С. А. КОМПАНИЕЦ, А. К. ПОПРАВКО,
А. А. БОГОРОДЕЦКИЙ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ТОННЕЛЕЙ

Утверждено

Главным управлением учебными заведениями МПС
в качестве учебного пособия для студентов вузов
железнодорожного транспорта

МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1973
УДК 624.19.001.2

Проектирование тоннелей. Комп а-
н не д С. А., П о п р а в к о А. К-, Б о г о ро-
де и к н й А. "А. Изд-во «Транспорт», 1973,
стр.1 —320.

В книге рассматриваются наиболее сущест-
венные вопросы проектирования тоннелей на
железных п автомобильных дорогах в связи
с курсовым н дипломным проектированием и
изучением теоретического курса «Проектиро-
вание тоннелей» студентами факультетов
«Мосты п тоннели» транспортных вузов МПС.

Рассмотрены состав реального проекта и
стадии его выполнения, вариантное проекти-
рование и технико-экономическое сравнение
вариантов тоннельных участков линий, влия-
ние инженерно-геологических условий на вы-
бор варианта трассы; технико-экономическое
сопоставление и выбор вариантов конструкций
тоннелей; особенности проектирования подвод-
ных тоннелей и подходных рамп; защита тон-
нелей от поверхностных н грунтовых вод и не-
которые особенности проектирования тоннелей
в районах с суровыми климатическими усло-
виями.

В пособии приводятся основные способы
сооружения тоннелей, наиболее важные нор-
мативы и некоторые* вспомогательные данные,
необходимые для проектирования.

Книга утверждена Главным управлени-
ем учебными заведениями МПС в качестве учеб-
ного пособия для студентов вузов железнодо-
рожного транспорта и может быть полезна нн-
женерам-тониельщпкам.

Рис. 189, табл. 104, библ. 86.

Книгу написали:

Доц. С. А. Компанией — главу II
и § 11, 27—32, 35—36, 39—40.

Доц. А. К- Поправке — введение, гла-
вы IV, VIII и § 1—4,34,37—38, приложение.

Доц. А. А. Б о г о р о д е ц к н н — главу
V и § 5, 6, 9, 10, 33.

к 3181-380
049(01)-73

БЗ-34-5-73

(С) Издательство «Транспорт», 1973.
ОТ АВТОРОВ

Непрерывное развитие строительства тоннелей различного назна-
чения приводит к возрастанию потребности в кадрах инженерно-техни-
ческих работников. Для нх подготовки в нашей стране постоянно
расширяется выпуск специальной учебной литературы.

Данное учебное пособие, включающее-наиболее важные вопросы
проектирования и строительства транспортных железнодорожных
и автодорожных тоннелей, написано в соответствии с основными поло-
жениями программы теоретического курса «Проектирование тоннелей»
и учебника «Тоннели и метрополитены» под редакцией проф. В. П. Вол-
кова («Транспорт», 1964 г.).

При составлении учебного пособия большое внимание уделено осо-
бенностям проектирования транспортных тоннелей, сооружаемых
в суровых климатических условиях, и использованы отечественные
н зарубежные материалы в этой области, а также результаты опубли-
кованных исследовательских работ, выполненных сотрудниками раз-
личных организаций и авторами пособия.

Описательная часть, нашедшая достаточное отражение в техни-
ческой литературе, для уменьшения объема книги по возможности со-
кращена. Предельно сжато освещается также статический расчет кон-
струкций тоннельных сооружений, учитывая наличие специальных
руководств.

В связи с тем, что при проектировании конструкций тоннелей при-
нимаемое решение обычно теснейшим образом связано с особенностями
технологических процессов, в книге приводятся основные способы со-
оружения тоннелей.

Авторы выражают благодарность рецензентам — проф. В. П. Вол-
кову, доцентам С. Н. Наумову, В. Г. Храпову, Н. Г. Туренскому,
инженерам Е. А. Василенко, Н. П. Игнатову, И. Л. Жукову,
Ю. 3. Муромцеву, В. Я- Цоднкову, рекомендации которых приняты
и учтены при подготовке рукописи.
ВВЕДЕНИЕ

Программой Коммунистической партии Советского Союза и реше-
ниями Советского правительства намечены грандиозные плань! по со-
зданию материально-технической базы коммунистического общества.
Одной из важнейших задач в реализации этих планов является более
полное использование природных ресурсов пашей страны и особенно
в мало освоенных районах Сибири и Дальнего Востока. Для этого не-
обходимо дальнейшее расширение строительства железных и авто-
мобильных дорог в исключительно сложных климатических и геоло-
гических условиях.

Рациональное использование огромных капиталовложений в пер-
вую очередь зависит от качества разрабатываемых проектов. В поста-
новлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР об улучшении проектно-
сметного дела (июнь 1969 г.) поставлены задачи: обеспечить при раз-
работке проектов строительства и реконструкции сооружений учет
передовых достижений науки и техники; повысить эффективность капи-
тальных вложений; повысить ответственность проектных организа-
ций министерств и ведомств, а также органов экспертизы за качество
проектов и правильное определение сметной стоимости строительства,
сократить сроки разработки проектов и смет, создать такие условия
работы в проектных организациях, при которых проектировщики
имели бы широкую возможность проявлять творческую инициативу
в выборе наиболее прогрессивных экономических решений при проек-
тировании.

Эти задачи в полной мере относятся и к проектированию транспорт-
ных тоннелей, являющихся важнейшими искусственными сооружения-
ми на путях сообщения.

Во всех развитых странах мира за последние годы наблюдается
значительное расширение строительства транспортных тоннелей.
К наиболее крупным из построенных тоннелей относятся: железнодо-
рожные двухпутные тоннели Хокурнку (13,87 км) и Симидзу (13,49 км)
в Японии, автодорожные тоннели между Италией и Францией под
Мон-Бланом (11,6 км) и под перевалом Большой Сен-Бернар (6/си).
«Проблемами века» называют проектирование и строительство Вто-
рого Сен-Готардского тоннеля (45—50 км) и тоннеля под проливом
Ла-Манш (около 32 км).

В СССР за последнее десятилетие построено девять однопутных тон-
нелей общей длиной около 10 км на пересечениях железнодорожной
4
магистралью Абакан—Тайшет горных хребтов Восточных Саян, а так-
же несколько однопутных тоннелей в Восточной Сибири и на Кольском
полуострове.

Введен в эксплуатацию ряд автодорожных тоннелей в Грузии. Ве-
дется строительство тоннелей на автомобильных дорогах Армении
и Азербайджана.

В 1964 г. вступил в строй высокогорный тоннель длиной около
2,5 км на автомагистрали Фрунзе—Ош. Этот тоннель в 2—2,5 раза
сократил путь из Фрунзе в Ошскую область и прилегающие районы
Киргизии, обеспечив круглогодичное транспортное сообщение, тогда
как до его постройки перевал был 8—9 месяцев в году закрыт для про-
езда. Кроме решения транспортной задачи, строительство тоннеля
позволило на три-четыре месяца продлить время выпаса скота в бо-
гатой растительностью Сусамырской долине.

Советскими тоннелестроителями построен автодорожный тоннель
длиной 2,67 км под хребтом Гиндукуш в Афганистане на высоте 3361 м,
соединивший кратчайшим путем север страны с другими важнейшими
районами.

В некоторых городах нашей страны наметились реальные перспек-
тивы строительства транспортных подводных тоннелей. В частности,
разрабатываются проекты сооружения таких тоннелей в Ленинграде.

Особенностью строительства тоннелей является непрерывное со-
вершенствование их конструкций, методов производства работ и при-
меняемых машин и оборудования.

В процессе сооружения тоннелей в суровых горно-таежных усло-
виях Сибири были применены наиболее прогрессивные способы меха-
низации работ. В частности, на линии Абакан—Тайшет на некоторых
участках трассы, расположенных в сильно разрушенных, неустойчи-
вых и обводненных породах, применялся щитовой способ проходки
с возведением обделки тоннеля из чугунных тюбингов, а большая часть
тоннелей, проходимых в устойчивых скальных породах, сооружалась
на полное сечение с использованием крупногабаритного высокопроиз-
водительного оборудования и инвентарной металлической опалубки.

Широкое распространение передового опыта отечественного тонне-
лестроения позволило в последнее время вдвое увеличить средние ско-
рости сооружения железнодорожных тоннелей и значительно улуч-
шить другие техннко-экономичёскне показатели.

Основными направлениями дальнейшего развития техники строи-
тельства транспортных тоннелей являются: совершенствование суще-
ствующих н разработка новых типов обделок для различных инженер-
но-геологических и климатических условий; исследование и разработ-
ка наиболее рациональных способов защиты тоннелей от подземных вод,
особенно в районах с суровым климатом; разработка и внедрение наи-
более эффективных систем комплексной механизации работ по сооруже-
нию новых и реконструкции существующих тоннелей; широкое внед-
рение безопалубочного способа возведения несущих обделок из на-
брызг-бетона; совершенствование буро-взрывного способа разработ-
ки породы. На решение этих задач направлены все усилия научных
работников, проектировщиков и строителей.
Глава I

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТОННЕЛЬНЫХ УЧАСТКОВ

ЖЕЛЕЗНЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

§ 1. Нормативные данные

План и продольный профиль тоннелей проектируются по нормам,
установленным для открытых участков линии1 с учетом особенностей,
связанных с расположением дороги в подземных выработках1 2.

Железнодорожные линии СССР в зависимости от их значения в об-
щей сети железных дорог и характера, размеров и темпов роста пере-
возок разделяются при проектировании на четыре категории (СНиП
П-Д. 1—62).

Автомобильные дороги на всем протяжении или на отдельных участ-
ках в зависимости от их значения в общей транспортной сети СССР
и от размера среднесуточной перспективной интенсивности движения
разделяются на пять категорий (СНиП П-Д.5—62).

В качестве расчетной принимается наибольшая часовая интенсив-
ность в обоих направлениях с учетом перспективы: для дорог I катего-
рии — свыше 1200, для II категории — от 800 до 1200, а для III кате-
гории от 400 до 800 автомобилей.

Основные нормы проектирования автомобильных дорог приведены
в табл. 1.1.

Элементы трассы железной или автомобильной дороги как на от-
крытом участке, так и в тоннелях должны прежде всего обеспечивать
безопасность движения при наибольших расчетных скоростях.

В большинстве случаев план и профиль тоннеля в значительной
мере зависят от рельефа местности, характеризуемого наличием кон-
турных и высотных препятствий. Обходили пересечение этих препятст-
вий вынуждает проектировать трассу в плане из отдельных прямоли-
нейных участков, сопрягаемых криволинейными, а в профиле — из
участков спусков и подъемов различной крутизны (уклонов), сопря-
гаемых между собой по определенным правилам.

Трасса горных автодорожных и железнодорожных линий, как пра-
вило, представляет напряженные ходы, т. е. требует применения макси-
мально возможных уклонов трассирования: руководящего 1р или укло-
на кратной тяги <кр — для железнодорожных и максимального укло-
на Чпах — Для автодорожных линий.

Наибольшая величина руководящего уклона не должна превышать
15°/оО на линиях I н II категорий, 2О°/оО на линиях III категории
и ЗО°/оо на линиях IV категории.

1 СНиП, главы П-Д.1— 62, П-Д.2—62, П-Д. 5—62, П-Д. 6—62.

2 СНиП П-Д.8—62.
Основные нормы проектирования автомобильных дорог

Наименование	Единица измерения	Категории автомобильных дорог				
		1	| Ч		1	1	1 у
Наименьшая	перспективная  среднесуточная	интенсив-  ность движения автомобилей в обоих направлениях . . .	авт./сут.	6000	3000	1000	200	до 200
расчетные скорости движения: основная 		км/ч	150	120	100	80	60
для трудных участков пе- ресеченной местности	»	120	100	80	60	40
для трудных участков гор- ной местности 		»	80	60	50	40	30
Число полос движения .	. .	шт.	4 и	2	2	2	1
Ширина полосы движения . .	Л1	более 3,75	3,75	3,5	3	4,5
Наибольшие продольные укло- ны:  основные 		°/оо	30	40	50	60	70
на трудных участках пере- сеченной местности . .	%0	40	50	60	70	90
на трудных участках гор- ной местности 		°^00	60	70	80	90	100
Наименьшие радиусы кривых в плане:  основной ........	м	1000	600	400	250	125
на трудных участках пере- сеченной местности . . .		600	400	250	125	60
на трудных участках гор- ной местности 		»	250	125	100	60	30
Наименьшие радиусы верти- кальных кривых:  а) выпуклых:  основные 		в	25000	15000	10000	5000	2500
на трудных участках пересеченной местно- сти 		в	15000	10 000	5 000	2500	1000
на трудных участках горной местности . .	в	5000	2 500	1 500	1000	600
б) вогнутых: рекомендуемые основ- ные 		»	8000	5000	3000	2000	1500
на трудных участках пересеченной местно- сти 		в	5000	3000	2 000	1500	1000
на трудных участках горной местности . .	»	2 000	1500	1 200	1000	600
в) вогнутых в исключи- тельных случаях: основные		в	4 000	2 500	1500	1000	600
на трудных участках пересеченной местно- сти 		»	2 500	1 500	1 000	600	300
на трудных участках горной местности . .	в	1000	600	400	300	200
Продольный профиль железнодорожной линии проектируется эле-
ментами возможно большей длины при наименьшей алгебраической
разности сопрягаемых уклонов.

Сопряжение смежных элементов продольного профиля производит-
ся двумя способами [17]: профилями «криволинейного очертания»
н круговыми кривыми в вертикальной плоскости.

Первый способ предусматривает плавный переход от одного укло-
на к другому посредством коротких элементов постепенно изменяю-
щейся крутизны (рис. I. 1, а, б). Алгебраическая разность уклонов
смежных элементов криволинейного профиля не должна превышать
1°/оо. 1»5°/оО и 2°/00 соответственно на линиях I, II и III—IV категорий.
При этом длину отдельных элементов такого профиля рекомендуется
принимать не менее 50 л, а в тяжелых условиях — 25 м.

Второй способ сопряжения смежных элементов профиля предпо-
лагает устройство круговой кривой большого радиуса между смеж-
ными элементами профиля при алгебраической разности их уклонов
более 3%о (рис. 1.1, в, г). Радиусы сопрягающих вертикальных кри-
вых принимаются 10 000 м для линий I—II категорий и 5000 м —
III—IV категорий.

