Ребристые пролётные строения железобетонных мостов

Мосты с ребристыми пролетными строениями применяются при пролетах в свету более 6м, когда плитные пролетные строения становятся неэкономичными. Они состоят из ребер, соединенных между собой поверху общей плитой проезжей части. Ребра соединяют между собой диафрагмами в качестве поперечных связей, расположенными над опорами и через каждые 2-3м в пролете. Диафрагмы обеспечивают равномерную нагрузку на ребра, т.е. обеспечивают работу ребер как единой конструкции. Диафрагмы представляют собой толстые металлические листы, сваренные встык и омоноличенные бетоном. Так в случае неравномерного загружения ребер одно из них могло бы прогнуться больше, чем другое, что привело бы к дополнительному изгибу плиты и к перегрузке одного из ребер. В типовых пролетных строениях из обычного железобетона длиной до 16,5 м толщина ребер принимается равной 50 см, что позволяет выполнить все конструктивные требования СНиП и обеспечить качественную укладку и уплотнение бетонной смеси в конструкции. При пролетах от 16 до 34 м экономически обоснованным является применение предварительно напряженных пролетных строений. Для создания предварительного напряжения используется два способа: натяжение на бетон и натяжениена специальные стенды — упоры. В настоящее время стендовый способ является основным для цельноперевозимых пролетных строений.

При пролетах более 15 м неразрезные пролетные строения экономичнее разрезных, в результате разгружающего влияния отрицательных моментов на опорах и уменьшения изгибающего момента в середине пролета. Поэтому в неразрезных пролетных строениях высота главных балок, а следовательно, и объем железобетона меньше, чем в разрезных. Применение неразрезных балочных конструкций дает экономию за счет уменьшения размеров промежуточной опоры, так как на ней нужно разместить одну опорную часть, а не две, как в разрезных.

Рис. Монолитное ребристое пролётное строение.

 

Тротуаром служит удлиненная консоль, вторая консоль укороченная – без тротуара.

Внутренняя поверхность плиты балластного корыта покрыта гидроизоляцией. Гидроизоляция укладывается на поверхность плиты балластного корыта. В состав изоляции входит бетонная подготовка, служащая для выравнивания поверхности и для создания уклонов к водоотводным трубкам. К подготовке приклеивается изолирующий слой, а поверх него укладывается защитный слой толщиной 40-50мм из цементного раствора по сетке из стальной проволоки для предохранения изоляции от повреждения балластом.

Изоляцией должна быть покрыта вся поверхность плиты и бортиков, соприкасающаяся с балластом. Концы изоляции следует закрепить, заведя ее в специальные углубления в бортиках.

Вода отводится к водоотводным трубкам при помощи уклонов, придаваемых изолирующему и защитному слоям. Уклон должен быть не менее 3%о. Водоотводные трубки, к которым вода отводится с поверхности балластного корыта, должны ставиться из расчета 5см² площади поперечного сечения трубки на 1м² площади водосбора во избежание скопления воды перед трубками. Диаметр трубки делается не менее 15см. Трубки должны быть сделаны из прочного материала. Чтобы вода, вытекающая из трубок, не попадала на поверхность бетона, концы их выпускаются из конструкции на 15см. Сверху трубка закрывается чугунным или железобетонным колпаком для предохранения ее от засорения балластом. В колпаке имеются прорези для прохода воды. Вокруг колпака укладывается крупный камень (размером не менее 80мм) с постепенным переходом к нормальному балласту.

Водоотводные трубки предпочтительнее располагать у краев балластного корыта, т.к. при этом для осмотра и прочистки трубок не требуется сдвигать шпалы.

Рис. Гидроизоляция и водоотвод балластного корыта

железобетонных мостов

1; 2 – борта балластного корыта; 3 – подготовительный слой; 4 – гидроизоляция;

5 – армированный защитный слой; 6 – водоотводная трубка

 

ВОДОПРОПУСКНЫЕ ТРУБЫ

Общие сведения о трубах

Трубы представляют собой малые водопропускные сооружения, располагаемые в насыпях дорог. Трубы, как правило, состоят из следующих основных частей: входного и выходного оголовка (для обеспечения плавного ввода потока в трубу и вывода водного потока из трубы), тела трубы и фундамента трубы. Водопропускная способность труб зависит от формы и размеров отверстия, типа оголовков, глубины воды перед трубой, скорости течения воды на выходе из трубы и других условий.

