Материалы для сооружения тоннельных обделок

Материалы для сооружения тоннельных обделок должны быть прочными, долговечными, стойкими против огня, химических и атмосферных влияний обеспечивать возможность максимальной механизации работ при их применении. Наряду с этим выбор материалов следует производить с учетом экономической целесообразности и условий района строительства.

Обделки тоннелей, сооружаемых горным способом, выполняют из монолитного бетона, укладываемого за опалубку или наносимого на поверхность выработки пневматическими машинами (набрызгбетон), из монолитного или сборного железобетона.

В отдельных случаях в качестве материала для тоннельных обделок применяют монолитный бетон, армированный сетками в наиболее напряженных сечениях, кладку из естественных или искусственных камней и чугунные или стальные элементы (тюбинги), соединяемые болтами.

Наибольшее распространение в качестве материала для тоннельных обделок имеет монолитный бетон, который обладает рядом достоинств. К ним относятся бесшовность обделки, способствующая повышению ее водонепроницаемости, возможность в благоприятных условиях полностью механизировать перемещение и укладку бетонной смеси, использование для ее приготовления местных материалов (песок, щебень). Недостатками бетона, как материала для тоннельных обделок, являются необходимость выдерживания бетонных сводов на кружалах до достижения достаточной прочности и малая химическая стойкость против действия агрессивных вод.

Однако отмеченные недостатки бетона в значительной степени преодолимы. Раннее раскружаливание возможно в случае применения ускорителей твердения или оставления за обделкой временной крепи, воспринимающей все нагрузки, кроме собственного веса обделки (например, оставление анкерной крепи, см. § 57).

Повышение химической стойкости бетона может быть достигнуто двумя способами, затрудняющими фильтрацию агрессивных вод повышением плотности бетона или устройством гидроизоляции, а также применением цементов с активными гидравлическими добавками (пуццолановый и шлаковый цементы), связывающими образующуюся при твердении цементного камня гидроокись кальция.

В тоннельных конструкциях применяют бетоны с марками по прочности 200—300 и содержанием цемента не менее 240 кг/м³. Толщину элементов монолитных бетонных обделок назначают не менее 20 см.

Применение монолитного бетона целесообразно в мягких и слабых породах, требующих возведения тоннельных обделок по частям, а также в скальных породах, разрабатываемых взрывным способом, в особенности в труднодоступных районах, где создавать полигон для изготовления железобетонных изделий нерационально.

Возможно также применение монолитного бетона в сочетании с механизированной щитовой проходкой (прессованный бетон) для сооружения тоннельных обделок кругового очертания (см. § 96).

Недостатком бетона является его малая прочность на растяжение, которая составляет не более 10% прочности на сжатие при изгибе. В связи с этим размеры сечений бетонных обделок определяются в основном работой на растяжение, а их прочность на сжатие не реализуется. Этот недостаток бетона может быть преодолен применением армирования. Однако употребление монолитного железобетона (марки не ниже 200 при толщине элементов не менее 15 см) в условиях выработки, стесненной временной крепью, чрезвычайно затруднено и допустимо лишь при соответствующем обосновании. Монолитные железобетонные обделки и порталы тоннелей применяются редко, преимущественно при строительстве напорных гидротехнических тоннелей, на участках сильного горного давления и в районах с сейсмичностью 7 баллов и более. Рационально применение железобетона в виде сборных обделок из железобетонных элементов (марки бетона 300—400 при толщине элементов не менее 15 см), изготавливаемых на заводе или полигоне и монтируемых в подземных условиях.

Перспективным материалом для устройства обделок облицовочного типа в монолитных и слаботрещиноватых породах является набрызгбетон, наносимый пневматическими машинами непосредственно на поверхность выработки или по стальной сетке, прикрепленной к породе анкерами.

Представляет интерес применение в подземном строительстве пласт-бетона — бетона, в котором связующим служит цемент, обогащенный полимерными добавками, а заполнителем — плотные смеси (песчаная или песок с добавлением щебня и гравия). Полимер заполняет пустоты в цементном камне, делая бетон более плотным и прочным, обволакивает заполнитель тонкой пленкой, повышая сцепление между цементным камнем и заполнителем, а также химическую стойкость материала и придавая ему новые свойства.

Полимерные добавки значительно повышают прочность бетона на сжатие и растяжение, предельную растяжимость, трещиностойкость и водонепроницаемость.

Дальнейшим развитием использования полимеров является применение бесцементного пластбетона с чисто полимерным связующим.

К недостаткам пластбетона по сравнению с обычным относится его повышенная ползучесть.