Длина основных элементов, сопрягаемых тем или иным способом,
как правило, должна быть не менее половины полезной длины приемо-
отправочных путей на станциях, а алгебраическая разность сопрягае-
мых уклонов не должна превышать норм, указанных в табл. 1.2. При

Рис. 1.1. Сопряжение смежных элементов продольного профиля:
а, б) профилем криволинейного очертания;

я. г) круговыми кривыми
сопряжении участков с алгебраической
разностью уклонов, более указанной в
табл. 1.2, проектируются разделительные
площадки или элементы переходной кру-
тизны (рис. 1.2).

При проектировании плана открытых

Рис. 1.2. Проектирование
разделительных площадок и
элементов переходной кру-
тизны:

/ — элементы переходной кру-
тизны; 2 — разделительная
площадка

участков железных дорог различают наи-
больший и наименьший рекомендуемые и
наименьший допускаемый радиусы круго-
вых кривых.

Наибольший рекомендуемый радиус
кривых принимается не более 4000 я, так

как такие кривые по условиям движения

поездов практически не уступают прямолинейным участкам. Кроме
того, при больших радиусах осложняется обеспечение постоянства
кривизны участка н значительно возрастают объемы и стоимость

строительства.

Таблица 1-2

Наибольшая алгебраическая разность сопрягаемых уклонов,

Категория линии	Полезная длина прнемо-отпра- оочных путей, л			Категория  ЛИНИН	Полезная длина прнемо- отпраоочных путей, м		
	1250	1050	850		1250	1050	850
	Рекомендуемые		нормы		Максимально допускаемые нормы		
I	4	5	6	I	6	8	10
II	5	6	8	II	8	10	12
III	—	8	10	III		12	14
IV	—	—	12	IV	—	—	16

Величина наименьшего рекомендуемого радиуса зависит от скоро-
стей движения поездов и грузонапряженности линии. На линиях I ка-
тегории, где предусматривается движение пассажирских поездов со
скоростями, превышающими 120 км!ч, и значительная напряженность
грузовых перевозок, нормами проектирования наименьший рекомен-
дуемый радиус принимается равным 1200 м. На линиях II категории,
а также на линиях I категории, где не предусматривается движение
пассажирских поездов со скоростью более 120 км/ч, этот радиус при-
нимают равным 800 я, а на линиях III категории — 600 я.

При определении наименьшего допускаемого радиуса учитываются
условия безопасности вписывания подвижного состава в кривые, слож-
ность содержания пути при очень малых радиусах и нежелательность
большого снижения скорости движения поездов. Нормами проектиро-
вания величина наименьшего допускаемого радиуса устанавливается
для дорог I н II категорий 400 я, для дорог III категории 350 я. Лишь
в особо трудных горных условиях по согласованию с Министерством
путей сообщения эти радиусы могут быть уменьшены соответственно
до 250 и 200 я.
Для более плавного вписывания ходовых частей подвижного состава
прямые и кривые участки пути сопрягаются посредством переходных
кривых (СНиП П-Д. 1—62).

При проектировании автомобильных дорог во всех случаях, когда
это не вызывает существенного увеличения объемов строительных ра-
бот, следует принимать продольные уклоны не круче ЗО°/оо> а радиусы
кривых в плане — не менее 3000 м. Однако в большинстве случаев вы-
полнение этих рекомендаций даже на открытых участках не представ-
ляется возможным по условиям рельефа и экономическим соображени-
ям и проектирование ведется по нормам табл. 1.1.

Смежные участки автодороги при алгебраической разности укло-
нов 5°/оо н более (для дорог I—III категорий) и 10 0/00 и более (для до-
рог IV—V категорий) сопрягаются вертикальными кривыми, наимень-
шие радиусы которых приведены в табл. 1.1.

Для более плавного вписывания автомобилей и постепенного уве-
личения центробежной силы на кривых радиусом 2000 м и менее устраи-
ваются переходные кривые с постепенным уменьшением радиуса от
бесконечности (на прямой) до радиуса круговой кривой. В плане пере-
ходные кривые чаще всего выполняются в виде радиондальной спира-
ли (клотоиды). Длина переходных кривых зависит от радиуса круго-
вой кривой (табл. 1.3).

Таблица 1.3

Длины переходных кривых в зависимости от радиуса круговых кривых

Радиусы круговых к ри вых, м . . .	100	150	200	250	300	400	500	600— 1000	1000—  2000
Длина переходных кривых, -II . . .	50	60	70	80	до	100	110	120	100

Одним из способов сопряжения прямого участка с круговой кривой
(рис. 1.3) является смещение ее к центру на величину р (р 0,017?)
и укорочение с обоих концов на величину, равную половине длины
переходной кривой. Разбивка кривых производится по специальным
таблицам.

Выше приведены лишь наиболее существенные данные по проекти-
рованию трассы железных и автомобильных дорог на участках тоннель-
ных переходов. При детальном проектировании необходимо пользо-
ваться соответствующими главами СНиП с учетом особенностей, при-
веденных в § 2 и 3.

При трассировании линии по планам в горизонталях проектиро-
вание плана трассы ведется участками по 4—5 км с одновременным
накалыванием и проектированием профиля дороги.

Необходимый шаг трассирования железной и автомобильной до-
роги по плану в горизонталях с указанным масштабом и сечением го-
ризонталей определяется по формулам:

/тр = -^- км и /Тр-— КМ,	(1.1)

<р—*эк	'шах
где 1тп — шаг трассирования в натуре, км;

△п — сечения горизонталей, лг,
1р — руководящий уклон, °/00;

{эк — смягчение уклона за счет сопротивления на кривых (для
горных районов рекомендуется принимать в ориенти-
ровочных расчетах гэв = 1°/00, что соответствует сопро-
тивлению 1 кг!п{);

/так — наибольший допускаемый уклон автомобильной доро-
ги, °/оо-

Пример. Запроектировать (эскизно) трассу участка железнодорожной линии
между точками А и Б при следующих исходных данных.

I.	Масштаб плана в горизонталях 1 : 50 000 (рис. 1.4, о).

2.	Сечение горизонталями через 10 м.

3.	Руководящий уклон линии = 12°/оо-

4.	Эквивалентный уклон 1ЭК = 1°/оо-

Определим шаг трассирования в натуре:

10
^тр=|2__। —О’® км'

Шаг трассирования (раствор циркуля) в масштабе плана /тр = 1,82 см.

Очевидно, что самым удобным местом пересечения водораздела
является наиболее низкое и узкое его седло, благоприятное для трас-
сирования подходов.

Уровень пересечения водораздела, т. е. высотное положение порта-
лов тоннеля, выбирают исходя из климатологических данных и на
основании технико-экономического расчета (см: § 11), имея в виду,
что порталы должны располагаться ниже границы вечных снегов и об-
валов. При отсутствии последних решающим фактором является эко-
номичность строительства подходных выемок с учетом геологических

Рис. 1.3. Сопряжение прямого участка автомобильной дороги с круговой кривой

11
Р|!с. 1.4. Трассирование по плану в горизонталях методом «нулевых работ»:
а) план я горизонталях; б) профили по оси тоннелеП

условий и способов производства земляных работ. Наибольшую глу-
бину портальных выемок при трассировании принимают 12—15 м
в глинистых грунтах и 15—20 м — в скальных. Подходные к водораз-
делу участки трассы проектируются различными вариантами с приме-
нением руководящего уклона или уклона кратной тяги.

При проектировании плана трассу необходимо уложить возможно
ближе к циркульному ходу, т. е. линии нулевых работ. Однако, когда
циркульный ход образует в профиле высокую и частую «пилу»,
стремятся найти оптимальное значение высот насыпей и глубин вые-
мок для. лучшего распределения земляных масс. То же относится и
к пересечению глубоких логов и оврагов.

При проектировании плана углы измеряются транспортиром, со-
пряжение лучей при углах поворота трассы — шаблонами кривых
или лекалами.

Наименьшие допускаемые значения радиусов круговых и переход-
ных кривых и прямых вставок между кривыми, а также длины разде-
лительных площадок и элементов переходной крутизны принимаются
по нормам, приведенным в настоящем параграфе и в соответствующих
главах СНиП.

Конкурирующими вариантами обычно бывают: трасса значитель-
ной протяженности с тоннелем малой длины и короткая трасса с тонне-
лем большой длины (рис. 1.4, б).

Сравнение вариантов трассы по строительной стоимости произво-
дится на основании объемов и стоимости работ и сооружений, преду-
смотренных проектом.

Эксплуатационные расходы для сравнения вариантов подсчитыва-
ются по действующим справочникам и указаниям, разрабатываемым
для проектных организаций (см. § 9, 10).
§ 2.	План тоннелей

Расположение тоннелей на кривых имеет ряд существенных недо-
статков [8, 9]. Поэтому следует стремиться располагать тоннели на
прямых участках линии. Однако это не всегда удается по условиям
рельефа и инженерно-геологическим данным.

Устройство тоннеля на кривой часто бывает целесообразным для
преодоления мысового препятствия при развитии линии по долине гор-
ной реки (рис. 1.5, а, б). В этом случае достигается значительное со-
кращение длины тоннеля и объемов строительных работ.

Приходится также располагать тоннели на кривых при трассиро-
вании дороги по оползневым и обвалоопасным участкам долины. Соору-
жение защитных галерей н эстакад в таких местах не всегда бывает
целесообразно и надежно, в связи с чем зачастую вопрос безопасности
движения решается путем перенесения трассы линии в глубь массива.

Необходимость расположения части тоннеля на кривых возникает
также в тех редких, но, к сожалению, встречающихся случаях, когда
в результате недостаточно тщательных инженерно-геологических изы-
сканий на ранее запроектированной прямолинейной трассе обнаружи-
ваются участки, требующие обхода (карстовые пещеры, подземные
водоемы, участки тектонических нарушений и т. д.). Например, при
строительстве Лечбергского тоннеля в Швейцарии, в результате
прорыва в тоннель воды р. Кандер, протекавшей над его трассой, было
принято решение обойти это место кривой с удлинением тоннеля на
870 м.

Другим примером может служить тоннель «В. Каларов» в Болгарии,
при проходке которого была встречена зона разрушенных гнейсоглинн-
стых пород с большим притоком подземных вод. Для обхода этой зоны
проект тоннеля был изменен — прямолинейная трасса частично заме-
нена криволинейным участком из пяти сопрягающих кривых (рис. 1,6).

Криволинейный в плане тоннель рекомендуется располагать пол-
ностью на круговой кривой одного радиуса или, в крайнем случае, иа

Рис. 1.5. Мысовой тоннель:
а) план; о) вил со стороны портала
Рис. 1.6. Изменение трас-
сы тоннели при обходе
зоны тектонических на-
рушений

кривых близких по значениям радиусов, что способствует применению
однотипного проходческого оборудования (буровых и кружальных
рам, элементов опалубки и т. д.) н конструкций обделки. Кривые раз-
личного радиуса осложняют также работы по разбивке трассы тоннеля
и перенесению ее внутрь массива.

Особенно нежелательно расположение тоннеля на разнотипных
элементах плана при сборной обделке тоннеля, так как в этом случае
увеличивается количество типоразмеров сборных элементов и услож-
няется сопряжение колец обделки и технология работ по ее мон-
тажу.

Для железнодорожных тоннелей наименьший рекомендуемый ра-
диус кривых установлен 600 м. В трудных горных условиях на линиях
I —II категорий при соответствующем технико-экономическом обо-
сновании наименьший допускаемый радиус кривой принимается
400 м.

Автодорожные тоннели иа дорогах любых категории, как правило»
не должны располагаться на кривых радиусом менее 250 я и лишь
в особо тяжелых горных условиях этот радиус может быть уменьшен
до 100 я при специальном обосновании.

Для обеспечения безопасности движения автомобилей с наиболь-
шими скоростями на дорогах I категории с кривыми менее 3000 м и на
дорогах других категорий менее 2000 я устраиваются виражи (см. § 16),
а на кривых радиусом 700 я и менее, кроме того, предусматривается
уширение проезжей части (см. § 12).

Очень большое значение для безопасности движения автомобилей
на кривых имеет расстояние «видимости» 5 (рис. 1.7). Оно должно быть
не менее общей длины тормозного пути автомобиля плюс 5 ч- 10 я (за-

Рнс. 1.7. Схема к определению расстоя-
ния видимости о автодорожном тон-
неле

пасное расстояние от остано-
вившегося автомобиля до пре-
пятствия). Расчет ведется из.
условия расположения глаза
водителя на высоте 1,2 м от по-
верхности проезжей части при
нахождении автомобиля на рас-
стоянии 1,5 м от кромки проез-
жей части. Например, на кривых
радиусом 100—250 я дл ина-
хорды 5 составляет 40—60 я,
что требует ограничения ско-
рости движения до 30—50 км!ч.
§ 3.	Профиль тоннелей

В зависимости от трассы линии тоннели в профиле проектируются
односкатными и двускатными (рис. 1.8). В последнем случае профиль
горных тоннелей имеет подъемы к середине (располагается «на горбе»),
подводных тоннелей — подъемы к порталам (располагается «в яме»).

Располагать тоннели на горизонтальных участках нельзя в связи
со сложностью водоотвода. Исключение допускается лишь на раздели-
тельных площадках длиной 200—400 м между двумя встречными укло-
нами в двускатных тоннелях. Однако и в этом случае более целесооб-
разна замена горизонтальной площадки двумя участками с встречны-
ми наименьшими уклонами.

По условиям водоотвода продольный уклон пути в железнодорож-
ных тоннелях принимается не менее 3%0 (в исключительных случа-
ях — 2°/оо), а в районах с суровыми и особо суровыми климатическими
условиями (см. табл. IV.5), где вероятность замерзания воды в водо-
отводных лотках особенно велика, — не менее 6%0-

Руководящий уклон, или уклон кратной тягн, принятый на примы-
кающих открытых участках липин, сохраняется в тоннелях при их дли-
не до 300 м. При большей длине уклон в тоннеле и на подходах к нему
на участке, равном длине поезда, должен быть смягчен. Длина поезда
принимается равной длине приемо-отправочных путей (850—1250 м).

Наибольший допускаемый уклон линии в тоннеле составит: на пря-
мом участке

на кривой

1т =	*эк»

где — руководящий уклон (или уклон кратной тяги /кр), °/00\

1ЭК — уклон, эквивалентный сопротивлению в кривой, °/оО;

т— коэффициент смягчения уклона, определяемый по табл. 1.4.

Автодорожные тоннели длиной более 300 м проектируются в профи-
ле односкатными и двускатными, а при длине до 300 м — односкатны-
ми. При прочих равных условиях предпочтительнее односкатный про-
филь тоннеля в связи с улучшением естественного проветривания, хо-
тя в этом случае требуется искусственный водоотлив при проходке
с верхнего портала.

