Подземный висячий тоннель для строительства в сложных инженерно-геологических условиях (варианты)

 

Изобретение предназначено для строительства подземных тоннелей различного назначения в районах со сложными инженерно-геологическими условиями. По первому варианту подземный висячий тоннель содержит главный несущий пояс, расположенный внутри тоннеля и закрепленный к конструкциям обделки, с концевыми оттяжками, заанкеренными в якорных устройствах вне границ опасного участка трассы, в надежных грунтах, причем ось тоннеля совпадает с траекторией расчетной кривой провисания несущего пояса - квадратной параболой. По второму варианту подземный висячий тоннель состоит из тоннеля основного назначения, проложенного по трассе любой конфигурации, и дополнительного пилот-тоннеля малого диаметра, предварительно проложенного над ним по расчетной траектории (квадратной параболе), внутри которого проходит главный несущий пояс, с концевыми оттяжками, заанкеренными с помощью якорных устройств, при этом главный несущий пояс соединен с несущей обделкой основного тоннеля с помощью распределенных вдоль него вертикальных гибких подвесок или жестких связей. По третьему варианту подземный висячий тоннель состоит из двух тоннелей основного назначения, проходящих по трассе любой конфигурации, и дополнительного пилот-тоннеля малого диаметра, предварительно проложенного под ним по расчетной траектории (квадратной параболе), при этом основные тоннели в пределах опасного участка трассы соединены между собой конструктивно или жесткими связями и оба вместе опираются на пилот-тоннель, внутри которого проходит главный несущий пояс с концевыми оттяжками, заанкеренными с помощью выполненных вне границ опасного участка трассы якорных устройств. Задачей изобретения является создание такой конструкции, которая обеспечивает возможность прокладки нового подземного туннеля в любых грунтах независимо от их несущей способности. 3 с.п.ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к строительству в районах со сложными инженерно-геологическими условиями новых или реконструкции (усиления) действующих подземных тоннелей, предназначенных для транспортных целей (железнодорожных, автодорожных, пешеходных и тоннелей метрополитенов), для пропуска воды или прокладки городских коммунальных сетей.

Близкие к данному изобретению конкретные аналоги в практике отечественного и мирового тоннелестроения не выявлены.

Задачей изобретения является создание такой конструкции сооружения (подземного тоннеля), которая в сложных инженерно-геологических условиях предполагала бы возможность: прокладки нового подземного тоннеля известными методами проходки в любых грунтах, независимо от их несущей способности, исключая неблагоприятное влияние на гибкость и прочностные характеристики сооружения различного рода гидрологических и геологических особенностей массива, (особенно это касается грунтов, залегающих под тоннелем), постоянно изменяющихся под действием подземных грунтовых вод из-за колебания горизонта, изменения скорости и направления водопотока, размываемости грунтов, их фильтрации, геоморфологических изменений в подземных слоях со временем или строительства подземных тоннелей в неисследованных грунтах, т.е. на участках, где не проводились инженерно-геологические изыскания; проведения ремонтно-восстановительных работ по реконструкции (восстановлению несущей способности с эксплуатационных качеств) сооружения в случае возникновения аварийной ситуации из-за потери массивом, в котором проложен тоннель, требуемой несущей способности (например, непредвиденного размораживания грунтов) с гарантированными сроками и требуемым качеством, без огромных финансовых затрат на выполнение восстановительных работ и с ограниченной степенью риска для выполняющего эти работы персонала; прокладки нового подземного тоннеля известными методами проходки (например, герметическим проходческим щитом) в слабых грунтах; дальнейшей эксплуатации сооружения без огромных эксплуатационных затрат, необходимых для поддержания расчетных гидрогеологических условий в массиве (например, поддержание замороженного состояния тех грунтовых пластов, в которых выполнена прокладка тоннеля), чтобы не вызывать аварийное состояние обделки тоннеля из-за появления недопустимых прогибов его ствола, образования деформаций в конструкциях его обделки и потери их герметичности.

Указанная задача в изобретении решена в каждом из 3-х вариантов за счет введения в расчетную схему сооружения главного несущего пояса из тросов.

1-вариант: подземный висячий тоннель для строительства в сложных инженерно-геологических условиях содержит главный несущий пояс из тросов, проложенный непосредственно внутри этого тоннеля и закрепленный к конструкции его обделки, с концевыми оттяжками, заанкеренными с помощью выполненных в обделке тоннеля и/или за его пределами вне границ опасного по несущей способности участка трассы якорных устройств (неподвижных опор), при этом ось тоннеля совпадает с траекторией расчетной кривой провисания несущих поясов - квадратной параболой.