Величина отверстия трубы определяется гидравлическим расчетом в зависимости от расчетного расхода водного потока и допускаемой скорости течения воды. Длина средней части трубы определяется геометрическим расчетом в зависимости от ширины насыпи по подошве и дли­ны входного и выходного оголовка (рис. 1).

Рис. Конструкция водопропускной трубы:

1 - входной оголовок; 2 - выходной оголовок; 3 - фундамент оголовка;

4- фундамент трубы; 5 - звено; 6- деформационный шов; 7 - гидроизоляция; 8 - одиночное мощение у входного оголовка; 9- двойное мощение у выходно­го оголовка; 10- укрепление откоса выше оголовка; 11 - укрепление откоса ниже оголовка

Для предотвращения изгиба тело трубы делят на секции длиной не более 5 м. Швы между секциями заполняют упругим гидроизоляцион­ным материалом, чтобы вода из труб не просачивалась в насыпь и не раз­жижала грунт.Для кладки трубы, наоборот, опаснее протекание воды со стороны насыпи. Выщелачивая раствор, вода разрушает кладку извне, что невозможно предотвратить без сложного переустройства. С этой целью по поверхности трубы, соприкасающейся с грунтом насыпи, устраивается специальная гидроизоляция, она может быть двух видов: оклеечная и обмазочная.

Для защиты бетона и арматуры от коррозии наружные поверхности и стыки труб покрывают гидроизоляцией. Она должна быть тепло-, морозо-, био-, и химически стойкой, а также сплошной, эластичной и надёжной при длительных воздействиях воды и давления грунта насыпи, при деформации бетона и образования трещин с раскрытием, допускаемым нормами проектирования. гидроизоляция бывает: битумной, тиоколовой, резинобитумной и другой, оклеечной - с армирующими материалами и обмазочной - неармированнной.

Наружные поверхности железобетонных звеньев и плит, а также стыки между звеньями и секциями труб покрывают оклеечной гидроизоляцией или изольной рулонной гидроизоляцией. Гидроизоляцию верхних поверхностей звеньев и плит покрытий труб защищают слоем цементно-песчаного раствора толщиной 30 мм, а боковых поверхностей труб - асбоцементными плитами толщиной 8 - 10 мм или засыпкой грунтом.

Соприкасающиеся с грунтом поверхности стен бетонных труб и оголовков покрывают обмазочной гидроизоляцией, состоящей из грунтовки и двух слоёв битумной мастики 2-3 мм каждый.

Стыки между торцами звеньев и блоков оголовков труб коноптят паклей, пропитанной раствором битума в бензине, а затем заделывают цементно-песчаным раствором на глубину 3 см. При оклеечной гидроизоляции поверхностей и расположении звеньев на фундаментах стыки перекрывают сплошной оклеечной изоляцией, а в бесфундаментных трубах - с компенсирующим выгибом изоляции к верху. При обмазочной гидроизоляции поверхностей стыки между звеньями перекрывают полосой оклеечной изоляции шириной 25-30 смсимметрично оси стыка.

Деформационные швы между секциями труб перекрывают полосой оклеечной гидроизоляции с компенсатором, расположенным внутри шва.

 

Рис. Гидроизоляция поверхностей и стыков труб

 

Во избежание застоя воды лоток трубы устраивают таким образом, чтобы отметка дна посередине трубы была меньше отметки дна у вход­ного оголовка и больше, чем отметка дна лотка у выходного оголовка. Высота насыпи при устройстве труб принимается не менее высоты тру­бы плюс толщина засыпки, которая должна быть не менее 1 м, считая от верха звена трубы до подошвы рельса. Кроме того, высота насыпи дол­жна быть не менее глубины воды перед трубой (подпора) с учетом высо­ты волны плюс возвышение бровки земляного полотна, которое прини­мается по СНиП (не менее 0,5м при безнапорном режиме работы тру­бы, а при полунапорном и напорном режимах — не менее 1м).

В зависимости от скорости течения воды на выходе из трубы русло и откосы насыпи должны укрепляться одерновкой, каменным моще­нием или бетонными плитами. Для уменьшения объемов работ по ук­реплению у выходного оголовка устраивается ковш (углубление), за­полненный камнем (рис. 2). Глубина ковша принимается равной глу­бине местного размыва грунта у конца укрепления. У каждого конца трубы при высоте насыпи более 2м устраивается один лестничный сход шириной 0,75м.