Рис. 1.8. Продольный профиль тоннелей:

л) односкатный; б) двускатный
Коэффициент т лля определения наибольшего уклона
пути в железнодорожном тоннеле

Длина тоннеля	т
От 300 я до 1 км	0.9
От 1 км до 3 км 		0.85
Более 3 км ( в зависимости от длины тоннеля)		0,8—0,75

Продольный уклон автодороги в тоннеле по условиям водоотвода
должен быть не менее 4°/00. Разделительные площадки в двускатных
тоннелях проектируются длиной от 250 до 500 м и устраиваются
обычно в виде двух участков с встречными уклонами в 3°/оо-

Максимальный уклон автодороги в тоннеле не должен, как прави-
ло, превышать 40°/оО по условиям оптимальных режимов вентиляции
автодорожных тоннелей в связи с повышенным расходом горючего,
а значит и увеличением выделения вредных газов при движении авто-
мобилей на подъем с большим уклоном. Исключение допускается лишь
на особо трудных участках, где уменьшение уклона приводит к значи-
тельным затратам, связанным с дополнительным развитием трассы до-
роги или увеличением длины тоннеля.

§ 4.	Стадии проектирования тоннелей

Строительство тоннелей осуществляется по предварительно разра-
ботанной проектной документации, а финансирование производится
по сметам [12, 58]. Проект и смета согласовываются строительной орга-
низацией, рассматриваются экспертной комиссией и утверждаются со-
ответствующей инстанцией. Без тщательно разработанной и утверж-
денной проектио-сметной документации строительство и финансирова-
ние запрещено законом.

Проектирование объекта ведется проектной организацией на осно-
ве задания, выдаваемого заказчиком, и заключенного с ним договора
на проектно-изыскательские работы.

Задание на проектирование составляется при непосредственном
участии проектной организации, так как качество выполнения проек-
та в значительной степени зависит от тщательности и глубины состав-
ления задания.

При передаче в проектную организацию задания на проектирова-
ние заказчик представляет проектировщикам необходимые исходные
данные и материалы. К иим относятся: данные о существующих в райо-
не будущего строительства других сооружениях, подземных и назем-
ных коммуникациях, документация по отводу земель под строительст-
во, данные по строительному оборудованию и т. д. Объем и сроки
представления исходных данных определяются договором заказчика
с проектной организацией.
В обязанности заказчика входят, кроме того: наблюдение за срока-
ми проектирования и выполнением изыскательских работ; прием
проектно-сметной документации с проверкой качества ее исполнения;
представление проектных материалов на утверждение.

Проектная организация обязана защищать проект перед эксперт-
ной комиссией и утверждающей инстанцией.

Проектирование обычно ведется комплексно с обязательной увяз-
кой технологической, строительной, электротехнической, сантехниче-
ской и других частей проекта.

Непосредственная ответственность за исполнение проекта возла-
гается на главного инженера проекта, назначаемого руководством
проектной организации.

Проектирование ведется в соответствии с действующими строи-
тельными нормами и правилами (СНиП), техническими условиями,
указаниями, инструкциями и нормативами (ТУ, СН, ВТУ и др.).

В проектах должны учитываться новейшие достижения отечествен-
ной и зарубежной науки и техники, обеспечивающие наиболее высокие
технико-экономические показатели при наименьших капитальных вло-
жениях и эксплуатационных затратах.

Проектирование тоннелей осуществляется обычно в две стадии —
вначале составляется и утверждается технический проект, а на вто-
рой стадии на основе утвержденного технического проекта разрабаты-
ваются рабочие чертежи. Состав проектной документации для обеих
стадий проектирования определяется действующими эталонами.

В техническом проекте решаются все основные вопросы строитель-
ства на основании технико-экономического обследования местных усло-
вий. При этом должны быть установлены: экономическая целесообраз-
ность, техническая возможность и сроки строительства; план, профиль
и габариты тоннеля; места расположения порталов, конструкции об-
делок; способы производства работ, места расположения строительных
площадок; источники снабжения электроэнергией, водой, местными,
строительными материалами; необходимый объем вспомогательных
и культурно-бытовых объектов и сооружений; сметная стоимость
и технико-экономические показатели строительства.

В пояснительной записке к техническому проекту приводятся крат-
кие сведения по всем частям проекта с обоснованием принятых техни-
ческих решений, а в сводной смете—технико-экономические обосно-
вания и показатели — сметная стоимость 1 л тоннеля, стоимость 1 я?
сооружения и др.

Чертежи технического проекта включают план и профильтоннеля,.
портал, конструкции обделок, схему и конструкции дренажных и водо-
отводных устройств, план-график строительства, комплексный укруп-
ненный сетевой график, генеральный план строительных площадок,
схемы электроснабжения с подстанцией, оповестительной и загради-
тельной сигнализации, местной связи.

Технический проект в зависимости от сложности и значимости
объекта утверждается Советом Министров СССР, советами министров
союзных республик или министерствами СССР по представлению
Главтранспроекта Министерства транспортного строительства.
Утвержденный технический проект со сводной сметой является ос-
нованием для финансирования строительства, заказа оборудования
и механизмов и разработки рабочих чертежей.

Рабочие чертежи разрабатываются проектной организацией на
основе утвержденного технического проекта и выдаваемых заказчиком
технических данных по заказанному оборудованию.

В рабочих чертежах обеспечивается уточнение н детализация всех
разделов технического проекта, необходимые для осуществления строи-
тельных и монтажных работ, включая установку оборудования и
устройство комму ни каций.

При выполнении рабочих чертежей отступления от технического
проекта допускаются лишь в тех случаях, когда они улучшают при-
нятые ранее конструкции, технологические процессы и технико-эко-
номические показатели.

Рабочие чертежи выдаются строительной организации комплектно
в установленные графиком сроки. Как правило, чертежи на объем
строительства очередного года должны быть выданы до 1 сентября го-
да, предшествующего строительству.

Рабочие чертежи включают: общеувязочные чертежи (разрезы, пла-
ны), на которых указывается расположение основных конструкций,
оборудования, коммуникаций, сантехнических, электротехнических
устройств и т. д.; деталировочные чертежи всех элементов конструк-
ций, сооружений и оборудования.

К рабочим чертежам прилагаются ведомости потребности в основ-
ных строительных материалах и конструкциях.

По всем разделам проектов, требующим согласования с другими
ведомствами и местными организациями, должны быть получены
соответствующие письменные согласования.

При составлении технического проекта и рабочих чертежей необ-
ходимо стремиться к максимальному использованию утвержденных
типовых решений и конструкций, разработанных на основе последних
достижений науки, техники и практики строительства.

§ 5.	Вариантное проектирование

Метод вариантного проектирования заключается в том, что наибо-
лее значительные проектные решения принимаются путем обоснован-
ного выбора их из ряда составленных вариантов, сравниваемых меж-
ду собой по присущим им достоинствам и недостаткам. Этот метод ши-
роко используется в отечественной практике проектирования тонне-
лей всех назначений. Применение его гарантирует от случайных, иног-
да ошибочных выводов и обеспечивает оптимальность принимаемых
решений, что способствует повышению эффективности капиталовло-
жений в тоннельное строительство.

Обязательным условием правильного использования метода ва-
риантного проектирования является равноценность сравниваемых
вариантов по обеспечению выполнения задач, поставленных перед со-
оружением в целом пли его отдельным проектируемым элементом. По-
18
этому нельзя, например, просолить сопоставление двухпутного н одно-
путного тоннелей, но можно сравнивать тоннель, строящийся сразу
под два пути с двумя однопутными тоннелями, сооружаемыми в два
этапа, соответственно перспективе развития перевозок по дороге.

Также важны равная степень обследования местных условий и оди-
наковый уровень технической разработанности для каждого вариан-
та. Недопустимо, в частности, сравнивать варианты расположения тон-
неля иа местности, разработанные в одном случае на основе данных
полевых изысканий, а в другом — по мелкомасштабной топографиче-
ской карте. Сомнительными получились бы и результаты сопоставле-
ния двух систем вентиляции тоннеля, из которых одна апробирована
практикой, а другая еще не вышла из стадии лабораторных исследова-
ний.

Значение метода вариантного проектирования особо подчеркнуто
в Постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР об улучшении
прсектио-сметиого дела (1969 г.), которым предусматривается в слу-
чае необходимости: «Поручать одновременную разработку нескольких
вариантов технических проектов или отдельных частей проектов пред-
приятий и сооружений со сложными технологическими процессами
и строительными конструкциями различным проектным организациям,
для выбора оптимальных проектных решений и оплачивать эти работы
за счет средств на капитальное строительство, предусматриваемых
в планах проектных работ».

Перечень вопросов, которые охватываются варьированием при
проектировании тоннелей, широк и разнообразен. В общем случае
возможны следующие варианты: размещения путей или рядов автомо-
бильного движения; расположения тоннеля в плане и по высотным от-
меткам; формы и числовых параметров продольного профиля и плана-
трассы; длины тоннеля и расположения его порталов; системы венти-
ляции и размещения вентиляционных устройств и сооружений; мате-
риала обделки, конструкции и гидроизоляции тоннеля иа различных
участках; системы водоотвода и характера освещения; способов про-
изводства работ и т. д.

При разработке проекта конкретного сооружения количество ва-
риантов резко уменьшается, так как, например, назначение тоннеля
или его расположение на местности и ряд других особенностей могут
быть безоговорочно определены заданием на проектирование, а неко-
торые логически согласуемые технические задачи имеют и взаимосвя-
занные определенные проектные решения.

Варьирование в процессе разработки проектов новых тоннельных
сооружений производится, как правило, от общего к частному. Зто оз-
начает, прежде всего, что оптимальный способ преодоления высотного
препятствия или водной преграды выбирается в теской связи с выбо-
ром варианта общего направления пути сообщения и с учетом всего
комплекса местных условий.

Так, например, еще на заре отечественного тоннелестроения инж.
Г. Ф. Перрот, проектируя Каунасский железнодорожный тоннель —
первый в России — проводил тщательное сопоставление тоннельного
варианта участка трассы, позволявшего подойти к берегу р. Неман на
сравнительно низких отметках, с вариантом линии без тоннеля, кото-
рый зато требовал постройки длинного и высокого моста через ту же
реку.

Вообще, первым объектом варьирования при проектировании тон-
неля во многих случаях является парадоксальный вопрос: нельзя ли
обойтись без постройки тоннеля, всегда относящегося к разряду наи-
более сложных и дорогих искусственных сооружений на путях сообще-
ния. Поэтому, проектируя подводный тоннель через водную преграду,
обязательно сопоставляют его с вариантом мостового перехода или
с другими типами переправ; необходимой частью проекта горного тон-
неля будет сравнение тоннельного участка трассы с бестоннельным
вариантом, включающим в зависимости от местных условий открытую
выемку или обход; выбирая тип сооружения для развязки в раз-
ных уровнях пересечения уличных магистралей, проводят сравнение
транспортного пли пешеходного тоннеля с надземным мостом-путе-
проводом.

После установления типа сооружения переходят к разработке ва-
риантов для определения отметок горного тоннеля или уточнения мес-
тоположения подводно-тоннельного перехода.

Горные дороги характеризуются значительной высотой над уров-
нем моря, косогорностыо, большой разностью отметок на отдельных
участках и сложностью возведения земляного полотна, искусственных
сооружений, станций-и разъездов. Высокое расположение тоннеля
в горных условиях вызывает необходимость устройства сложного раз-
вития трассы и применения более крутых предельных уклонов, чем
при проектировании подошвенных тоннелей. Намечаемая отметка
тоннельного пересечения зависит от назначения дороги, топогра-
фии и геологических условий местности. В общем виде можно сказать,
что чем больше размеры перевозок, тем больше оснований понижать
расположение тоннеля. Увеличение его длины при этом полнее компен-
сируется сокращением длины трассы, а следовательно, и эксплуата-
ционных расходов [10].

При проектировании подводных тоннелей один из вариантов обыч-
но располагается вблизи от прямого направления линии и обеспечи-
вает наименьшую длину трассы, а другие — в стороне, ио с лучшими
показателями непосредственно перехода (искусственного сооружения).

Варианты тоннелей по способу производства работ, конструкции,
роду материалов и прочим особенностям разрабатываются и сопостав-
ляются после фиксации местоположения и согласования каждого из
возможных решений с остальными взаимосвязанными элементами
проекта транспортной магистрали и прежде всего с трассой и ее строи-
тельно-эксплуатационными показателями.

Характерный пример внимательного отношения к выбору места расположе-
ния п трассы тоннельного перехода через водную преграду можно нантн в проек-
те железнодорожного тоннеля под р. Волгой па линии Н. Новгород (ныне
г. Горький)—Котельннч [3] (рис. 1.9). Принятое после обстоятельного изучения
пяти вариантов решение о пересечении р. Волги на 3 км выше по течению от мес-
та впадения в нее р. Оки (вариант II) обеспечивало наиболее благоприятные пер-
спективы развития прилегающего большого железнодорожного узла. Одновре-
.20
менно достигалось заметное
сокращение длины железнодо-
рожной линии, пропускавшей-
ся к тому же по мало застроен-
ной территории и пересекав-
шей Волгу там, где ее русло
н поймы наиболее сужаются.

Вариант I имел перед дру-
гими некоторые топографиче-
ские преимущества: переход
приходился на участок реки с
хорошо сформированным рус-
лом и неширокой левобереж-
ной поймой. В то же время
выбор его значительно удли-
нил бы железнодорожную ли-
нию, был связан с большим
сносом строений, а также с
излишними строительными и
эксплуатационными расхода-
ми. Те же, но еще ярче выра-
женные недостатки имел ва-
риант III, пересекавший на
правом берегу ярморочную и
пристанскую территории. Не-
благоприятными были условия
и на левой сильно развитой
пойме, изрезанной озерами и
песчаными косами. Направле-
ние паводковых течений по
ней отклонялось на большой

Рис. 1.9. Варианты трассы железнодорожного
подводно-тоннельного перехода через р. Волгу

угол от руслового потока, а
непосредственное соседство вливающихся вод р. Окн должно было сказываться
сильным уменьшением поверхностных и средних скоростей течения и отложе-
нием передвигающихся наносов.

Варианты перехода, расположенные ниже устья р. Оки (IV и V), были свя-
заны со значительным увеличением длины и стоимости строительства тоннеля,
который пришлось бы прокладывать под рекой с почти удвоенным живым сече-
нием по сравнению с верховыми створами. Кроме того, эти варианты очень су-
щественно усложняли железнодорожную сеть в пределах Нижегородского
узла, требовали сооружения моста через р. Оку и удлиняли линию по главному
направлению Москва—Котельнич на 40—50 км с соответствующим увеличением
стоимости строительства и эксплуатационных расходов.