2-й вариант: подземный висячий тоннель для строительства в сложных инженерно-геологических условиях, состоящий из тоннеля основного назначения, проложенного по трассе любой конфигурации, и дополнительного пилот-тоннеля малого диаметра, предварительно проложенного над ним по траектории расчетной кривой провисания несущего пояса - квадратной параболе, вдоль оси которого проходит главный несущий пояс из тросов с концевыми оттяжками, заанкеренными с помощью выполненных вне границ опасного по несущей способности участка трассы якорных устройств (неподвижных опор), при этом главный несущий пояс соединен с несущей обделкой основного тоннеля с помощью распределенных вдоль него вертикальных гибких подвесок или жестких связей.

3-й вариант: подземный висячий тоннель для строительства в сложных инженерно-геологических условиях, состоящей из двух тоннелей основного назначения, проложенных рядом один с другим по трассам любой конфигурации, и дополнительного пилот-тоннеля малого диаметра, предварительно проложенного под ними по траектории расчетной кривой провисания несущего пояса - квадратной параболе, при этом основные тоннели в пределах опасного участка трассы соединены между собой конструкцию или жесткими связями и вместе опираются на пилот-тоннель, внутри которого проходит главный несущий пояс из тросов с концевыми оттяжками, заанкеренными с помощью выполненных вне границ опасного по несущей способности участка трассы якорных устройств (неподвижных опор).

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез тоннеля с внутренним несущим поясом, заанкеренными в якорных устройствах (вариант 1); на фиг. 2 - поперечный разрез тоннеля по 1-1 на фиг. 1; на фиг. 3 - продольный разрез основного тоннеля и дополнительного пилот-тоннеля с внутренним несущим поясом, проложенного по траектории квадратной параболы (вариант 2); на фиг. 4 - поперечный разрез тоннелей по 2-2 (на фиг. 3); на фиг. 5 - продольный разрез основного тоннеля и пилот-тоннеля, жестко соединенных между собой связями (вариант 3); на фиг. 6 - поперечный разрез тоннелей по 3-3 на фиг. 5; на фиг. 7 - продольный разрез пилот-тоннеля, проложенного по траектории квадратной параболы под двумя основными тоннелями, соединенными между собой (вариант 3), на фиг. 8 - план (вид тоннелей сверху) по а-а на фиг. 7; на фиг. 9 - поперечный разрез по 4-4 на фиг. 8 соединенных конструктивно основных тоннелей и пилот-тоннеля, проложенного под ними; на фиг. 10 - поперечный разрез по 4-4 на фиг. 8 основных тоннелей, соединенных закладными деталями, и пилот-тоннеля, проходящего под ними.

Позиции на чертежах обозначают: 1 - основной подземный висячий тоннель; 2 - главный несущий пояс из тросов; 3 - якорные устройства (неподвижные опоры) для анкеровки концевых оттяжек главного несущего пояса; 4 - гибкие вертикальные подвески, соединяющие главный несущий пояс с обделкой тоннеля; 5 - жесткие связи, соединяющие главный несущий пояс с обделкой тоннеля; 6 - анкерные устройства (специальные хомуты) для крепления вертикальных гибких подвесок (или жестких связей) к главному несущему поясу; 7 - пилот-тоннель; 8 - анкерные устройства (специальные хомуты) для крепления вертикальных подвесок (жестких связей) к кольцам жесткости в обделке тоннеля; 9 - обсадные трубопроводы буровых скважин; 10 - жесткие связи, соединяющие основные тоннели между собой; 11 - конструктивные элементы, соединяющие основные тоннели между собой; 12 - защитный кожух для несущего пояса; 13 - жидкость, заполняющая пилот-тоннель.

Для осуществления описанного устройства при строительстве подземного тоннеля по первому варианту подземный висячий тоннель 1 (фиг. 1, 2) выполнен закрытым щитовым (или другим известным способом), при необходимости, с предварительным замораживанием грунтов, а его несущая способность обеспечена и проектное положение зафиксировано с помощью главного несущего пояса 2, который проложен внутри основного тоннеля и закреплен к конструкциям его обделки, а концевые оттяжки поясов зафиксированы в неподвижных опорах 3, установленных непосредственно внутри тоннеля (по обе стороны от опасного участка трассы), при этом ось прокладки участка тоннеля с внутренним несущим поясом совпадает с траекторией расчетной кривой провисания несущих поясов - квадратной параболой.

