Пересечение в разных уровнях транспортных магистралей

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в конструкциях пересечений в разных уровнях транспортных магистралей, одна из которых проходит в тоннеле под другой в сложных горно-геологических условиях, в том числе и при наличии в основании тоннеля слабых обводненных грунтов и возведении тоннеля без перерыва движения по вышележащей транспортной магистрали. В пересечении в разных уровнях транспортных магистралей, одна из которых, железнодорожная, проходит над другой, автодорожной, пропущенной в тоннеле, содержащем обделку, состоящую из лотка, стен и перекрытия, наружный защитный экран из протяженных элементов и расположенную снаружи тоннеля, по крайней мере под основанием зону упрочненного инъектированием грунта, новым является то, что зона упрочненного инъектированием грунта выполнена в виде армированной структуры из системы образованных из упрочняющего материала или из пропитанного им грунта усиливающих элементов в виде грушеобразных тел, и/или взаимно пересекающихся слоев, и/или инъекционных свай, причем последние расположены по крайней мере под основанием тоннеля или под его частью, а защитный экран выполнен по всему периметру тоннеля и подкреплен с внутренней стороны рамами, дискретно расположенными по длине тоннеля. Причем по крайней мере часть оголовков инъекционных свай или расположенные в них дополнительные элементы пересекают экран, заведены в тело лотка тоннеля, в которое также заведены нижние участки рам с омоноличиванием в нем и образованием совместно с участком экрана и телом лотка ростверк свайного основания тоннеля. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении безопасности и надежности конструкции пересечения как на стадии возведения, так и на стадии эксплуатации за счет выполнения его позволяющим обеспечить бесперебойную работу пересечения, производство работ по возведению тоннеля в составе пересечения без перерыва движения по вышележащей магистрали и исключение деформаций дневной поверхности, превышающих допустимые значения, что особенно важно при тесной застройке города и сложной горно-геологической обстановке, обусловленной наличием в основании тоннеля слабых водонасыщенных грунтов, а также повышение экономичности конструкции за счет образования совместно работающей единой пространственной сталежелезобетонной конструкции, включающей защитный экран, подкрепляющие его рамы и материал обделки, а также усиленное свайное основание тоннеля и закрепленный инъектированием грунт. 15 з.п. ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в конструкциях пересечений в разных уровнях транспортных магистралей, одна из которых проходит в тоннеле под другой в сложных горно-геологических условиях, в том числе и при наличии в основании тоннеля слабых обводненных грунтов и возведении тоннеля без перерыва движения по вышележащей транспортной магистрали.

Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому техническому результату является пересечение в разных уровнях транспортных магистралей, одна из которых, железнодорожная, проходит над другой, автодорожной, пропущенной в тоннеле, содержащем обделку, состоящую из лотка, стен и перекрытия, наружный защитный экран из протяженных элементов и расположенную снаружи тоннеля, по крайней мере под основанием зону упрочненного инъектированием грунта (см. , например, Кондратов А.Б., Бородулин B.И. Тоннель в третье тысячелетие, Подземное пространство мира 5, 1999, стр. 17-18).

Однако известная конструкция пересечения не обеспечивает достаточной надежности при длительной эксплуатации тоннеля, возводимого в сложных горно-геологических условиях, в том числе при наличии в основании тоннеля слабых обводненных грунтов ввиду возможных осадок основания тоннеля как в период возведения тоннеля, так и в период его эксплуатации, следствием чего могут являться и осадки дневной поверхности.

Задачей настоящего изобретения является повышение экономичности, надежности и безопасности возведения и эксплуатации пересечения, имеющего в своем составе тоннель, возводимый без перерыва движения по вышележащей транспортной магистрали в сложных горно-геологических условиях, в том числе при наличии слабых обводненных грунтов в основании тоннеля и тесной городской застройке, не допускающей осадок дневной поверхности.

Задача решается за счет того, что в пересечении в разных уровнях транспортных магистралей, одна из которых, железнодорожная, проходит над другой, автодорожной, пропущенной в тоннеле, содержащем обделку, состоящую из лотка, стен и перекрытия, наружный защитный экран из протяженных элементов и расположенную снаружи тоннеля, по крайней мере под основанием зону упрочненного инъектированием грунта, согласно изобретению зона упрочненного инъектированием грунта выполнена в виде армированной структуры из системы образованных из упрочняющего материала или из пропитанного им грунта усиливающих элементов в виде грушеобразных тел, и/или взаимно пересекающихся слоев, и/или инъекционных свай, причем последние расположены по крайней мере под основанием тоннеля, или под его частью, а защитный экран выполнен по всему периметру тоннеля и подкреплен с внутренней стороны рамами, дискретно расположенными по длине тоннеля, причем по крайней мере часть оголовков инъекционных свай или расположенные в них дополнительные элементы пересекают экран, заведены в тело лотка тоннеля, в которое также заведены нижние участки рам с омоноличиванием в нем и образованием совместно с участком экрана и телом лотка ростверк свайного основания тоннеля.