$ 6. Понятие о новых методах проектирования

Макетно-модельный метод проектирования. До недавнего времени
основным средством изображения проектируемых сооружений, их эле-
ментов, предметов оборудования и различных устройств был графи-
ческий метод. Однако этому методу проектирования присущ ряд ор-
ганических взаимосвязанных недостатков. Единая проектная картина
оказывается разобщенной на большое количество отдельных чертежей,
отражающих частные проектные решения по сооружению. Это приво-
дит к большим затратам времени и средств на изготовление проектной
документации и потерям времени при изучении ее проектировщиками-
смежниками, заказчиком, строителями, монтажниками и др. Раздель-
ное изображение предметов в пространстве — фасады, планы, боковые
виды, разрезы, узлы, детали — затрудняет чтение чертежа.

От этих и многих других недостатков свободен макетно-модельный
метод проектирования, сравнительно новып (его применение в СССР
началось только с 1960 г.), но быстро развивающийся как в нашей
стране, так и за рубежом.

Проектирование с применением макетов позволяет получить про-
странственные изображения проектных решений в виде объемных
макетов, собираемых в процессе разработки проекта из моделей и мо-
дельных элементов. Использование макетно-модельного метода может
быть целесообразно иа обеих стадиях проектирования (технический
проект и рабочие чертежи). Не исключается также возможность одно-
стадийного проектирования (техно-рабочий проект) тех относитель-
но сложных тоннельных объектов, для которых без макета потребова-
лись бы две стадии.

Проектный макет представляет масштабную условную «картину»,
пространственно изображающую конструктивную, строительную, тех-
нологическую, сантехническую и прочие части проектируемого тон-
нельного сооружения в их взаимной увязке.

Отличаясь большой наглядностью, макет сооружения делает до-
ступным быстрому обзору и пониманию обширный проектный мате-
риал. Поэтому иа нем удобно выбирать, например, оптимальные компо-
новочные варианты. В результате значительно сокращаются большие
объемы графических документов. Работа на макете обеспечивает, кро-
ме того, гораздо большую свободу и маневренность при выборе реше-
ния. Специалисты разных профилей, работая вместе на одном макете,
получают условия для того, чтобы без промедления разрешать многие
узкоспециальные проблемы. В итоге сокращается до минимума число
ошибок в проектной документации, что особенно важно на стадии ра-
бочего проекта или при одностадийном проектировании.

Моделью называется деталь макета — объемное, масштабное, схе-
матизированное, условное изображение натурного предмета, являю-
щегося самостоятельным элементом по одной из частей проекта.

Модельным элементом является часть сборной модели или отдель-
ная конструктивная деталь, служащая для сборки, взанмосоединения
и крепления моделей в макете, но не изображающая натурного пред-
мета или его части.

В целом макетно-модельный метод проектирования можно характе-
ризовать как «комплекс приемов, способов, форм и организации тру-
да, в совокупности с материальными средствами обеспечивающий со-
здание проекта сооружения сначала в виде масштабного макета, как
основной проектной документации, потом чертежей, полученных
с него» [22].

Получение с макета плоской (бумажной) проектной документации
осуществляется как графическим, так и фотографическим путем, а так-
же смешанным способом. К последнему относится изготовление фото-
чертежей, т. е. фотографий с макета, графически дорабатываемых
проектировщиками карандашом пли тушью. Иногда, на рабочей ста-
дии, может быть целесообразным дублирование проектного макета с от-
22
сылкой дубля непосредственно на строительство. В таком случае преи-
мущества макетно-модельного метода используются не только проекти-
ровщиками, но и строителями.

Первоначально макетно-модельный метод был создан и развивался
в целях проектирования промышленных здании и сооружений, имею-
щих насыщенную систему инженерных коммуникаций и средств не-
прерывного транспорта, а также большое количество сложного обору-
дования, связанного между собой единым технологическим процессом
и расположенного на разных высотных отметках. Однако достоинства
метода обусловливают целесооборазность распространения его также
на тоннельные сооружения, которые проще, чем промышленные по
своей технологической схеме, но часто превосходят их по конструктив-
ной н строительной сложности.

Весьма перспективным надо считать также применение макетно-
модельного метода к проектированию строительных площадок тоннель-
ных объектов, механизированных наземных и подземных комплексов
и вообще проектов организации работ (ПОР) по строительству тоннель-
ных сооружений. В то же время использование для разработки ПОР
макета и упрощенных чертежей, представляющих в миниатюре гото-
вый тоннель или группу подземных сооружении, обеспечивая нагляд-
ность, дает возможность разрабатывать проекты производства работ на
высоком научно-техническом уровне и способствует повышению эффек-
тивности применения системы сетевого планирования и управления
(СПУ).

Экономия на строительно-монтажных работах, получаемая в ре-
зультате реализации преимуществ нового метода проектирования впол-
не окупает дополнительные издержки, связанные с затратами на из-
готовление макета в стадии проектирования (22].

Моделирование статической работы тоннельных конструкций. Про-
ходка каждой подземной выработки с возведением тоннельного соору-
жения коренным образом меняет картину распределения напряжений
в массиве вмещающих ее горных пород. Как результат этого возника-
ют так называемое горное давление и смещения в породе. Если не
принять необходимых предупредительных мер, они могут повлечь за
собой деформацию подземных конструкций, чрезмерное развитие гор-
ного давления, осадки поверхности земли и другие вредные последствия.

Проектировщики тоннеля должны предвидеть характер таких явле-
ний и заранее оценить их количественно. Тогда они могут смелее от-
казываться от проектирования «по аналогии» с уже осуществленными
сооружениями и искать лучшие решения. Разработка же новых высо-
коэффективных подземных конструкций и оптимальных приемов их
возведения, повышение на этой основе производительности труда и сни-
жение стоимости подземного строительства — это и есть основное на-
правление технического прогресса в тоннеле — и метростроении.

Обычные для многих наземных сооружений расчетные приемы про-
гнозирования их поведения под нагрузкой — статической работы, не
всегда могут обеспечить получение удовлетворительных результатов
при проектировании тоннелей. Здесь сказывается прежде всего много-
образие факторов, определяющих напряженное состояние подземного
23
сооружения и, в свою очередь, зависящих от особенностей его конст-
рукции и приемов производства работ.

Тем большее значение для проектирования тоннелей приобретают
экспериментальные методы исследования сооружении. Они могут быть
натурными, с проведением экспериментов непосредственно в произ-
водственных условиях, н лабораторными, при которых опыты ставят-
ся на моделях тоннельных сооружений, выполненных в геометриче-
ском (линейном) масштабе от 1:10 до 1:100.

Условия лаборатории позволяют выделить для изучения на моде-
ли наиболее характерные факторы, притом в любых сочетаниях как
качественных, так н количественных. В этом заключается одно из су-
щественных преимуществ моделирования перед натурными исследо-
ваниями. Последние дают часто лишь суммарные результаты ц не мо-
гут выявить роль отдельных действующих факторов. Другие достоин-
ства моделирования связаны с уменьшением всех масштабов исследо-
вания, в том числе времени.

Проектировщики тоннелей для решения своих задач применяют
теперь несколько принципиально различных методов моделирования.
Наиболее перспективным из них надо считать так называемый метод
эквивалентных материалов. Сущность его заключается в том, что для
соблюдения требований теоремы о динамическом подобии (сформули-
рована академиком М. В. Кирпичевым в 1930 г.) всю модель выпол-
няют из специальных искусственно составленных материалов. В усло-
виях опыта на малой модели они должны «вести себя» эквивалентно-
натурным горным породам и материалам тоннельных конструкций.
Для обеспечения этого определенные физико-механические свойства
используемых эквивалентных материалов изменяются по сравнению
с натурой в зависимости от размерности соответствующих числовых
характеристик и принятого линейного масштаба [27].

Этот метод моделирования выгодно отличается от оптико-поляри-
зационного, центробежного и других методов тем, что позволяет до-
вольно точно воспроизвести на модели не только особенности проекти-
руемой конструкции, но и характерные фазы производства работ по
ее будущему осуществлению. Практически это означает возможность
выяснить с его помощью, как будет зависеть состояние подземных кон-
струкций и окружающей среды от технологических особенностей
строительства.

Моделированием тоннелей по методу эквивалентных материалов
может решаться плоская или пространственная задача. В настоящее
время чаще рассматривается плоская задача, при которой все процес-
сы работы с моделью, наблюдения за нею и измерение многочисленных
постоянно меняющихся во времени параметров оказываются значи-
тельно менее сложными чем для пространственной задачи.

Материальной основой рассматриваемого метода моделирования
является испытательный стенд. Он представляет собой металлическую
конструкцию в виде ящика с передней стенкой из специального высоко-
прочного стекла. Задняя стенка ящика имеет вырезы по форме попереч-
ного сечения моделируемых тоннелей, закрываемые соответствующими
крышками.
В стенд закладываются по специальной технологии эквивалентные
материалы, моделирующие породный массив, в котором располагает-
ся рассматриваемый тоннель. После необходимой стабилизации «поро-
ды» «проходятся выработки» и «возводятся тоннельные конструкции»,
выполненные также с соблюдением подобия как по размерам элемен-
тов, так и по свойствам материала. Во время всех рабочих процессов
и в период выстойки модели непрерывно производятся наблюдения за
ее поведением и снимаются числовые показания разнообразных изме-
рительных приборов. На заключительном этапе исследования модель
может быть доведена до разрушения. Это достигается увеличением
действующих нагрузок сверх реально возможных или соответствую-
щим искусственным изменением статической схемы сооружения. В ре-
зультате получаются данные, объективно характеризующие запасы
несущей способности проектируемого сооружения.

В процессе исследования модели производятся измерения величин,
характеризующих ее напряженно-деформированное состояние. Для
этого служат специальные электродатчнкн, закладываемые в «породу»
и укрепляемые иа конструктивных элементах модели. Находит приме-
нение также метод фотографической фиксации положения относитель-
но координатных осей специальных марочек, размещенных по разным
горизонталям «породы» и в характерных точках «тоннельной конструк-
ции». Кроме того, используются индикаторы часового типа (мессуры)
и другие виды измерительных приборов, часть которых может носить
специальный характер.

Моделировать горные работы, заменяя в модели натурные породы
и материалы для крепления выработок искусственными «эквивалент-
ными материалами» предложил в 1936 г. советский ученый доктор
техн, наук Г. Н. Кузнецов. В 1955 г. проф. Ю. А. Лиманов, исследуя
закономерности осадок поверхности земли при строительстве тонне-
лей метрополитенов, впервые применил метод эквивалентных материа-
лов к решению задач проектирования и строительства тоннельных со-
оружений 128].
Глава //

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
И ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
ТОННЕЛЕЙ

§ 7.	Методика инженерно-геологических изысканий

Любое подземное сооружение представляет собой пространствен-
ную конструкцию, подверженную воздействиям сил давления окру-
жающих горных пород.	?

Интенсивность силовых воздействий обусловливается свойствами
прорезаемых тоннелем пород, характером напластований, гидрогеоло-
гическим режимом подземных и поверхностных вод и рядом других
геологических признаков, подлежащих исследованию в процессе изы-
сканий.

При проектировании обделки тоннеля необходимо учитывать много-
образие инженерно-геологических факторов, а также характер ее
взаимодействия с окружающей породой.

Окружающие обделку горные породы должны обладать необходи-
мой устойчивостью как в период строительства, так и в процессе экс-
плуатации. Смещение отдельных неустойчивых пластов и блоков поро-
ды, подрезаемых подземной выработкой, может вызвать большое одно-
стороннее давление, вследствие которого недостаточно надежно за-
крепленная выработка может обрушиться. В первую очередь это от-
носится к портальным участкам, где массив подвергается особенно
интенсивному нарушению при разработке подходной выемки и про-
ходке тоннеля (рис. 11.1).

Задачей инженерной геологии применительно к подземным соору-
жениям является установление наиболее вероятного прогноза небла-
гоприятных процессов и явлений, могущих возникнуть в конкретных
геологических условиях в связи с нарушением выработкой целостно-
сти массива, н разработка соответствующих рекомендаций против нх
проявлений.

Объем инженерно-геологических работ, их состав и содержание
определяются стадией проекта и сложностью сооружения.

Для технико-экономического обоснования (ТЭО) принимаемых
проектных решений производится инженерно-геологическая съемка
местности.

Основой для нее служит топографический план масштаба 1:5000
или 1 :2000, а в необходимых случаях и 1:500.

Инженерно-геологические карты (рис. П.2), составляемые на осно-
ве материалов съемки, должны отражать мощность, падение н прости-
рание свит, пачек и слоев горных пород, степень нх обводненности,
генезис и характер выветривания, расчетные показатели геотехниче-
26
Рис. 11.1. Портальный участок тоннельной выработки, обрушившийся из-за не-
своевременного сооружения обделки:

а) вид до разрушения; б) инд после разрушения

ских свойств, формы тектонических нарушений, глубину залегания
водоносных горизонтов, дебит и химический состав подземных вод.

В некоторых случаях составляются вспомогательные карты-срезы
(рис. П.З) при помощи геофизических методов для данной определен-
ной глубины. Карты-срезы позволяют получить дополнительные све-
дения об угрожающих сооружению геологических процессах. Мас-
штаб таких карт определяется степенью детализации изысканий.

Основным видом геологических изысканий на стадиях техническо-
го проекта и рабочих чертежей служит разведочное бурение в сочета-
нии с геофизическими методами разведки. По результатам этих изыска-
ний корректируется окончательное положение тоннеля в плане и про-
филе.

Объемы буровых работ (табл. II. 1) определяются Техническими
условиями и инструкцией на производство инженерно-геологических
изысканий [85] и зависят от степени сложности геологической обста-
новки.

Глубина разведочных скважин устанавливается из условия буре-
ния их на 6 л ниже отметки основания тоннеля.

В случае неустойчивых пород, залегающих в указанных пределах,
глубина скважин увеличивается и доводится до врезки на 2 м в ни-
жележащие устойчивые породы.

Разведочные скважины подразделяются на геологические и гидро-
геологические. Первые из них служат для построения продольных
и поперечных геологических разрезов, а также для определения гео-
27
Рис. 11.2. Инженерно-геологическая карта
района расположения будущей железнодо-
рожной линии:

/ — аллювий; 2 — средисзериистый гранит: 3 —
известняк; -7 — мергель

Рис. П.З. Карта — срез на отметке 700 (см.
рис. 11.2);

2 — среднезерпнстый гранит; 3 — известняк; 4 —
мергель; 5—зона тектонического разлома

логического строения, геотех-
нических свойств н литологи-
ческого состава горных по-
род. Вторые предназначены
для выявления дебита, гори-
зонта и химического состава
' подземных вод, коэффициен-
тов фильтрации пород и опре-
деления величины возможного
гидростатического давления
иа обделку тоннеля.