Рис. Укрепление русла водотока на выходе из трубы:

1 - выходной оголовок; 2 - мощение русла; 3 - предохранительный ковш; 4 - каменное заполнение ковша; 5 - песчано-гравийная подготовка под мо­щением русла; 6 - крепление откосов ниже оголовка; 7 - крепление откосов выше оголовка

 

Для ограждения труб, особенно малых отверстий, от засорения плывущими корчами перед входными оголовками забивают столбы из дерева или железобетона. Из смотровых приспособлений у труб устраивают лестничный сход по откосам насыпей для спуска к трубе.

В зависимости от инженерно-геологических условий трубы могут быть с фундаментами на естественном основании или со свайными фундаментами, а также без фундаментов с укладкой звеньев на железобетонные плиты или лекальные блоки, либо на грунтовые подушки (ложе), спланированные по очертанию трубы. 

Звенья и оголовки часто устанавливают на фундаменты. При наличии фундаментов уменьшаются осадки звеньев во время эксплуатации трубы и предупреждаются деформации ее вследствие пучения грунта основания. Нагрузки, действующие на трубу, в середине ее длины больше, чем у концов, поэтому и осадки средней части трубы больше, чем у оголовков. Фундаменты под оголовками обычно имеют большую глубину заложения, чем под остальной частью трубы, потому, что здесь больше глубина промерзания грунта, чем под насыпью и существует опасность подмыва.

При надлежащих условиях (дренирующие грунты основания, низкий уровень грунтовых вод в период отрицательных температур) фундаменты могут быть заменены подушкой из дренирующего грунта или вовсе отсутствовать. Напорные и полунапорные трубы должны иметь фундаменты.

Трубы применяются в любых климатических, топографических и гео­логических условиях, на любых участках плана и профиля дорог при значительных высотах насыпи, для пропуска временных (периодически действующих) и постоянных водотоков, но при отсутствии ледохода. Трубы применяются также для пешеходных переходов и прогона скота, для проезда автотранспортных средств и сельскохозяйственных машин, для прокладки трубопроводов и других коммуникаций.

Водопропускные трубы имеют несложную, надежную и долговечную конструкцию. Их можно возводить индустриальным, комплексно-меха­низированным, поточно-скоростным методом, существенно снижающим трудоемкость и продолжительность строительства. Выбор между тру­бой и малым мостом производится на основании сравнения их технико-экономических показателей. На малых водотоках трубы, как правило, имеют значительно меньшую стоимость, чем мосты с увеличением на­сыпи, выгодность применения труб возрастает.

Эксплуатация труб проще и дешевле эксплуатации мостов. Путь над трубами имеет такую же конструкцию, как на прилегающей насыпи, что упрощает его содержание. Трубы менее, чем мосты, чувствительны к динамическому воздействию и увеличению временной подвижной (от подвижного состава) нагрузки. Благодаря хорошим строительным и экс­плуатационным качествам трубы являются наиболее распространенны­ми водопропускными сооружениями. В зависимости от рельефа мест­ности на 1 км дороги приходится от 0,4 до 1,2 трубы. Количество труб на дорогах нашей страны составляет 70 % всех водопропускных соору­жений. В общем комплексе строительства железных дорог стоимость строительства водопропускных сооружений доходит до 22 %.

До первой четверти 20 века были распространены каменные трубы, позже стали применятся железобетонные трубы. В 1936 году были разработаны первые типовые проекты круглых железобетонных труб диа­метром 1—2 м, звеньями длиной 1 м для железных дорог. С 1962 года получили распространение типовые унифицированные сборные же­лезобетонные и бетонные трубы круглого и прямоугольного сечения, разработанные институтом Ленгипротрансмост.

Первые металлические трубы были чугунными, в дальнейшем их вытеснили стальные гофрированные (гибкие) трубы. В России первые гофрированные трубы появились в 1875 г. диаметром 0,53 и 1,07 м. Ме­таллические трубы подвержены вредным воздействиям агрессивных вод, блуждающих токов, атмосферной и грунтовой коррозии. Однако специальными мероприятиями по защите металла от коррозии удается увели­чить срок их службы до 40—50 лет. Железобетонные трубы долговечнее металлических. На заводах освоена технология изготовления круглых железобетонных звеньев труб диаметром до 1,5м на вибростанках.