Для осуществления описанного устройства по второму варианту подземный тоннель 1 (фиг. 3-6) выполнен также закрытым щитовым или другим известным способом, но в случае необходимости прокладки по трассе, отличной от квадратной параболы, несущая способность основного тоннеля 1 обеспечена, а проектное положение зафиксировано распределенными вдоль него гибкими вертикальными тросовым подвесками 4 или жесткими связями 5, присоединенными с одной стороны - к главному несущему поясу 2 при помощи специальных анкерных устройств 6, а с другой - к несущим конструкциям обделки основного тоннеля 1 при помощи анкерных устройств 8. Вертикальные подвески 4 или жесткие связи 5 проходят внутри осадных трубопроводов буровых скважин 9. Главный несущий пояс из тросов 2 проложен в подземном тоннеле малого диаметра - пилот-тоннеле 7. Основной тоннель 1 прокладывается после завершения работ по прокладке пилот-тоннеля и закрепления главного несущего пояса внутри него. Проходка пилот-тоннеля 7 выполняется, при необходимости, с предварительным замораживанием грунтов, и обязательно по траектории, которая совпадает с расчетной кривой провисания несущих поясов - квадратной параболой. Основной тоннель 1 прокладывает по трассе любой конфигурации, при этом регулируется только длина подвесок 4 или связей 5, соединяющих тоннель 1 с главным несущим поясом 2.

Для осуществления описанного устройства по третьему варианту подземные висячие тоннели 1 (фиг. 7-10) прокладываются любым известным способом, но в случае необходимости прокладки параллельно двух тоннелей на опасном по гидрогеологическим условиям участке трассы тоннели 1 соединены между собой жесткими связями 10 или конструктивными элементами 11, и вместе опираются на пилот-тоннель малого диаметра 7 (с главным несущим поясом 2 внутри), который предварительно проложен под основными тоннелями по траектории расчетной кривой провисания несущего пояса (квадратной параболе).

Для всех вариантов, предусматривающих прокладку пилот-тоннеля 7, предназначенного для прокаладки внутри него главного несущего пояса 2, как правило, состоящего из стальных тросов или проволок, выполняется ряд обязательных мероприятий по его защите от коррозии специальным съемным кожухом 12 по всей длине. Чтобы исключить во время эксплуатации тоннелей, проложенных в слабых водонасыщенных грунтах, возможность прорыва внутрь пилот-тоннеля грунтовых вод или плывунных масс в случае повреждения гидроизоляционного слоя обделки необходимо пилот-тоннель заполнить обработанной водой под расчетным давлением, которую в то же время можно было бы легко откачать насосами при необходимости (например, для профилактического осмотра тоннеля или несущего пояса).

Предложенное изобретение устраняет перечисленные выше недостатки без выполнения дорогостоящих, трудоемких и сложных инженерно-геологических изысканий, укрепления слабых грунтов дорогостоящими методами; исключает необходимость постоянного (на весь период эксплуатации подземного тоннеля) соблюдения режима замороженного состояния грунтов; главное преимущество - это возможность прокладки нового или восстановления аварийного, потерявшего свою несущую способность, тоннеля в сложных или резко изменяющихся гидрогеологических условиях, тем самым сэкономив огромные финансовые средства.

Формула изобретения

1. Подземный висячий тоннель для строительства в сложных инженерно-геологических условиях, содержащий главный несущий пояс, проложенный непосредственно внутри этого тоннеля и закрепленный к конструкции его обделки, с концевыми оттяжками, заанкеренными с помощью выполненных в обделке тоннеля и/или за ее пределами вне границ опасного по несущей способности участка трассы якорных устройств, при этом ось тоннеля совпадает с траекторией расчетной кривой провисания несущих поясов - квадратной параболой.

2. Подземный висячий тоннель для строительства в сложных инженерно-геологических условиях, состоящий из тоннеля основного назначения, проложенного по трассе любой конфигурации, и дополнительного пилот-тоннеля малого диаметра, предварительно проложенного над ним по траектории расчетной кривой провисания несущего пояса - квадратной параболе, вдоль оси которого проходит главный несущий пояс с концевыми оттяжками, заанкеренными с помощью выполненных вне границ опасного участка трассы якорных устройств, при этом главный несущий пояс соединен с несущей обделкой основного тоннеля с помощью распределенных вдоль него вертикальных гибких подвесок или жестких связей.

3. Подземный висячий тоннель для строительства в сложных инженерно-геологических условиях, состоящий из двух тоннелей основного назначения, проложенных рядом по трассам любой конфигурации, и дополнительного пилот-тоннеля малого диаметра, предварительно проложенного под ним по расчетной траектории - квадратной параболе, при этом основные тоннели в пределах опасного участка трассы соединены между собой конструктивно или жесткими связями и вместе опираются на пилот-тоннель, внутри которого проходит главный несущий пояс с концевыми оттяжками, заанкеренными с помощью выполненных вне границ опасного участка трассы якорных устройств.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10