Геофизические методы ис-
следований основаны на изу-
чении строения земнбй коры
косвенным путем. Этими ме-
тодами исследуются реакции
разнообразных физических
полей на особенности залега-
ния горных пород, обладаю-
щих различными свойства-
ми [56].

По характеру используе-
мых физических полей геофи-
зические методы исследований
подразделяются на шесть ос-
новных: электрометрию, сейс-
мометрию, ядерные методы',
термометрию, магнитометрию
и гравиметрию.

Из всех геофизических ме-
тодов наибольшее распростра-
нение получила электромет-
рия (электроразведка), имею-
щая значительное количество
различных модификаций, ис-
пользующих как естественные
(природные) электрические
поля, так и искусственные,
возбуждаемые в породах
внешними источниками энер-
гии.

Один из методов, исполь-
зующих естественные элек-
трические токи, основан на
исследовании локальных
электрических полей и назы-
вается методом естественного
тока (ПС) или методом собст-
венной поляризации (СП).
Таблица 11.1

Ориентировочные объемы буровых работ для проектирования
железнодорожных и автодорожных тоннелей

Характеристика тоннеля	Степень сложности инженерно-геологи- ческих условий	Ориентировочный объем буровых работ в зависимости от размеров сооружения и сложности условий
Длина до 300 я. Глуби- на заложения до 300 .и	Простые	7 скважин, из них по 2—3 на портальных участках
	Сложные	11 скважин, из ннх по 2—4 на каждом портале. остальные вдоль оси тоннеля
Длина более 300 л. Глу- бина	заложения  до 300 я	Простые	По 3 скважины на порталах и по одной через каждые 150—250 .и длины тоннеля
	Сложные	По 3 скважины на каждом портале, по одной скважине на расстоянии 50 я от пор- талов л по одной скважине через каждые 100—150 .и трассы тоннеля
Длина более 300 л Глубина заложения более 300 я	Простые или сложные условия. Труднодо- ступные для изы- скания места	Обычно не производятся. При- меняются геофизические ме- тоды разведки; проходятся разведочные горные выра- ботки
Стволы шахт	Независимо от усло- вий	До трех скважин на 1 ствол

Примечай и е. Простые условия — однородность массива (по составу пород) и спо-
койный рельеф местности. Сооружение располагается о пределах одного слоя и проходит
вкрест простирания крутопадающего пласта. Трещиноватость пород — слабая. Сейсмичность
менее 7 баллов. Подземных газов нет. Водоносные горизонты отсутствуют или имеется один-
нс связанныЛ с поверхностными водами. Воды отличаются малыми (до 30 .и) капорами, не-
агрессивны и некоррозиЛны. Водоирнток и выработку нс превышает 50 м*!ч.

Сложные условия — неоднородность массива и резко пересеченны Л рельеф. Сооруже-
ние пересекает несколько пластов различного состава при пологом их залегаипи и при на-
личии зон тектонического разлома, карстовых полостей пли погребенных размывов, выпол-
ненных неустоЛчивыми породами. СсЛсмичность 7 баллов и более. Наблюдается газонос-
ность пород (метан. углекнслыЛ газ, сероводород). Зафиксированы многочисленные водо-
носные горизонты, связанные с поверхностными водами. Напоры более 30 я. Воды агрес-
сивны и корроэиЛны. Водоирнток превышает 50 мЧч.

При помощи этого метода можно решать ряд задач инженерно-гео-
логического и гидрогеологического характера, например, картирова-
ние контактов литологически различных пород, выявление зон разло-
ма, перекрытых четвертичными отложениями небольшой мощности,,
изучение движения подземных вод и др.

Из методов, использующих постоянные, пульсирующие и в редких
случаях переменные электрические поля низкой частоты, искусствен-
но создаваемые в земле источниками тока, наибольшее распростране-
ние получил метод сопротивлений.
На этом методе основаны следующие приемы работ: вертикальное
электрическое зондирований (ВЭЗ), электропрофклирование и каро-
таж по методу сопротивлений:

Принцип ВЭЗ заключается в следующем. Пропуская ток через два
электрода А нВ, можно в любом месте линии, соединяющей эти элек-
троды, замерить разность потенциалов. △(/. Зная силу тока в питаю-
щей цепи, можно вычислить удельное сопротивление р измеряемого
участка

₽=*т-

где — разность потенциалов между точками М и Л/;

I — сила тока, стекающего с электрода;

к — коэффициент, зависящий от расположения электродрв.

При увеличении расстояния между питающими электродами А и В
ток проходит по всем более глубоким слоям, в результате чего можно
установить границу слоя с электрическим сопротивлением, отличным
от вышележащего (рис. П.4).

Сущность электропрофплнрования заключается в том, что кажущее-
ся сопротивление измеряется при помощи установки с постоянным
разносом линий АВ и ММ, перемещаемой вдоль заданного профиля.
Этим методом можно установить характер изменения сопротивления
по площади разведки.

Каротаж по методу сопротивлений является основным геофизиче-
ским методом документации разрезов буровых скважин. Изучение
горных пород, окружающих ствол скважины, производится по их
удельным электрическим сопротивлениям. Этот способ основан на из-
мерении силы тока в электрической цепи, в которой один электрод рас-
положен на поверхности, а второй перемещается по скажине.

Кроме указанных методов электроразведки, непосредственное от-
ношение к инженерной геологии имеет метод заряженного тела. Моди-
фикация этого метода применяется для определения направления
и скорости движения подземных вод по одиночной буровой скважине
114Д42, 631.

По степени электропроводности пород можно судить о их влажно-
сти, обналичим и направлении трещин, обнаруживать заполненные во-
дой карстовые полости и выявлять водоносные слои.

Целесообразность использования геофизических методов зависит
от топографических условий местности и от мощности четвертичных
отложений.

Рис. 11.4. Схема геологической разведки методом электросопротивлений (ВЭЗ):
а) элсктроразаедочиая устаиоака с источником тока Б- А п В — питающие электроды;
М и /V—приемные электроды; б) кривая зондирования
По результатам изысканий проведенных при помощи разведочного
бурения и электроразведки составляется сводный инженерно-геоло-
гический отчет, который обычно состоит из первичных документов,
общей части и инженерно-геологических выводов.

Для проектирования тоннеля наиболее важными являются следую-
щие данные отчета:

геологическая структура и устойчивость горного массива;

наличие зон размыва, провалов, оползней и карстов, а также сбро-
сов, складок и др.;

ожидаемое горное давление и вероятность встречи участков со
значительным давлением;

зоны и характер возможных обрушении и вывалов породы при ее
разработке;

физико-механические свойства пород и их крепость в отношении
разработки;

сопротивляемость пород выветриванию и выщелачиванию;

пучение пород и его интенсивность;

теплопроводность пород и ожидаемая температура в подземной вы-
работке;

углы естественного откоса пород;

характер трещиноватости пород;

характеристика водоносных горизонтов, направление и скорость
движения подземных вод, а также величина ожидаемых притоков во-
ды в подземные выработки. Коэффициент фильтрации пород;

химический состав пород и подземных вод и степень их агрессив-
ности;

подземные газы;

месторождение местных строительных материалов, их запасы и ка-
чественная характеристика;

источники хозяйственного и технического водоснабжения;

возможность использования породы для нужд строительства.

При заложении тоннелей на глубине свыше 300 м разведочное бу-
рение не производится и заменяется геофизическими методами развед-
ки в сочетании с проходкой горизонтальных выработок по оси буду-
щего тоннеля, что позволяет составить представление о геологическом
строении горного масива и решить комплекс инженерно-геологических
вопросов, не прибегая к выполнению трудоемких и дорогих в этом
случае буровых работ. Наибольший эффект от применения геофизи-
ческих методов достигается при сочетании их с другими видами инже-
нер но-геологических исследований.

§ 8.	Использование материалов изысканий
при проектировании

Многообразие природных условий ставит перед геологами в каж-
дом конкретном случае новые задачи, связанные с определением разно-
сторонних геологических факторов, влияющих на поведение подзем-
ного сооружения и окружающих его горных пород.
Рис. 11.5. Схема подсечения
пласта выработкой:

/ — свита пластов; 2 — горная
выработка

Рис. П.6. Одностороннее дав-
ление при наклонно залегаю-
щих пластах

В связи с этим можно указать на от-
дельные характерные геологические
признаки и явления, способствующие
ориентировке проектировщика в много-
образном комплексе материалов геоло-
гических изысканий.

На прочность и устойчивость под-
земного сооружения оказывает непосред-
ственное влияние стратиграфия, т. е.
порядок напластования горных пород и
формы нх залегания. Большую роль при
проектировании тоннеля играет учет рас-
положения свиты пластов в пространстве
н выбор угла нх пересечения' осью тон-
неля.

Величина зон или площадок Гп, на-
рушаемых выработкой, находится в за-
висимости от мощности пласта Л, угла
его падения а и угла подхода трассы 0,
образуемого осью выработки с линией
простирания (рис. II.5). При угле паде-.
ния а = 90° зоны Гп возрастают с умень-
шением угла 0 и достигают максималь-
ного значения при 0 = 0. Минималь-
ное значение Рв соответствует углу
0 = 90°.

При а < 90° площадки Рв возра-
стают с уменьшением не только угла 0,
но и угла падения а.

Особенно, неблагоприятным для тон-
неля будет случай расположения трассы
по линии простирания горизонтально
залегающей свиты пластов слабых по-
род, т. е. при а = 0 и 0 = 0.

В связи с увеличением зон наруше-
ния возрастает количество участков с по-
вышенным горным давлением, а устойчи-
вость каждого подсекаемого пласта соот-
ветственно снижается.

Наиболее благоприятное расположе-
ние трассы тоннеля будет при 0 = 90°,
т. е. когда трасса пойдет вкрест прости-
рания свиты пластов.

В случае пересечения тоннелем свиты
пластов крепких и устойчивых пород
высокие прочностные свойства послед-
них могут компенсировать неблаго-
приятное расположение трассы. В этих
условиях возможна разработка породы
сразу на полное сечение, а монолитная обделка может быть заменена
облицовочным слоем.

При отсутствии сцепления между пластами (включение глинистых
прослоек) направление преобладающего давления совпадает с напла-
стованием пород (рис. II.6).

Особая осторожность должна быть проявлена при трассировании
тоннеля вдоль склонов гор, подверженных оползням. Даже незначи-
тельная по мощности прослойка или линза грунтов со слабым сцепле-
нием, вклинившаяся в косогорный скальный массив, может вызвать
оползание отдельных его блоков с одновременным разрушением соору-
жения (рис. 11.7).

Проведение выработки в рыхлых породах связано с наиболее ин-
тенсивным горным давлением. Инженерно-геологические условия
особенно осложняются прн перенасыщении пород водой (илы, плыву-
ны, водонасыщенные пески).

При совпадении оси тоннеля с осью прямой не нарушенной анти-
клинальной складки давление на обделку будет минимальным благо-
даря перекрытию подземной выработки естественным породным сво-
дом, воспринимающим давление вышележащих слоев.

Расположение тоннеля в одном из крыльев антиклинали вызовет
одновременно с увеличением вертикального большое одностороннее
боковое давление, вследствие которого возникает необходимость в со-
оружении мощной обделки несимметричного очертания.

Еще в более худших условиях окажется тоннель, проложенный по
оси синклинали, либо веерообразной складки с воздушным седлом, где
величины вертикального н горизонтального давления могут достиг-
нуть больших значений, особенно при водообнльности подсекае-
мых пластов, и вызвать необходимость устройства сверхмощной
и дорогой обделки. Несмотря иа то что Нг> На> На, величина
горного давления будет обратной глубине заложения, т. е. <71 < <72 < <7э
(рис. 11.8).

Тектонические нарушения, выраженные зонами разлома, оказы-
вают влияние на конструкцию обделки, методы работ и послепостроеч-
ную устойчивость массива и тоннеля. Проходка зон тектонического
разлома сопряжена с возможными обвалами больших масс грунта

Рис. 11.7. Расположение тоннеля на контакте рыхлых и скальных пород, угрожаю-
щее оползанием массива и разрушением обделки
Рпс. П.8. Зависимость конструкции обделки от
инженерно-геологических условий

(грабен) — осевший участок земной коры

Наличие сбросов и
сдвигов, совпадающих с
простиранием пластов и
осью тоннеля, связано
с высоким горным дав-
лением и притоком глу-
бинных иногда термаль-
ных вод, что может по-
требовать переноса трас-
сы в более надежную
часть массива.

Сдвиги и' сбросы
часто располагаются
группами, причем поро-
да в промежутках между
их плоскостями оказы-
вается сильно перемятой
н раздробленной.

Наиболее опасным
является сбросовый ров
между смежными, остав-

шимися на месте (рис. 11.9, а).

В ненарушенном крыле ступенчатого сброса горное давление будет
умеренным, но возможны выходы природных газов и значительный
приток глубинных вод. Опущенное крыло характерно чрезвычайно
высоким давлением и притоком поверхностных вод.

Выступ, ограниченный сбросами (горст) (рис. II.9, б), отличается
небольшим давлением, а многоступенчатый сброс (рис. П.9, в) — давле-
нием значительной интенсивности.

Таким образом, опущенные участки сбросов наиболее неблагоприят-
ны для производства тоннельных работ. Однако практикой работ за-
фиксированы исключения из этого правила, когда наличие сбросов
и сдвигов не сопровождалось увеличением горного давления и прито-
ками воды (Сен-Готардский тоннель, Хинганский тоннель и др.).

Нередко в земной коре появляются неуравновешенные остаточные
напряжения, вызванные предшествующей историей тектоники данно-

Рис. 11.9. Сбросовый рельеф:

а) сбросооыЛ роп-грабен; б) горст; в) мпогоступенчатыП сброс;
ленпе действия тектонических сил
го- горного района. Проходка подземной выработки в таком массиве
влечет за собой перераспределение сил давления и в значительной сте-
пени влияет на устойчивость отдельных его участков.

Наибольшую опасность представляют горные удары, происходя-
щие обычно на большой глубине (свыше 200 м) и преимущественно в по-
родах высокой прочности. Горные удары — явление наименее изучен-
ное. Они объясняются мгновенным переходом потенциальной энергии
упругих деформаций в кинетическую. Проявляются горные удары
катастрофическим выбросом большого объема породы, сопровождае-
мым сильным гулом, сотрясением горного массива и воздушным уда-
ром.