Водопропускные трубы классифицируют по следующим признакам:

• по характеру протекания водотока в трубе;

• по форме отверстия трубы;

• по числу водопропускных отверстий;

• по конструктивному оформлению входа водотока в трубу и выходаиз нее;

• по характеру инженерно-геологических условий;

• по материалу;

• по способу сооружения.

По характеру протекания водотока в трубе (режиму) трубы делятся на безнапорные, полунапорные, напорные. Безнапорные трубы работа­ют неполным сечением, полунапорные работают полным сечением на входе в трубу и неполным на остальном протяжении трубы. Напорные трубы работают полным сечением на всем протяжении трубы.

По форме поперечного сечения существующие, ранее построенные трубы подразделяются на круглые, прямоугольные, трапецеидальные,

треугольные, овоидальные, с вер­тикальными стенками и сводами, эллиптические и др.В современ­ных условиях строятся круглые и прямоугольные трубы.

 

Рис. Формы водопропускного от­верстия труб:

а — круглая; б — прямоугольная; в — трапециевидная; г — треугольная; д — эллиптическая; е — овоидальная; ж — с вертикальными стенками и сводом; з — арочная

 

По числу водопропускных отверстий трубы бывают одно-, двух-, трехочковыми.

По конструктивному оформ­лению входа потока в трубу и выхода из нее трубы бывают с оголовками и без оголовков.

Виды оголовков. В зависимо­сти от положения откосных сте­нок (крыльев) оголовки делятся на портальные — со стенкой,перпендикулярной оси водотока, раструбные — со стенками, расположен­ными под углом к продольной оси трубы, и коридорные — со стенками, параллельными оси трубы.

Рис. Виды оголовков водопропускных труб:

а — коридорный; б — раструбный; в — конический; г — портальный;

д — воротниковый

 Раструбные оголовки обеспечивают плавный вход водного потока в трубу, оказывают меньшее сопротивление потоку, что повышает водопропускную способность трубы.

По виду входного звена оголовки бывают с нормальным звеном, вы­сота которого равна высоте звеньев средней части трубы; повышенным звеном и коническим звеном. Трубы с повышенным и коническим вход­ным звеном имеют большую водопропускную способность, чем трубы с нормальным звеном.

На водотоках с незначительными расходами воды трубы могут быть без оголовков с вертикальным срезом, выступающим из насыпи, или иметь воротниковые оголовки с наклонным срезом в плоскости откоса насыпи, а также с повышенным или коническим звеном без откосных стенок.

 

Рис. Трубы с различной конструкцией входного звена: а — труба с повышенным входным звеном; б — труба с коническим входным звеном; в — труба с нормальным входным звеном; / — откосная стенка; 2 — секция трубы; 3 — нормальное звено; 4 — фундамент; 5 — повышенное звено;

б — коническое звено

 

Каменные трубы имеют овоидальную форму поперечного сечения или с вертикальными стенками и сводами. Отверстия шириной от 1 до 6 м. Бывают одно- и двухочковыми. В зависимости от геологических и климатических условий своды опираются на сплошные или раздельные фундаменты или на вертикальные стены. Трубы состоят из секции длиной от 3 до 6м, покрытых гидроизоляцией. Каменные трубы имеют портальные, раструбные, коридорные и воротниковые оголовки с нормальными или повышенными входными секциями. Видимые поверхности оголовков облицовываются тесаным камнем. Овоидальные трубы имеют суживающиеся кверху отверстия, что снижает их водопропускную способность. Кладка сводов требует труда высококвалифицированных каменщиков, поэтому работа по постройке овоидальных труб очень трудоемка и продолжительна. Трубы с вертикальными стенками имеют более пологие своды кругового очертания неглубокий лоток, отделенный от стен деформационными швами. Эти трубы имеют большую водопропускную способность, простую кладку стен, меньший объем кладки сводов, что снижает трудоемкость и продолжительность строительства.

Каменные трубы являются надежными и долговечными сооружениями с малыми эксплуатационными расходами, но не удовлетворяющими современным требованиям индустриализации строительства. Они целесообразны в труднодоступных районах при наличии местного природного камня.

