толщине крепи более 1м. В этом случае полость стыка заполняют цементно-песчаным раствором, нагнетаемым за сетчатаю опалубку, а затем по опалубке изнутри туннеля наносят свлой набразгбетона. Во всех типах стыков после их замоноличивания производят цементацию через скважины, располагаемые не более чем через 4 м. по длине стыка.
Оригинальная конструкция стыка высоких стен туннелей и камерных выработок предложена Среднеазиатским отделением Гидропроекта. Арматура каждого яруча устанавливается самостоятельно (без выпусков), а крепь стен смежных ярусов стыкуется при помощи клинового элемента, заанкеренного в породу. Такая конструкция позволяет снизить трудоемкость заделки стыка и отказаться от сварки арматуры, а главное - сократить расчетный пролет стены, при этом существенно облегчается ее работа.
Пяты свода крепи обычно выносятся в породу для обеспечения устойчивости свода, однако это приводит к значительному повышению непрофильной выработки и бетона. В устойчивых породах можно пяты не выносить, а применить схему подвешенного свода, показанную на рис. 3 (ниже), 'а' и 'б'.
При проектировании туннелей, подвеженных значиетльному добавлению наружных подземных вод, обычно рекомендуется принимать круглую форму поперечного сечения. В связи с началом строительства в СССР туннелей большого сечения встал вопрос о необходимости перехода к корытообразной форме поперечного сечения с обеспечением экономичности и надежности конструкции крепи.
В среднеазиатском отделении института Гидропроект разработана подобная конструкция (рис. 4, ниже) тонкостенной монолитной железобетонной прианкерной дренированной крепи для крупных туннелей, проходимых в породах с f≥4 и заглубленных под уровень грунтовых вод до 170м.
Конструкция крепи состоит из свода, опирающугося на выносные пяты, тонких стен и лотка, работающих совместно с породой при помощи железобетонных анкеров. Для снижения давления грунтовых вод выполнен шнуровой дренаж. Такая конструкция крепи стен и лотка работает как безбалочное перекрытие, роль колонн в перекрытии выполняют анкера, работающие в данном слаче на растяжение.
Расчетная схема конструкции показана на рис. 4 ( ниже), в. Шпуровые дрена в крепи должны быть расположены по квадратной или прямоугольной сетке, а анкера - в точках пересечений диагоналей. В этом случае максимальные ординаты эпюр остаточного напора грунтовых вод qmax =фН (Н - статический напор грунтовых вод, ф - доля остаточного напора, равная 0,1-0,2) оказываются расположенными над анкерам(опорами), а в пролетах безбалочной плиты (крепи) ординаты эпюр давления падают до нуля. Усилия в крепи получаются при этом минимальными, а следовательно, уменьшается ее толщина и расход арматуры.