Неблагоприятным фактором при постройке тоннелей является так
называемая вторичная сланцеватость, при которой породам свойствен-
на повышенная разрушаемость, сопровождаемая увеличением горного
давления и частыми вывалами. Породы, обладающие вторичной сланце-
ватостью. обычно бывают нарушены системой трещин, которые затруд-
няют производство буро-взрывных работ.

Наиболее сложен случай расположения тоннеля в условиях бес-
системного сочетания разнообразных форм залегания пород с различ-
ными физико-механическими свойствами и углами падения и прости-
рания пластов. При этом обделка на различных участках трассы будет
испытывать резкое изменение горного давления не только по величине,
•но и по направлению действия сил. Наличие статического горизонта
подземных вод влечет за собой возможность появления гидростатиче-
ского давления, величина которого должна определяться с учетом
возможного снижения уровня воды, вызванного проведением подзем-
ной выработки, являющейся искусственным дренажем.

Таким образом, инженерно-геологические условия предопределя-
ют конструкцию тоннельной обделки, порталов, дренажных и укрепи-
тельных мероприятий, а также методы производства работ на каждом
характерном участке тоннеля (рис. 11.10).

Не менее важными исходными данными при проектировании тонне-
лей являются физико-механические свойства скальных пород. К ним
относятся прочность, твердость, абразивность, крепость, трещинова-
тость, размягчаемость, растворимость, выветрпваемость, слоистость
п пр.

Прочность пород при одноосном сжатии (табл. 11.2) определяется
по следующей формуле:

кПсм\
ро

где /?тах — значение максимальной разрушающей силы в кГ\

Ро — начальная площадь поперечного сечения образца в см2.

Испытываемые образцы должны быть цилиндрической формы с вы-
сотой и диаметром, равным 42 льн.

Твердостью называется сопротивление горной породы проникно-
вению в нее инструмента. Она определяется по шкале твердости
(табл. II.3) н выражается в процентах по отношению к твердости ко-
рунда, принятой за 100%. Твердость пород можно также определить
непосредственно при помощи особого прибора, именуемого склеромет-
ром.

Абразивность представляет собой способность горных пород изна-
шивать при трении контактирующие материалы. В зависимости от
степени абразивности твердые горные породы разделяются на восемь
классов (табл. 11.4).

Оба эти свойства (твердость и абразивность) оказывают существен-
ное влияние на скорость бурения шпуров в забое, а также на стои-
мость буро-взрывных работ.

Крепость породы характеризуется коэффициентом / по шкале проф.
М. М. Протодьяконова (см. приложение). Этот коэффициент дает ориен-
тировочное представление о степени сопротивляемости пород разру-
шению. Величина его для скальных пород может быть определена по
формуле

Г __ ^СЗД

' ’ 100 ’

где — предел прочности породы при одноосном сжатии, кПсм2.

Трещиноватость наряду с выветрелостыо является основным пока-
зателем физического состояния скальных пород. Степень и характер
трещиноватости пород в массиве определяют следующие его свойства:
деформируемость и устойчивость, водопроницаемость, фильтрацион-
ную и механическую анизотропность, разрабатываемость, блочность,
и, наконец, величину горного давления.

о)

6)

В)

1ШПППТТ

11111111111Н111111111111111111111111

Ста!
нижнего
уступа

Способ полностью
раскрытого профиля

Способ
сплошного забоя

Способ опорного ядра,
либо щитобои

Способ сплошного забоя	Способ полностью

раскрытого профиля

Тип и.
Способ
нижнего
уступа

Тип1

Тил Ш

11111111111111







9

Рис. 11.10. Условный проект тоннеля в тяжелых инженерно-геологических усло-
виях:

о) геологический разрез; б) эпюра интенсивности горного давления; в) типы обделок; г) спо-
собы работ; 1 — конгломерат; 2 — известняк; 3—граниты; 4 — сброс; 5 — глинистые слан-
цы; 6 — песчаники разрушенные; 7 — песчаники крепкие
Таблица 11.2

Средние значения физино-механических свойств основных типов
скальных пород (по Беликову, Николаеву и др.)

Группы пород	ОбъсмиыП вес Г/см1	Пори- стость эффектив- ная. %	Прочности на сжатие. кГ/см2	Модуль Юнга, кГ/гм2 10’	Коэффи- циент Пуассона
Граниты 		2,68	0,63	2620	6,42	0.22
Габбро и диабазы 		3,09	0,32	3170	12,01	—
Кварцевые порфиры неизме- ненные 		2,51	5.9	2140				
То же измененные		2,39	8,7	1170	—	—
Порфириты кислого и среднего состава 		2,66	2	2860	5,71	0,2
То же метаморфизированные .	2,61	4,7	990	3,91	0,22
Туфолавы кварцевых порфиров	2,45	7,2	1660	—.	—
Игннмбриты кварцевых порфи- ров 		2,46	5,4	2300	4,82	0,18
Туфогенные песчаники ....	2,43	9,3	610	1,53	0,18
Туфы кислого состава, спек- шиеся, метаморфизированные	2,46	И	900	2,71	0,14
Кварциты 		3,08	0,41	3650	9,52	—
Мраморы 		2,76	0,65	2150	8,24	—
Кварцнто-песчаникн		2,65	1,24	2590	6,85	0,1
Песчаники 	 .	2,5	3,17	2510	5,66	0,13
Мраморизованные известняки	2,69	1.43	1840	7,72	—
Известнякн обломочные . . .	2,92	12,17	1190	4,45	0,27
Известняки детритусовые и шламовые 		2,15	21,18	470	2,51	—

Трещины могут быть различного происхождения: первичные, тре-
щины выветривания, напластования, тектонические, искусственные
(при взрывах, ударах) и др.

Степень трещиноватости или раздробленности горной породы опре-
деляется частотой трещин, их размерами по трем направлениям, ха-
рактером, ориентировкой в пространстве, составом заполнителя и его
свойствами.

Таблица II .3

Шкала твердости горных пород

Наименование пород	Тг-ердссть о % по отно- шению к корунду	Наименование пород	Твердость в % по отно- шению к корунду
Наиболее твердые грани-		Базальты		204-39
ты 		704-80	Известняки		0,44-5,1
Граниты 		304-70	Песчаники 		74-42
Порфиры 		344-102	Кварциты 		До 107
Андезиты		154-50	Водоносные песчаники .	74-36
Трахиты 		204-35		
Т а б л и ц а П.4
Шкала абразивности горных пород

Класс абразив- ности	Наименование класса пород	Показа- тель абра- ЗИО11ОСТ11	Характерные породы
1	Весьма малоабразпв- н ые	До 5	Известняки, мраморы, мягкие суль- фиды без кварца (галенит, сфале- рит. пиротин), апатит, каменная соль
11	Малоабразпвные	5—10	Сульфидные руды, барпто-сульфид- ные руды, аргиллиты, мягкие слан- цы: углистые, глинистые, хлорито- вые и хлорнто-аспндные
III	Ниже средней абра- зивности	10—18	Джеспилиты, роговики (рудные и нерудные), кварцево-сульфндовые руды, магматические тонкозерни- стые породы, песчаники кварцевые и аркозовые тонкозернистые, руды железные, известняки окремненные
IV	Среднеабразивные	18—30	Песчаники кварцевые и аркозовые, мелкозернистые диабазы, плавлен- ный базальт, крупнозернистый пи- рит, арсенопирит, жильный кварц, кварцево-сульфидиые руды, мелко- зернистые магматические породы, окварцованные известняки, джас- пероиды
V	Выше средней абра- зивности	30—45	Песчаники кварцевые п аркозовые, средне- и крупнозернистые, пла- гнограниты, нефелиновые сиениты, мелкозернистые граниты, мелкозер- нистые диориты, порфириты, грей- зены, лампрофиры, габбро, гнейсы
VI	Повышенной абразив- ности	45—65	Породы магматические, средне- и крупнозернистые граниты, диориты, гранодиориты, порфириты, нефели- новые сиениты, сиениты, кератофи- ры, пироксенпты, монцониты, амфи- болиты, сланцы кварцевые и ок- варцованные, гнейсы
VII	Высокоа бразп вн ые	65—90	Порфириты, диориты. граниты, гранитоидные нефелиновые сиениты
VIII	В высшей степени аб- разивные	Более 90	Коруидосодержашне породы

В настоящее время существует значительное количество классифи-
каций горных пород по трещиноватости, которые с большей плн
меньшей степенью приближения могут дать представление об истин-
ном состоянии массива. Одна из таких классификаций приведена
в табл. 11.5.

В этой классификации оценка трещиноватости пород производится
посредством коэффициента трещинной пустотности А?трп, представляю-
•38
щего собой отношение площади трещин к площади породы, выраженное
в процентах.

Методы оценки трещиноватости пород разделяются на геологиче-
ские, геометрические, экспериментальные, физические и комплексные.

Наибольшей обстоятельностью и законченностью разработки отли-
чается комплексный метод оценки трещиноватости, разработанный
в Институте горного дела им. А. А. Скочинского под руководством
проф. Протодьяконова М. М. (младшего).

Сущность метода заключается в лабораторном исследовании проч-
ности различных образцов горных пород с последующим переходом

Таблица 11.5

Инженерно-геологическая классификация трещиноватости
горных пород по Л. И. Нейштадт

Типы пород по степени устойчивости	Наименование типов пород	Коэффици- ент кре- пости по- род по  М. М.Про- тодьяКо- нову	Оценка трещин сжатости порол
Весьма устойчивые	Не затронутые выветрива- нием породы магматичес- кого комплекса (граниты, базальты, порфириты, сие- ниты, габбро и др.); са- мые крепкие метаморфи- ческие н осадочные поро- ды при мощности слоя более 2 м	15—20	Слабая	трещиноватость  кТр.п менее 2%- Преобла- дают волосные и тонкие трещины шириной менее 1 мм, иногда могут быть единичные трещины ши- риной до 2 мм, крупные п средние трещины совер- шенно отсутствуют
Устойчивые	Слабо затронутые выветри- ванием интрузивные н эффузивные породы; креп- кие песчаники, известня- ки. доломиты, конгломе- раты и кристаллические сланцы	8—15	Средняя трещиноватость «тр.п о пределах 2—5%. Наряду с тонкими трещи- нами шириной до 1 мм (50%) имеются трещины шириной от 2 до 5 .ил! н трещины среднего раз- мера шириной от 5 до 20 мм
Неустойчи- вые	Крепкий глинистый сланец, некрепкие песчаники и известняки. Выветрелые метаморфические и магма- тические породы	3-8	Сильная трещиноватость Ктр.п 5—10%. Наряду с мелкими (до 5 льн) присут- ствуют также средине н крупиыетрещины шириной до 100 .«.к в среднем в ко- личестве 10—20%
Весьма неустойчи- вые	Аргиллиты, алевролиты, мергели, сильно выветре- лые (до элювия) осадоч- ные, метаморфические и магматические породы; тектонические эоны во всех типах пород	1—3	Весьма сильная трещинова- тость. Ктр.п 10—20% и более. Наряду с мелкими и средними трещинами присутствуют крупные н очень крупные трещины шириной от 20 до 100 мм н более
к прочности горного массива посредством кругов Мора, кривых мас-
штабного эффекта и кривой распределения 151].

При тщательности выполнения работ комплексный метод позволяет
получить достаточно точные для нужд практики результаты.

Величина ожидаемого горного давления устанавливается на осно-
вании инженерно-геологических данных об общем состоянии горного
массива. В настоящее время существует несколько способов его опре-
деления, отличающихся различной степенью достоверности.

Наиболее известными из них являются: аналитические методы, ла-
бораторные испытания и натурные исследования.

Наибольшим распространением в нашей стране пользуется анали-
тическая формула проф. М. М. Протодьяконова 18), в основу которой
положены коэффициенты крепости пород (см. приложение).,

Следует иметь в виду, что приведенные в приложении данные
относятся к породам в плотном ненарушенном состоянии. Те же поро-
ды, но выветрелые, дислоцированные, разбитые трещинами должны
быть отнесены к более низким категориям [231.

Ввиду обычно сложной инженер но-геологической обстановки объек-
та назначение табличного коэффициента крепости породы нередко
носит субъективный характер и не отвечает условиям необходимой точ-
ности.

Лабораторные испытания, проводимые с горными породами на мо-
делях, позволяют в ряде случаев контролировать и вносить корректи-
вы в результаты, полученные умозрительным путем. Из лабораторных
испытаний получили распространение метод центробежного моделиро-
вания, метод эквивалентных материалов, оптический метод и др. 123,
27, 28];

Натурные исследования заключаются в непосредственном измере-
нии горного давления в подземных выработках. При этом можно полу-
чить достаточно близкую к действительности его величину, отражаю-
щую влияние всей совокупности как геологических, так н производст-
венных условий.

В 1965 г. кафедрой «Мосты н тоннели» НИИЖТа было произведено
инженерно-геологическое обследование одного из строящихся тонне-
лей в южном районе страны с целью уточнения коэффициентов крепо-
сти породы.

Тоннель залегал в известняках (/ = 10 и / = 15) и каранкулитах
(/=7).

Исходные коэффициенты крепости, указанные в скобках, для каж-
дого тоннельного участка, предварительно назначались по таблице
проф. М. М. Протодьяконова в соответствии с данными геологических
изысканий.

Затем с целью контроля были выполнены дополнительные исследо-
вания, а именно: испытание образцов пород на одноосное сжатие и на-
турные измерения напряжений в верхняках штольневой крепи тензо-
метром системы Д. Д. Головачева.

В результате были получены новые коэффициенты крепости пород
Д и Д. Первый из них (Д), характеризующий сопротивление пород раз-
40
рушению, предназначался для определения объема и трудоемкости
буро-взрывных работ.

Второй (/2), объективно отражающий неоднородность пород, усло-
вия их залегания, трещиноватость, обводненность и пр., служил для
определения величины горного давления на тоннельную обделку
(табл. П.6).

Таблица П.6

Геологические характеристики горных пород на участках
проектируемого тоннеля

Протяженность Ц участков, м	Д	Горные породы	Исходный коэф- фициент кре- пости 1	Г оологические условия				Расчетные коэффициенты крепости	
			Формы залегания подсекаемых пластов	Угол паде- ния а. град	Угол подхо- да трассы к линии прости- рання, град	Трещино- ватость ио  НеЛштадт, %		
							для буре- ния  1 - Р 100	для горно- го дли- ленпл  /з
274	Известняк мрамо- рпзованный крепкий среднетрещнноватып	15	Монокли- наль	70—80	37	10	14	9
378	Известняк доломито- вый крепкий. силыю- трещпноватый	15		70—80	37	20	14	6
60	Известняк средней крепости весьма спль- нотрещиноватый	10	Слабона- клонные пласты	6-8	2—3	Более 20	12	6
56	Каранкулиты	6		6—8	2—3	20	5	3

Размягчаемость породы характеризуется отношением предела проч-
ности на сжатие образца, насыщенного водой к прочности воздушно-
сухого. Соответственно снижению или неизменяемости прочностных
характеристик водонасыщенной породы указанное отношение будет
меньше или равно единице.