Элементы экрана могут быть выполнены с замкнутой или разомкнутой конфигурацией поперечного сечения и замковыми соединениями между элементами, а дополнительные элементы, расположенные в оголовках инъекционных свай, выполнены из конструкционного материала, преимущественно из металла, совместимого в работе с инъектируемым материалом свай, преимущественно в виде патрубков, которые пропущены через отверстия, выполненные для этого в замковых соединениях элементов экрана.

Защитный экран может быть выполнен из металлических труб, преимущественно круглоцилиндрических, в том числе прокатных, и/или сварных, и/или холоднотянутых, и/или паяных по шву, и/или бесшовных, и/или спиральношовных.

Полости элементов экрана могут быть заполнены твердеющим материалом, в качестве которого может быть использован, например, бетон или полимербетон, при этом заполнение полостей элементов экрана может быть выполнено с армированием, которое может быть выполнено каркасами, и/или отдельными стержнями, и/или сетками, и/или с включением прокатных профилей, и/или с использованием стержневых конструкций типа плоских или пространственных ферм.

При этом по крайней мере часть поверхностей элементов экрана могут быть выполнены с защитным покрытием.

Экран, подкрепляющие элементы экрана рамы и заполнение между ними могут образовывать совместно единую сталежелезобетонную пространственную систему.

Рамы могут быть выполнены однопролетными или многопролетными, со стойками и балками, выполненными в виде закрытого, или открытого, и/или комбинированного профилей из прокатных, и/или гнутых, и/или сварных, и/или трубчатых элементов.

Замковые соединения могут быть выполнены в виде образующих замок, приваренных на обращенных друг к другу поверхностях смежных элементов экрана двух протяженных элементов, один из которых выполнен С-образным в поперечном сечении, а другой выполнен в виде заведенной в него стенки с расположенным на свободной кромке уширением шириной, превышающей ширину створа С-образного в поперечном сечении элемента.

Тоннель может быть выполнен с порталами, имеющими подпорные стены переменной высоты и расположенный в зонах основания порталов и по крайней мере на части высоты и длины примыкающих к основанию подпорных стен защитный экран, а защитный экран порталов может быть выполнен аналогично защитному экрану тоннеля, при этом основание порталов может быть выполнено свайным с переходными плитами.

Сваи основания порталов могут быть выполнены также инъекционными, например цементогрунтовыми.

Толщины перекрытия, стен и лотка могут соотноситься как 1:(0,7-1,2): (0,5-0,9), диаметр свай составляет 600-1000 мм при длине 10-16 м, а диаметр элементов экрана - 800-1400 мм.

Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении безопасности и надежности конструкции пересечения как на стадии возведения, так и на стадии эксплуатации за счет выполнения его позволяющим обеспечить бесперебойную работу пересечения, производство работ по возведению тоннеля в составе пересечения без перерыва движения по вышележащей магистрали и исключение деформаций дневной поверхности, превышающих допустимые значения, что особенно важно при тесной застройке города и сложной горно-геологической обстановке, обусловленной наличием в основании тоннеля слабых водонасыщенных грунтов, а также повышение экономичности конструкции за счет образования совместно работающей единой пространственной сталежелезобетонной конструкции, включающей защитный экран, подкрепляющие его рамы и материал обделки, а также усиленное свайное основание тоннеля и закрепленный инъектированием грунт.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено пересечение в разных уровнях транспортных магистралей в аксонометрии; на фиг. 2 - поперечный разрез тоннеля с защитным экраном и свайным основанием; на фиг.3 - стыковое соединение элементов экрана; на фиг.4 - фрагмент поперечного сечения части защитного экрана с подкрепляющей его рамой; на фиг.5 - вид по А-А на фиг.4; на фиг.6 - схема армирования лотка в зоне портала в плане; на фиг.7 - вид по Б-Б на фиг.6; на фиг.8 - фрагмент армирования подпорной стенки портала вдоль тоннеля; на фиг.9 - узел В на фиг.2, поперечный разрез (замковые соединения условно не показаны);
на фиг.10 - то же, вид сбоку (замковые соединения и сваи условно не показаны);
на фиг. 11 - вид по Г-Г на фиг.8 (замковые соединения и сваи условно не показаны);
на фиг. 12 - вид по Д-Д на фиг.8 (замковые соединения и сваи условно не показаны);
на фиг. 13 - вид по Е-Е на фиг.8 (замковые соединения и сваи условно не показаны);
на фиг.14 - фрагмент портала тоннеля, продольный разрез (сваи условно не показаны);
на фиг.15 - портал тоннеля с подпорными стенками, вид спереди;
на фиг.16 - то же, в плане;
на фиг.17 - вид по Ж-Ж на фиг.16 (замковые соединения и сваи условно не показаны).