 

Сборные железобетонные трубы. Сборные трубы состоят из звеньев, блоков фундаментов и элементов оголовков, которые изготавливаются на заводах или полигонах, доставляются на строительство площадки обычным транспортом и монтируются легкими мобильными кранами. Эти трубы соответствуют требованиям индустриального строительства, имеют сравнительно невысокую стоимость, незначительную трудоемкость и продолжительность строительства, обладают хорошими эксплуатационными качествами и большими сроками службы. Железобетонные звенья сборных труб по форме поперечного сечения бывают: круглые, цилиндрические, круглые звенья с плоским основанием, овоидальные и прямоугольные звенья. Толщина стенок звеньев должна быть не менее 10см, длина звена, как правило, равна 1м. Круглые цилиндрические звенья имеют отверстия до 2м. Овоидальные звенья состоят из свода и плиты лотка, соединенных в замкнутую конструкцию с плоским основанием.

Прямоугольные железобетонные звенья представляют собой замкнутые рамы с отверстиями 2 и 2,5м и высотой 2м, а также отверстиями 3 и 4 м высотой 2,5м. Толщина стенок звеньев составляет 13-30см, верхней двускатной плиты – 17-40см (в зависимости от отверстия трубы и высоты насыпи). Из круглых и овоидальныхзвеньев собираются одно-, двух- и трехочковые секции длиной 2-3м. Пространство между секциями в трубах с фундаментом заполняется тощим бетоном, а в бесфундаментных – дренирующим грунтом.

Верхней поверхности заполнения придается двускатная форма с уклоном не менее 0,03. Между секциями устраиваются деформационные швы шириной не менее 3см.

В обычных климатических условиях при пластичных глинистых и мелких песчаных средней плотности грунтах основания применяют сплошные фундаменты из монолитного бетона или бетонных блоков.При твердых и полутвердых глинистых и песчаных средней плотности грунтах основания звенья диаметром 1,5м укладывают на железобетонные лекальные блоки или плиты, на гравийно-песчаные или глинощебеночные подушки толщиной не менее 0,4м. При плотных песчаных, крупнообломочных и скальных грунтах возможно сооружение труб на профилированном уплотненном грунтовом ложе. Трубы без фундаментов на железных дорогах не применяют.

Фундаменты средних секций закладывают на глубину 0,5-1,5 независимо от глубины промерзания грунтов основания. Глубина заложения фундаментов крайних секций и оголовков при скальных, крупнообломочных, гравийных и крупнопесчаных грунтов принимается независимо от глубины промерзания, а при всех других грунтах – на 0,25 ниже глубины промерзания.

Типовые сборные железобетонные унифицированные трубы применяют при высоте насыпи до 20м для пропуска периодических и постоянных водотоков, но при отсутствии наледей, так как при очистке отверстий железобетонных труб от льда возможно повреждение защитного слоя бетона, быстрая коррозия арматуры и разрушение трубы.

 

Бетонные трубы имеют прямоугольные отверстия шириной 1,5; 2 и 3м при высоте 2м и шириной 2-6м при высоте 3м. Они могут быть одно-, двух и трехочковыми. Средняя часть бетонной трубы состоит из секций длиной 3-4м, которые могут быть монолитными или сборными. Сборные секции состоят из железобетонных плит перекрытия отверстия, бетонных блоков стен, насадок, лотка и фундамента. Плиты шириной 1м не только перекрывают отверстие трубы, но и служат распорками для стен. Бетонные блоки стен имеют массивную фигурную конструкцию длиной 1 м и высотой 1,8 и 2.6 м. Поверху стеновые блоки объединяются железобетонными насадками (ригелями) длиной 3-4м, на которые укладывают плиты покрытия.

Трубы отверстием 1,5; 2 и 3 м имеют сплошные фундаменты, а остальные – раздельные на естественном основании, монолитные или сборные, либо свайные фундаменты. Трубы имеют раструбные оголовки. Лотки бетонируются на песчаной подготовке. Входные звенья могут быть нормальные или повышенные. Бетонные трубы имеют большое количество блоков разной формы и размеров, что усложняет их изготовление, увеличивает объем установки блоков на цементном растворе, гидроизоляционных и других работ, требует значительных трудовых затрат и времени на строительство. Однако эти трубы имеют большой срок службы и малые эксплуатационные расходы. Бетонные трубы применяют при высоте насыпи до 20м для пропуска постоянных и периодических водотоков.