Размягчаемость горной породы зависит от ее пористости, прочно-
сти цементирующего вещества и минералогического состава. Особенно
сильному размягчению подвержены глинистые породы (мергель, мер-
гелистые известняки, глинистые сланцы и песчаники с глинистым це-
ментом). Кристаллические породы отличаются устойчивостью против
размягчаемости н для них отношение в редких случаях бывает меньше
0,9. Размягчаемость является признаком низкой сопротивляемости
выветриванию и малой морозостойкости.

Растворимость и гидростойкость характеризуют степень податли-
вости скальных пород растворению в воде. Растворимость оказывает
непосредственное влияние на устойчивость как самого массива, так
н тоннеля, расположенного в его пределах. В гидронестойких породах
возможно образование каверн и пустот по трассе тоннеля, следствием
которых явится разрушение обделки н провалы отдельных ее звеньев.

От степени выветрнваемости пород зависит решение вопроса о воз-
можности замены рабочей обделки облицовочным слоем незначитель-
ной толщины.
Слоистость пород выражается в залегании их отдельными пласта-
ми небольшой мощности. Она понижает устойчивость горного масива,
особенно при наличии на контактах пород прослоек из гидронестой-
кого материала.

Массив, сложенный скальными породами, не представляет собой
единого монолита. Он разбит системами природных трещин на отдель-
ные блоки, различные по объему и геометрическим размерам. Пока
породный массив не нарушен подземной выработкой, слагающие его
составные части находятся в равновесии. После проходки выработки
в зоне ее влияния происходит перераспределение напряжений, часто
вызывающее перемещения в окружающих породах, расслоение их
и выпадение отдельных глыб. Поэтому кубиковая прочность породы,
полученная в лаборатории, далеко не характеризует общую прочность
горного массива. Его прочность и устойчивость характеризуются сово-
купностью инженерно-геологических признаков (морфологических,
стратиграфических, тектонических и др.), в число которых входят
и физико-механические свойства пород.

Тоннельная выработка является искусственным дренажем. Коли-
чество воды, поступающей в ее пределы, зависит от площади попереч-
ного сечения выработки, коэффициента фильтрации пород и мощно-
сти источника обводнения.

Интенсивный приток воды требует усиленного водоотлива с устрой-
ством водоотводных лотков, водоприемных колодцев и применением
насосов на участках с подъемом к порталу. Это осложняет производст-
во работ и снижает темпы постройки тоннеля.

Увеличение скорости подземного потока в связи с наличием дрена-
жа является причиной вымывания, выщелачивания и насыщения пород
водой, что способствует возрастанию горного давления и ухудшению
условий безопасности работ.

Для строительства подземных сооружений наибольшее значение
имеют подземные воды регионального и локального распространения,
залегающие в изверженных и осадочных породах. К ним относятся
грунтовые воды зон открытой трещиноватости, воды водоносных се-
рий п свит, напорные воды погребенных зон открытой трещиновато-
сти, воды зон тектонических разломов и др.

Наиболее опасными при производстве тоннельных работ являют-
ся трещино-жильные воды в зонах тектонических нарушений. Этот
вид подземных вод образует вытянутые водоносные полости, к кото-
рым приурочены мощные подземные потоки. Они в большинстве слу-
чаев являются одним из основных источников обводнения подземных
выработок и причиной внезапных прорывов.

Не меньшую опасность представляют трещинно-карстовые и карсто-
вые воды. Последние в больших количествах скапливаются в пустотах
замкнутого типа. Движение карстовых вод из одной полости в другую
осуществляется по гидравлически связанной между собой системе тре-
щин [45].

При строительстве тоннелей особенно опасны и разрушительны про-
рывы в выработку подземных вод н плывуна. Известен случай затопле-
ния тоннеля при подсечении водоносного пласта, необнаруженного
42
Рис. (1.11. Подсечение водоносного
пласта, необнаруженного в про-
цессе изысканий:

/ — горное озеро; 2 — песчаная про-
слойка; 3 — сооружаемый тоннель

Рис. 11.12. Подсечение пыработк
рыхлых водонасыщенных отложений:
/ — сооружаемый тоннель; 2 — иодопро-
нпцаемые породы: 3 — горная река
2 класса; Л, — глубина отложений но
прогнозу экспертизы: йг — действитель-
ная глубина рыхлой толщи (случай из
зарубежной практики)

в процессе изысканий (рис. 11.11), когда уровень воды в водоеме пони-
зился на 5 м, или случай, вызвавший аварию из-за неточного опреде-
ления уровня водонасыщенных отложений (рис. 11.12).

Кроме механического воздействия (размывы, переувлажнение, вы-
нос мельчайших частиц и пр.), подземные воды вызывают химическое
растворение гидронестойких пород с изменением их структуры и со-
стояния (табл. 11.7). Выщелачивание таких горных пород связано
с образованием карстовых пустот (каналов, пещер, галерей) н часто
сопровождается провалами, оседанием кровли и большим скоплением
воды.

К гндронестойким или растворимым породам относятся гипсы, ан-
гидриты, доломиты, известняки, каменная соль и др. (см. табл. 11.7).
Степень растворимости указанных пород зависит от химического со-
става подземных вод. Так, например, воды, содержащие свободную
углекислоту в пределах от 40 до 150 мг/л, оказывают разрушающее
воздействие на известняки и доломиты, но совершенно не влияют иа

растворимость гипсов и ангидри-
тов. Соли соляной кислоты в силь-
ной степени повышают раствори-
мость гипса.

В закарстованных породах воз-
можно внезапное разрушение об-
делки тоннеля и провалы отдель-
ных ее звеньев (рис. 11.13).

Интенсивное обводнение рыхлых
и, в частности, глинистых пород
вызывает горное давление катаст-
рофических размеров. Происходит
разжижение пород в кровле, осо-
бенно при заложении тоннеля на
небольшой глубине. В сухое время

Рис. 11.13. Опасное расположение тон-
неля в зоне карста:

I — обделка тоннеля; 2 — карстовая по-
лость, заполненная водой
Т а б л и ц а П.7'

Геотехническая классификация горных пород

Класс	1  Скальные породы		Полускальные породы (с пониженной прочностью)		
Группы	Гидростой- кие (нераст- воримые)	Гндроие- стонкпе (раствори- мые)	Гидростой- кие (нераст- воримые)	Простые гндронестой- кие (раст- воримые)	Сцементи- рованные гпдронестой- кне (раст- воримые)
Породы	Гранит Диабаз Порфирит Базальт  Гнейс Кварцит Кремнистый сланец	Плотный массивный известняк Доломит	Вулканический туф. Выветрив- шиеся скалис- тые породы первой группы I класса.  Песчаник с гидростойкнм цементом	Гипс Ангидрит Каменная соль Выветрив- шиеся поро- ды второй группы I класса	Известковый песчаник Гипсоносиый (Конгломерат
Механич. прочность	Весьма значительная (более 500 кГ!см-)		Пониженная (в пределах от 50 до 500 кГ/см*)		
Компресс, способп. (сжимаемость)	Практически отсутствует		Практически отсутствует		
Фильтрация	По трещи- нам	По трещинам и пустотам	По трещинам и пустотам	По трещи- нам, каналам н пустотам	По трещинам и порам

Продолжение табл. 11.7

Класс	111 Сыпучие, породы (без сцепления)		IV Глинистые (связные породы)		Сильно сжи- маемые породы
Г руппы	Гидростон- кие (нераст- воримые)	Гндронестой- кие (раст- воримые)	Гидростонкне (слаборазмягча- ющиеся в воде)	Г ндронестоП- кпе (размяг- чающиеся в поде)	
Породы	Гравий Галька Щебень магматичес- ких пород Кварцевый песок	Известковый щебень Доломито- вый песок Гипсовый песок	Глинистый сланец Опоковндная (кремнистая глина) Плотный мер- гель	Обычная глнна  Суглинок Лёсс	Торф Чернозем Ил
Механич. прочность	Обусловливается трением		Изменяется в очень широ- ких пределах		Низкая
Компресс, способн. (сжимае- мость)	Относительно невысока под статической нагруз- кой; при сотрясении за счет уплотнения может быть очень велкка		Изменяется в очень широ- ких пределах: может достигать очень высоких значений		Очень высокая
Фильтрация	По порам		Практически водонепро- ницаемы		Обусловлена природными свойствами пород
года под влиянием проходки
глина высыхает и становится
сильнотрещиноватой. В период
осенних дождей трещины запол-
няются водой, грунт разжи-
жается и становится склонным
к оплыванию.

Во время постройки Стем-
плонского тоннеля длиной 500 м
на железнодорожной линии Бри-
столь—Глочестер (Англия) гор-
ное давление было незначитель-
ным. Тоннелем прорезались
углистые мергели каменноуголь-
ной формации, мощность покро-
ва которых была ие более 12 м.
Вследствие затяжных ливней
давление стало интенсивно воз-
растать, на поверхности обра-
зовалась мульда и часть тон-
неля обрушилась. По тем же
причинам произошло разруше-
ние Альтенбергского тоннеля.

Другим характерным свойст-
вом некоторых глин является

пучение. Увлажнение их сопровождается увеличением объема и раз-
витием давления на обделку не только сверху вниз, но и снизу вверх.
Пересечение тоннелем пласта пучинящих глин сопряжено с необра-
тимыми деформациями обделки вплоть до ее полного разрушения.
На этих участках обделка проектируется расчлененной осадочными
швами на отдельные звенья (рис. 11.14).

Подземные воды оказывают влияние и на условия эксплуатации
тоннеля. Минерализованная вода постепенно разрушает бетонную клад-
ку обделки тоннеля. Практикой зафиксированы случаи полного раз-
рушения обделки грунтовой водой в течение полутора-двух лет после
постройки, особенно при расположении тоннелей в породах, содер-
жащих гипсы и ангидриты, и при обделке из бетона на портланд-
цементе.

Оценка качества воды по отношению к бетону производится по нор-
мам и техническим условиям.

В суровых климатических условиях подземная вода в зимний пери-
од времени является причиной образования наледей в балластном слое,
на верхнем строении пути и на поверхности обделки.

Постройка тоннелей на больших глубинах связана с высокими тем-
пературами внутри горного массива. Высокая температура и повышен-
ная влажность неблагоприятно сказываются на физическом состоя-
нии и производительности труда рабочих н требуют специальных
мероприятий по охлаждению выработки (усиленная вентиляция, оро-
сительные и холодильные установки и пр.).
Кроме того, значительная разница между высокой температурой
пород и температурой воздуха в тоннеле, особенно в суровых климати-
ческих условиях, ухудшает работу обделки, вызывая в ее сечениях
дополнительные напряжения. Поэтому температурный прогноз по
трассе будущего тоннеля имеет большое значение, как для производст-
ва работ, так и для эксплуатации тоннеля.

Прн подземных работах часто встречаются природные газы, вы-
деляющиеся из недр земли: углекислый газ, рудничный газ или метан,
сероводород, азот и др.

Подземные выработки, в которых обнаружен метан и другие вред-
ные газы, должны переводиться на газовый режим в соответствии
с «Правилами безопасности в угольных н сланцевых шахтах». Кроме
этого, в подобных выработках должна осуществляться ннхенспвная
искусственная вентиляци я.
Глава III 	_	_________

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ
ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ

§ 9.	Технико-экономическая целесообразность
и эффективность строительства
транспортных тоннелей

Транспортные тоннели в большинстве случаев представляют собой
сложные и дорогие комплексы инженерных конструкций и эксплуата-
ционного оборудования, относящиеся к первому классу сооружений.

Основной смысл постройки многих горных тоннелей заключается
в замене обхода высотного препятствия его непосредственным преодо-
лением, что расширяет возможности трассирования пути сообщения
в трудных условиях. Прорезая насквозь горы и возвышенности, тонне-
ли сокращают длину линий и количество создаваемых на них искусст-
венных сооружений, позволяют снизить величину наибольших укло-
нов.

С другой стороны, преодоление с помощью тоннеля контурных пре-
пятствий в горной местности (участки оползней, осыпей, селей, снеж-
ных лавин и заносов), а также постройка тоннелей для развития трас-
сы обеспечивают полную стабильность пути и безопасность движения,
а в случае петлевых и спиральных тоннелей — необходимое удлинение
линии для набора высоты при принятом максимальном уклоне.

Подводио-тоннельные транспортные переходы сооружаются, как
правило, на пересечениях интенсивно эксплуатируемой сухопутной
дорогой водного пути, требующего большой высоты подмостового судо-
ходного габарита. В настоящее время подводные тоннели стали успеш-
но конкурировать с мостами, в сравнении с которыми они наилучшим
образом обеспечивают непрерывность и безопасность обоих видов
транспорта. В определенных условиях подобные тоннели приобрета-
ют ряд дополнительных, иногда очень существенных преимуществ пе-
ред мостами (подробнее см. [4]).

Городские транспортные тоннели служат в основном для развязки .
в разных уровнях пересечений уличных магистралей. В последние го-
ды их стали строить также в целях освобождения наиболее важных
городских проездов от интенсивного автомобильного или железно-
дорожного движения.

Несмотря на относительно высокую стоимость транспортных тон-
нелей, их число в наших городах быстро увеличивается. Немало этих
сооружений и за рубежом — в Будапеште. Варшаве, Брюсселе, Пари-
же, Лондоне, Нью-Йорке и других городах. Окупаются они, как пра-
вило, за короткий срок — 4—5 лет.

Постройка в городах транспортных и пешеходных тоннелей всех ти-
пов способствует обеспечению высоких скоростей движения транспор-
та и безопасности пешеходов и, кроме того, улучшает санитарно-гигие-
нические условия на улицах — уменьшает городской шум и загрязне-
ние воздуха выхлопными газами.

Необходимость постройки некоторых тоннелей, особенно входящих
в состав магистральных путей сообщения, может не вызывать сомне-
ния. -Требуется лишь обосновать их как наиболее рациональный тип
искусственного сооружения и уточнить основную схему, способы
производства работ, конструктивные особенности, а также другие мно-
гочисленные проектные параметры. Для этого используется методика
технико-экономического сравнения вариантов (см. § 10).