Пересечение в разных уровнях содержит транспортные магистрали 1, 2, одна из которых 2, железнодорожная, проходит над другой, автодорожной 1, пропущенной в тоннеле 3, содержащем обделку 4, состоящую из лотка 5, стен 6 и перекрытия 7, наружный защитный экран 8 из протяженных элементов 9 и расположенную снаружи тоннеля 3, по крайней мере под основанием 10 зону 11 упрочненного инъектированием грунта. Зона 11 упрочненного инъектированием грунта выполнена в виде армированной структуры из системы образованных из упрочняющего материала или из пропитанного им грунта усиливающих элементов в виде грушеобразных тел (не показано), и/или взаимно пересекающихся слоев (не показано), и/или инъекционных свай 12, причем последние расположены по крайней мере под основанием 10 тоннеля 3 или под его частью, а защитный экран 8 выполнен по всему периметру тоннеля 3 и подкреплен с внутренней стороны рамами 13, дискретно расположенными по длине тоннеля 3. По крайней мере часть оголовков инъекционных свай 12 или расположенные в них дополнительные элементы 14 пересекают экран 8, заведены в тело 15 лотка 5 тоннеля 3, в которое также заведены нижние участки 16 рам 13 с омоноличиванием в нем и образованием совместно с участком экрана 8 и телом 15 лотка 5 ростверк 17 свайного основания 18 тоннеля 3.

Элементы 9 экрана 8 выполнены с замкнутой или разомкнутой (не показано) конфигурацией поперечного сечения и замковыми соединениями 19 между элементами 9, а дополнительные элементы 14, расположенные в оголовках инъекционных свай 12, выполнены из конструкционного материала, преимущественно из металла, совместимого в работе с инъектируемым материалом свай 12 преимущественно в виде патрубков 20, которые пропущены через отверстия 21, выполненные для этого в замковых соединениях 19 элементов 9 экрана 8.

Защитный экран 8 может быть выполнен из металлических труб, преимущественно круглоцилиндрических, в том числе прокатных, и/или сварных, и/или холоднотянутых, и/или паяных по шву, и/или бесшовных, и/или спиральношовных.

Полости 22 элементов 9 экрана 8 заполнены твердеющим материалом, в качестве которого может быть использован, например, бетон или полимербетон, при этом заполнение полостей 22 элементов 9 экрана 8 может быть выполнено с армированием (не показано), которое может быть выполнено каркасами, и/или отдельными стержнями, и/или сетками, и/или с включением прокатных профилей, и/или с использованием стержневых конструкций типа плоских или пространственных ферм (на чертежах не показано).

При этом по крайней мере часть поверхностей элементов 9 экрана 8 выполнены с защитным покрытием.

Экран 8 рамы 13 и заполнение между ними образуют совместно единую сталежелезобетонную пространственную систему.

Рамы 13 могут быть выполнены однопролетными или многопролетными, со стойками 23 и балками 24, выполненными в виде закрытого, или открытого, и/или комбинированного профилей из прокатных, и/или гнутых, и/или сварных, и/или трубчатых элементов.

Замковые соединения 19 выполнены в виде образующих замок, приваренных на обращенных друг к другу поверхностях смежных элементов 9 экрана 8 двух протяженных элементов 25, 26, один из которых (элемент 25) выполнен С-образным в поперечном сечении, а другой (элемент 26) выполнен в виде заведенной в него стенки с расположенным на свободной кромке уширением 27 шириной, превышающей ширину створа С-образного в поперечном сечении элемента 25.

Тоннель 3 выполнен с порталами 28, имеющими подпорные стены 29 переменной высоты, и расположенный в зонах основания порталов 28 и по крайней мере на части высоты и длины примыкающих к основанию 30 подпорных стен защитный экран 31, а защитный экран 31 порталов 28 выполнен аналогично защитному экрану 8 тоннеля 3, при этом основание порталов 28 может быть выполнено свайным 32 с переходными плитами 33.

Сваи 34 основания порталов 28 выполнены также инъекционными, например цементогрунтовыми.

Толщины перекрытия 7, стен 6 и лотка 15 соотносятся как 1:(0,7-1,2): (0,5-0,9), диаметр свай 12 и 34 составляет 600-1000 мм при длине 10-16 м, а диаметр элементов 9 экранов 8, 31 - 800-1400 мм.