 

Металлические трубы. Первые металлические трубы были чугунными. Они состояли из круглых звеньев отверстием до 2,1м, длиной 3,2м и толщиной стенок до 30мм. Чугунные трубы имели малую трудоемкость и хорошие эксплуатационные качества, но требовали большого расхода металла. Затем начали применять более экономичные трубы из тонколистовой гофрированной (волнистой) стали с повышенными антикоррозийными свойствами. Отверстия гофрированных труб имеют круглую, эллиптическую или арочную форму. Эти трубы, как правило, не имеют оголовков и выступают из насыпи с вертикальным или наклонным торцом.

Эти трубы бывают многоочковыми и многоярусными. При многоярусном расположении верхние отверстия пропускают только воды весеннего паводка, большую часть времени они остаются сухими.

Стальные трубы выполняются из гнутых гофрированных листов толщиной 1,5-7мм с кольцевыми или спиральными гофрами. Элементы труб имеют небольшие габаритные размеры и малый вес. Листы соединяются внахлестку, бандажами или фланцами, заклепками, обычными или высокопрочными болтами, а также сваркой. Гофрированные трубы могут значительно деформироваться без повреждений, поэтому они укладываются без фундаментов на грунтовые подушки.

При повышенной агрессивности среды поверхности труб дополнительно обмазывают битумом, эпоксидной смолой или полимерной эмалью. Лоток трубы покрывают бетоном или асфальтобетоном, толщина покрытия лотка должна быть на 2см выше гофр. Трубы засыпают песчаным или суглинистым грунтом или супесчаным грунтом послойно равномерно с обеих сторон трубы. Грунт тщательно уплотняют для обеспечения надежной совместной работы гибкой стальной трубы с окружающим грунтом.

Благодаря малой массе, транспортабельности элементов, быстроте сборки и высокой эксплуатационной надежности стальные гофрированные трубы соответствуют современным требованиям индустриального строительства.

Типовые гофрированные трубы имеют отверстия 1-3м. Основным элементом типовых труб является гофрированный лист, изогнутый по заданному радиусу и с отверстиями для болтов. Типовые трубы применяют при высоте насыпи до 20м во всех климатических районах страны и на любых водотоках.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется трубой.

2. Достоинства труб.

3. Недостатки труб.

4. От чего зависит пропускная способность трубы.

5. Классификация труб по форме поперечного сечения.

6. Классификация труб по количеству отверстий.

7. Классификация труб по материалу.

8. Классификация труб по способу постройки.

9. Чем характерен напорный режим работы труб.

10. Чем характерен безнапорный режим работы труб.

11. Чем характерен полунапорный режим работы труб.

12. Назвать формы оголовков у трубы.

13. Назначение оголовков у трубы.

14. При помощи чего труба делится на секции и звенья.

15. Устройство гидроизоляции у труб.

16. Назначения фундаментов у труб.

17. Виды фундаментов у труб.

18. Чем защищают русло водотока у входа в трубу и выхода из нее.

19. Где у труб устраивается рисберма (ковш с камнем) и почему.

20. Устройство дна трубы.

21. Чем ограждаются трубы перед входными оголовками и почему.

 

ТОННЕЛИ

 

На железных дорогах тоннели строили, начиная с 1860 г., по раз­личным габаритам под один или два пути. Число тоннелей невели­ко. Но по значимости тоннели, как и мосты, — наиболее ответ­ственные и дорогие сооружения в путевом хозяйстве дорог, а по условиям эксплуатации тоннели сложнее мостов.

При постройке тоннеля удаляют (вырабатывают) породу в гор­ном массиве по заданной трассе и профилю. От разру­шения выработку закрепляют каменной или иной обделкой. Лишь особо крепкие, не поврежденные трещинами скальные породы не требуют обделки. Находясь в окружении грунтов и грунтовых вод, обделка подвергается давлению грунта, которое в зависимости от гидрогеологических условий может быть направлено не только сверху и с боков, но и снизу.

Проникающая в тоннель вода разжижает балластную призму, что снижает устойчивость пути, а зимой, особенно в районах с суровым климатом, приводит к обледенению тоннеля и пучению пу­ти. Пучины и наледи, стесняя габарит, иногда и без того недоста­точный, нарушают эксплуатацию. Околка и вывозка льда затрудни­тельны при движении поездов и трудоемки. Вода, выщелачивая раствор, ослабляет кладку обделки, а вымывая грунт, образует пу­стоты за обделкой.

Условия выполнения работ в тоннелях тяжелее, чем на мостах. Тоннели узкие и длинные лишены дневного света, скапливают от­работанные газы локомотивов и машин тяжелого типа.

Тоннели ухудшают условия и для движения поездов. Повышен­ная влажность уменьшает сцепление колес локомотива с рельсами. Дополнительное сопротивление идущему поезду оказывает воздух в тоннеле. Выталкивая этот воздух, проходящий поезд преодоле­вает его трение по обделке на всем протяжении тоннеля. На кри­вых участках пути воздушное сопротивление в тоннелях еще боль­ше, чем на прямых. Все эти сопротивления столь значительны, что наибольшие уклоны пути в тоннелях требуется уменьшать на ве­личину до 25% против допускаемых вне тоннеля.

Продольный профиль тоннеля определяется не только уклоном пути, но и условиями отвода воды из тоннеля. Отвод воды проще, когда тоннель имеет уклон. При уклоне лучше и естественное про­ветривание, особенно когда подъем совпадает с направлением гос­подствующих ветров. Длинные горные тоннели имеют обычно дву­скатный профиль с уклонами от середины к концам — порталам тоннеля. В отличие от горных подводные тоннели характерны подъемом к порталам, поэтому воду из этих тоннелей откачивают насосами.

По глубине заложения тоннели бывают: мелкого заложения: располагаемые на глубине (10...15) м от земной поверхности;глубокого заложения: располагаемые на глубине более (10...15) м; тоннели метрополитенов.

По способам сооружения различают: открытымспособом;щитовым способом.

Рис. Поперечное сечение тоннеля, разработанного:

а – открытым способом; б – щитовым способом

 

Рис. Щитовой способ разработки

По конструкции тоннельных обделок: для грунтов с вертикальным давлением;для грунтов с вертикальным и боковым давлением, монолитные, сборные.

По расположению в плане: прямолинейные;криволинейные:спиральные (трасса делает полный поворот или поворачивает на угол более 360° внутри горного массива);петлевые (траса поворачивает на 180°).

По характеру продольного профиля: горизонтальные;двускатные;односкатные.

 

 

Рис. Продольный профиль тоннелей

а – двухскатный тоннель; б – односкатный тоннель; в – тоннель на горизонтальной площадке

Обделка – строительная конструкция, образующая внутреннюю поверхность подземного сооружения, предназначена для защиты подземных сооружений от разрушений, чрезмерных смещений окружающих пород, проникновения подземных вод.

Даже скальные породы со временем выщелачиваются грунтовыми водами, выветриваются и постепенно разрушаются, тем интенсивнее, чем пористее и слабее порода. Препятствуя обрушению грунта, обделка воспринимает на себя его давление. В зависимости от категории грунта, его состояния, напластования и обводненности давление грунта различается по величине и направлению. Соответственно, различной проектируется конструкция и толщина обделок.           

Рис. Конструкция монолитной обделки:

а – конструкция монолитной обделки с обратным сводом; б – конструкция монолитной обделки без обратного свода

 

 И те, и другие имеют следующие элементы: верхний свод, опирающийся на стены с фундаментом. У обделок с боковым давлением фундаменты стен расперты обратным сводом. В отличие от верхнего свода, обратный свод препятствует выпиранию грунта снизу. Стены, являясь криволинейными, передают боковое давление грунта сводам, упертым в породу. Вся обделка при обратном своде является замкнутым кольцом, которое сопротивляется всестороннему давлению на него окружающего грунта.

Толщина обделок: для однопутных тоннелей от 0,4 до 1,1м; для двухпутных тоннелей от 0,5 до 2,1.

 Для условий, когда давление грунта только вертикальное, конструкция обделки не имеет обратного свода.

 Тоннели, построенные до 1930 года в верхней боковой части негабаритны, т.к. они строились без уширения обделки на криволинейных участках пути. С 1930 года габарит на кривых участках пути уширяется в зависимости от радиуса кривой и возвышения наружного рельса.

Обделки тоннелей бывают: монолитные; сборные.