Армирование лотка 5, стен 6 и перекрытия 7 тоннеля 3 в описанной конкретной конструкции может быть выполнено арматурными стержнями 35, но может использоваться и иное армирование из числа известных.

Формула изобретения

1. Пересечение в разных уровнях транспортных магистралей, одна из которых, железнодорожная, проходит над другой, автодорожной, пропущенной в тоннеле, содержащем обделку, состоящую из лотка, стен и перекрытия, наружный защитный экран из протяженных элементов и расположенную снаружи тоннеля, по крайней мере, под основанием зону упрочненного инъектированием грунта, отличающееся тем, что зона упрочненного инъектированием грунта выполнена в виде армированной структуры из системы образованных из упрочняющего материала или из пропитанного им грунта усиливающих элементов в виде грушеобразных тел, и/или взаимно пересекающихся слоев, и/или инъекционных свай, причем последние расположены, по крайней мере, под основанием тоннеля или под его частью, а защитный экран выполнен по всему периметру тоннеля и подкреплен с внутренней стороны рамами, дискретно расположенными по длине тоннеля, причем, по крайней мере, часть оголовков инъекционных свай или расположенные в них дополнительные элементы пересекают экран, заведены в тело лотка тоннеля, в которое также заведены нижние участки рам с омоноличиванием в нем и образованием совместно с участком экрана и телом лотка ростверк свайного основания тоннеля.

2. Пересечение по п.1, отличающееся тем, что элементы экрана выполнены с замкнутой или разомкнутой конфигурацией поперечного сечения и замковыми соединениями между элементами, а дополнительные элементы, расположенные в оголовках инъекционных свай, выполнены из конструкционного материала, преимущественно из металла, совместимого в работе с инъектируемым материалом свай, преимущественно в виде патрубков, которые пропущены через отверстия, выполненные для этого в замковых соединениях элементов экрана.

3. Пересечение по любому из пп.1, 2, отличающееся тем, что защитный экран выполнен из металлических труб, преимущественно круглоцилиндрических, в том числе прокатных, и/или сварных, и/или холоднотянутых, и/или паяных по шву, и/или бесшовных, и/или спиральношовных.

4. Пересечение по п.3, отличающееся тем, что полости элементов экрана заполнены твердеющим материалом.

5. Пересечение по п.4, отличающееся тем, что полости элементов экрана заполнены бетоном или полимербетоном.

6. Пересечение по любому из пп.4, 5, отличающееся тем, что заполнение полостей элементов экрана выполнено с армированием.

7. Пересечение по п.6, отличающееся тем, что армирование выполнено каркасами, и/или отдельными стержнями, и/или сетками, и/или с включением прокатных профилей, и/или с использованием стержневых конструкций типа плоских или пространственных ферм.

8. Пересечение по любому из пп.1-7, отличающееся тем, что, по крайней мере, часть поверхностей элементов экрана выполнена с защитным покрытием.

9. Пересечение по любому из пп.1-8, отличающееся тем, что экран, рамы и заполнение между ними образуют совместно единую сталежелезобетонную пространственную систему.

10. Пересечение по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что рамы выполнены однопролетными или многопролетными, со стойками и балками, выполненными в виде закрытого, или открытого, и/или комбинированного профилей из прокатных, и/или гнутых, и/или сварных, и/или трубчатых элементов.

11. Пересечение по любому из пп.2-10, отличающееся тем, что замковые соединения выполнены в виде образующих замок, приваренных на обращенных друг к другу поверхностях смежных элементов экрана двух протяженных элементов, один из которых выполнен С-образным в поперечном сечении, а другой выполнен в виде заведенной в него стенки с расположенным на свободной кромке уширением шириной, превышающей ширину створа С-образного в поперечном сечении элемента.

12. Пересечение по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что тоннель выполнен с порталами, имеющими подпорные стены переменной высоты и расположенный в зонах основания порталов и, по крайней мере, на части высоты и длины примыкающих к основанию подпорных стен защитный экран.

13. Пересечение по п.12, отличающееся тем, что защитный экран порталов выполнен аналогично защитному экрану тоннеля.

14. Пересечение по любому из пп.12, 13, отличающееся тем, что основание порталов выполнено свайным, с переходными плитами.

15. Пересечение по п.14, отличающееся тем, что сваи основания порталов выполнены также инъекционными, цементогрунтовыми.

16. Пересечение по любому из пп.3-15, отличающееся тем, что толщины перекрытия, стен и лотка соотносятся как 1:(0,7-1,2):(0,5-0,9), диаметр свай составляет 600-1000 мм при длине 10-16 м, а диаметр элементов экрана 800-1400 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17