Монолитные обделки применяются при горном способе сооружения тоннелей, устраиваются из камня, бетона, набрызг-бетона или железобетона. Бетонная обделка по сравнению с каменной обладает большей плотностью и водонепроницаемостью. Необходимость немедленного восприятия обделкой горного давления в некоторых случаях требует применения быстротвердеющих цементов.

По длине тоннеля монолитная обделка разделяется сквозными (деформационными) швами на отдельные звенья (кольца) длиной от 2 до 10м, чаще длиной 6-8метров. Каждое звено имеет свой номер, под которым оно значится при постройке и в эксплуатации. Крайние кольца короче. С наружного конца они сопряжены по верхнему своду и стенам с подпорными стенами – порталами.

Рис. Виды монолитных обделок в железнодорожном тоннеле

 

 

Рис. Устройство монолитной обделки в железнодорожном тоннеле

 

Сборная обделка. В качестве материала используют чугун, сталь, железобетон и бетон. Элементы сборной обделки изготавливают в заводских условиях в виде специальных блоков – тюбингов, которые представляют собой четырехугольную плиту, изогнутую в соответствии с кривизной обделки, с фланцами по периметру плиты, в фланцах имеются отверстия для болтов. Из тюбингов образуется цилиндрическая конструкция обделки. В тюбингах имеются отверстия для нагнетания за обделку цементного раствора, закрываемые пробками с резьбой.

Ширина тюбингов колеблется от 0,4 до 1м, длина превышает 2м.

Сталь применяется в конструкциях сборных обделок редко и в сочетании с бетоном, защищающим ее от коррозии.

Железобетонные сборные обделки стали основными в тоннелях, сооружаемых щитовым способом. Они значительно дешевле чугунных и не уступают им по большинству показателей, кроме водонепроницаемости.

Ширина железобетонных тюбингов 0,75-1,0м, толщина 20-30см, длина 1,5-2,0м. Толщина бортов тюбинга 10см. Между собой соединяются болтами.

 

 

Рис. Сборная тоннельная обделка из тюбингов

 

Железобетонные и бетонные сборные блоки обделок представляют собой криволинейные элементы прямоугольного сечения в виде плит. Укладывают блоки с перевязкой швов, заполняемых цементным раствором. Для нагнетания за обделку цементного раствора в блоках имеются отверстия.

 

 

Рис. Сборная обделка из железобетонных блоков

Для нормальной эксплуатации тоннели обустраивают следующим образом: порталы; водоотводные устройства;гидроизоляция;вентиляция:естественная;искусственная;освещение;звуковая и световая сигнализация;убежища для рабочих.

Порталы обеспечивают устойчивость лобового и боковых откосов подходных выемок, предохраняют путь от осыпания грунта и камней, служат для отвода воды, стекающей с лобового откоса, и для архитектурного оформления входа в тоннель. Порталы устраиваются из камня, бетона или железобетона. Лицевые грани портала облицовываются камнем твердых пород различной обработки.

 

Рис. Портал тоннеля

 

Водоотводные устройства. В тоннелях для отвода подземных вод на уровне пят свода у подошвы обделки делают дренажные отверстия, располагаемые на определенном расстоянии друг от друга. При длине тоннеля более 300м для выпуска воды из тоннеля сооружается лоток. Лотки устраиваются либо по оси тоннеля, либо сбоку.

В настоящее время тоннели строят с водонепроницаемыми швами между блоками (тюбингами) обделки или с изоляцией наружной ее поверхности, чтобы не допустить воду в тоннель.

 

Рис. Водоотводные устройства железнодорожных тоннелей

1 – тоннель; 2 – лоток; 3 – штольни; 4 – дренажные отверстия; 5 - скважины

 

Рис. Устройство лотка в железнодорожном тоннеле

 

Гидроизоляция служит для предотвращения проникания в тоннель подземных вод. За обделку тоннеля нагнетается цементный раствор, чем достигается заполнение пустот между тоннельной конструкцией и породой, а также химическое закрепление и уплотнение окружающей породы. Нагнетание раствора (цемента) производится через специальные скважины, заранее предусмотренные в обделке. Кроме того, применяется устройство оклеечной гидроизоляции по внутренней поверхности тоннеля.

Для понижения уровня грунтовых вод в скальных породах применяются различные дренажные устройства: горизонтальные штольни, выработки в виде