Но иногда тоннель имеет преимущественно самостоятельное зна-
чение как транспортный объект. Это может быть, например, крупный
подводно-тоннельный переход в городских условиях, параллельный
тоннель, сооружаемый для увеличения пропускной способности, от-
дельный тоннель для развязки в разных уровнях транспортного пере-
сечения на магистрали н т. п. В подобных условиях первым вопросом
н начальной стадией проектирования рассматриваемых сооружений
становится технико-экономическое обоснование (ТЭО) целесообразно-
сти их постройки.

Важнейшей составной частью ТЭО является определение экономи-
ческого эффекта, получаемого от капитальных вложений в строитель-
ство данного тоннеля. Эта характеристика сооружения безусловно
должна быть отнесена к главнейшим нз числа закладываемых в осно-
ву разработки и оценки всего проекта.

Соответственно тому, что общими критериями экономической эф-
фективности капитальных вложений в народное хозяйство являются
рост производительности общественного труда и снижение стоимости
строительства, при постройке тоннелей экономический эффект находит
выражение прежде всего в сокращении потерь времени и в уменьше-
нии затрат, связанных с перевозками грузов н пассажиров.

Методика ориентировочной проверки экономической эффективно-
сти капитальных вложений в тоннельный объект поясняется на приме-
ре устройства подземного пересечения в разных уровнях уличных ма-
гистралей [20].

Строительство такого тоннеля можно считать экономически целе-
сообразным при выполнении условия

2«>к[-+—1+3.	<ш.1>

\ Тс 1001	'

где 2п — суммарные годовые экономические потери вследствие задер-
жек транспорта на регулируемом пересечении, руб./год;

К — сметная стоимость сооружения, руб;

Тс — ориентировочный срок службы сооружения, лет;

А — ежегодные амортизационные отчисления, % в год;

3 — годовые эксплуатационные расходы за вычетом стоимости
эксплуатации обычного пересечения, руб./год.

Срок окупаемости Т рассматриваемого транспортного пересечения
или любого другого тоннеля принципиально может быть определен по
формуле
к

СБ—Э ’

где С— годовой выигрыш государственных средств (экономия и допол-
нительные поступления) от ввода в действие сооружения,
руб./год;

Р — коэффициент, учитывающий среднегодовой прирост размеров
движения к моменту ввода сооружения в эксплуатацию.

В других случаях расчетами экономической эффективности строи-
тельства транспортных тоннелей решаются две задачи. Во-первых,,
устанавливается размер экономического эффекта от получаемого со-
кращения затрат транспортных и других народнохозяйственных орга-
низаций, связанных с эксплуатацией будущего тоннеля (абсолютная
э(|хрективность). Во-вторых, оцениваются технико-экономические осо-
бенности и общая прогрессивность рассматриваемого варианта в сопо-
ставлении с другими конкурентоспособными решениями с целью вы-
бора наиболее целесообразного из них (сравнительная эффективность).

Применяемая в расчетах экономической эффективности система
показателей складывается нз двух групп: основные показатели, ока-
зывающие решающее влияние на выводы о типе сооружения и сроке
его постройки, н дополнительные показатели, позволяющие дать все-
стороннюю оценку объекта и внедряемых на нем мероприятий.

К основным показателям, учитываемым при оценке эффективности,,
достигаемой в процессе строительства, относятся: себестоимость строи-
тельно-монтажных работ; капитальные вложения, связанные с внедре-
нием новой техники (прогрессивных конструкций или технологии,
строительства); производительность труда (или трудоемкость) на
строительно-монтажных работах; продолжительность строительства.

Эффективность, получаемая в процессе эксплуатации построенных
тоннельных сооружений, оценивается основными показателями еже-
годных затрат на нх эксплуатацию и основными показателями сроков
ввода сооружении в эксплуатацию.

Основные показатели определяются в действующих системах цен,,
нормативов, учета и отчетности. Они должны быть тесно связаны с пла-
новыми показателями и обеспечивать возможность их соизмерения
[10,11].

Характер дополнительных показателей можно установить, детали-
зируя многообразные формы, в которых выражается экономическая
эффективность строительства тоннельного объекта. Если рассматри-
вать процесс будущей эксплуатации сооружения, то к ним следует
прежде всего отнести: улучшение условий движения транспорта и пеше-
ходов, определяющее возможность повышения скоростей сообщения
и снижения эксплуатационных расходов, что, в конечном счете, обе-
спечивает снижение себестоимости перевозок; прирост продукции
связанных с данным тоннелем предприятий; ускорение оборачиваемо-
сти оборотных средств.

Кроме того, необходимо учитывать характер и степень проявления
экономической эффективности в период строительства объекта: сни-
жение сметной стоимости объекта и себестоимости строительно-монтаж-
пых работ; повышение производительности труда; экономию материа-
лов; эффективность использования новой техники и индустриальных
методов; сокращение продолжительности строительства и размера не-
завершенных капитальных вложений.

В ходе расчетов технико-экономической эффективности проекти-
руемого тоннеля определяется также выгодное время его строительст-
ва, т. е. сроки наступления такого периода, когда капиталовложения
в данный комплекс сооружений уже не будут преждевременными и,
наоборот, пока народное хозяйство еще не несет заметных потерь из-за
его отсутствия 169].

§ 10. Технико-экономическое сравнение
вариантов

Основные принципы. Как отмечалось в § 9, прежде всего требуется
обосновать выбор тоннельного способа преодоления высотного или
контурного препятствия на трассе дороги. Это делается иа основе тех-
нико-экономического сравнения вариантов разнотипных сооружений,
например, тоннель — глубокая выемка — обход, пли подводный
тоннель — мост — паромная переправа, или, наконец, транспортный
городской тоннель — иадуличная эстакада — регулируемое пересе-
чение в одном уровне.

После того как будут установлены принципиальные преимущества
тоннеля, разрабатываются его возможные варианты и из них отбирает-
ся группа наиболее коикурентноспособных вариантов, подвергаемых
дальнейшему технико-экономическому анализу с целью выбора опти-
мального решения.

На первом этапе сравнения вариантов во многих случаях приходит-
ся сопоставлять не только и ие столько непосредственно проектируе-
мые тоннельные сооружения, а включающие их участки пути сообще-
ния. Это положение особенно характерно для подводно-тоннельных
переходов через водные преграды и для горных перевальных тоннелей.

Трассирование дороги в горных условиях ведется, как правило,
по долинам рек. Переход же из одной долины в другую требует преодо-
ления водораздельного хребта. Появляется необходимость постройки
перевальных тоннелей, позволяющих снизить суммарные преодоле-
ваемые высоты, сократить протяженность ходов по крутым склонам
и уменьшить общую длину данного участка дороги.

Возникает вопрос о высотном положении перевального тоннеля.
Понижение отметок его порталов сокращает протяженность участков,
прокладываемых по склонам. Соответственно уменьшается объем ра-
бот по возведению земляного полотна и искусственных сооружений.
Однако длина тоннеля при этом значительно возрастает (рис. III. 1).

Не меньшее значение имеет вариантный выбор проектной отметки
для подводных и городских тоннелей. И в этом случае высотное поло-
жение отражается не только на длине н стоимости самого тоннеля, ио
еще больше на аналогичных параметрах подходных участков. Напри-
мер, при уклоне пандусов 4% повышение отметок заложения тоннеля
50
всего лишь на 1 м уменьшает общую длину подходов на 50 .и. Подобное
сокращение длины самых глубоких частей обеих рамп тем более важ-
но, что единичная стоимость (1 //) этих железобетонных конструкций,
состоящих обычно из двух подпорных стен, жестко защемленных в мощ-
ную плиту основания, снижается по мере уменьшения глубины прибли-
зительно в квадратичной зависимости. Если требуются перекладки
сетей подземных коммуникаций, пролегающих вблизи трассы тоннель-
ного перехода, то стоимость этих работ, вообще сложных, трудоемких,
н очень дорогих, тоже соответственно сокращается.

Следует еще заметить, что уменьшение заглубления тоннеля может
снизить величину действующих нагрузок от веса породы и гидростати-
ческого давления, а значит облегчить тоннельные конструкции и вре-
менные крепи. Кроме того, упрощаются технологические процессы
производства работ, что особенно заметно при неблагоприятных инже-
нерно-геологических н гидрогеологических условиях, и облегчается
водоотвод как во время постройки,так и при последующей эксплуата-
ции сооружения.

В результате можно получить дополнительное снижение стоимости
сооружения и сокращение сроков его постройки, а как следствие —
увеличение и ускорение отдачи иа сделанные капиталовложения. Если
тоннель сооружается на существующей магистрали, то одновременно-
достигается сокращение периодов ограничения движения в реконструи-
руемой зоне и соответствующих народнохозяйственных потерь. Дейст-
вуя в одном направлении, перечисленные факторы способны дать очень,
существенный технико-экономический эффект.

Бывает, что протяженность ходов по крутым склонам и соответству-
ющие объемы работ увеличиваются приблизительно пропорциональна
сокращению длины тоннеля (рис. 111.2). В таком случае, стоимость
строительства рассматриваемого участка дороги по одним вариантам
меньше за счет укорочения перевального тоннеля, по другим — за счет
сокращения насыщенных искусственными сооружениями косогорных

Рис. 111.1. Продольные профили вариантов пересчеты водораздельного
хребта:

/ — без тоннеля, с неревалыюП выемкоП; 5 — с вершнпным тоннелем; 3 — с подош-
венным тоннелем
участков трассы. В результате эта стоимость сохраняется приблизи-
тельно одинаковой для всех вариантов высотного расположения тонне*
ля и оптимальным становится вариант с наименьшими эксплуатацион-
ными расходами, соответствующий пересечению горного хребта вбли-
зи его подошвы — подошвенный (илн базисный) тоннель. Подобные
условия встретились в последние годы при строительстве ряда желез-
нодорожных линий в СССР, для которых поэтому были приняты по-
дошвенные тоннели.

Иногда, наоборот, разные варианты имеют приблизительно одина-
ковые эксплуатационные расходы, но требуют различных капитало-
вложений. При этом оценка варианта, например, подводного тоннеля
в экономическом отношении тоже определенна и элементарно проста.

Однако более общим случаем является тот, когда меняются оба
основные вида затрат — стоимость строительства и эксплуатацион-
ные расходы. Тогда технико-экономическое сравнение вариантов тон-
нельного сооружения производится по специальной методике, изла-
гаемой ниже.

Методика и пример сравнения вариантов. Сравнение конкуренто-
способных вариантов как разнотипных, но преследующих единую цель
сооружений, так и сооружений одного, тоннельного, типа производится
по их основным техническим н экономическим характеристикам. Тех-
нические характеристики выражаются в основном натуральными по-
казателями, а экономические — преимущественно денежными.

Рис. 111.2. Варианты трассы на перевальном участке железной дороги:
/ — без тоннеля; 2 — с вершинным тоннелем; 3 — с подошвенным тоннелем
52
К натуральным показателям относятся: длина тоннеля, форма и ос-
новные параметры его трассы (плана и профиля), характеристики под-
ходов к сооружению, пропускная способность, эксплуатационные
условия (например, чистота воздуха, освещение, шумопоглощение),
степень механизации и индустриализации строительных работ, сроки
и условия их производства, виды и расход материалов, производитель-
ность и затраты труда, архитектурно-градостроительные особенности
и пр.

Некоторые натуральные показатели не приводятся к соизмеримому
виду, что затрудняет их количественное сопоставление. Другим —
вообще не может быть придано числовое выражение и приходится огра-
ничиваться их качественной оценкой, например по методу «да, нет», или
по балльной (пять или десять баллов) системе. Ввиду этого большое
значение приобретает умение выделить небольшую группу самых
важных сопоставимых натуральных показателей, по которым сравни-
ваемые варианты различаются наиболее существенно. Для тоннелей
такими показателями могут быть прежде всего длина сооружения,
глубина его заложения, способ производства работ и типы кон-
струкций.

Значение натуральных показателей особенно возрастает при совпа-
дении или близости денежных показателей по вариантам.

К денежным показателям относятся: общие затраты (капиталовло-
жения) на строительство тоннеля и монтаж оборудования с учетом рас-
ходов на приобретение последнего; эксплуатационные расходы. При
определении стоимости постройки тоннеля в целях сравнения его ва-
риантов следует добавлять к непосредственным вложениям в строящий-
ся объект так называемые сопутствующие и сопряженные капитало-
вложения.

Сопутствующие вложения это необходимые дополнительные затра-
ты, например, на развитие или переустройство прилегающей сети пу-
тей сообщения, на устройство транспортных развязок в разных уров-
нях перед входами в тоннель, на решение связанных с новым тоннелем
градостроительных задач и т. п. К сопряженным вложениям относятся
средства, направляемые в смежные отрасли народного хозяйства, для
обеспечения постройки и эксплуатации тоннеля оборудованием, энер-
гией и материалами, а также затраты по благоустройству в необжи-
тых районах и по созданию нормальных условий для обслуживающего
персонала.

Эксплуатационные расходы складываются из стоимости текущего
содержания и обслуживания тоннеля (заработной платы персонала,
стоимости энергии н пр.), затрат на ремонтные работы и амортизацион-
ных отчислений. Помимо этого в соответствии с известными решения-
ми партии и правительства (сентябрьского Пленума ЦК КПСС 1965 г.
и последующих) необходимо включать в эксплуатационные расходы
плату за капиталовложения (основные фонды) в строительство данно-
го объекта. Указанная плата может пока (до уточнения ее соответст-
вующими органами) приниматься ориентировочно в размере 4—6%
в год от стоимости строительства сооружений. Следует учитывать так-
же сопутствующие эксплуатационные расходы (точнее, нх изменение
в ту нлп другую сторону) по тем отраслям народного хозяйства, на ко-
торые новый тоннель оказывает непосредственное влияние, например,
сокращение расходов транспорта в связи с уменьшением перепробегов
и простоев.

Эксплуатационные расходы подсчитываются на соответствующие
годы эксплуатации тоннеля с учетом его технической оснащенности,
ожидаемого пропуска транспортных средств и общей организации дви-
жения (имеется в виду, например, предусмотренное на перспективу
расширение использования средств автоматизации управления и кон-
троля движения по тоннелю). Определение эксплуатационных расхо-
дов в целях сравнения вариантов допустимо ограничить только тем»
группами затрат, которые различаются по вариантам.

При экономическом сопоставлении различных вариантов тоннеля
и при сравнении тоннельного варианта с другими типами сооружений,
служащих для преодоления высотных или контурных препятствий,
требуется провести комплексный анализ строительных и эксплуата-
ционных расходов. Сравнение вариантов только по стоимости строи-
тельства может быть допущено лишь в отдельных случаях, когда для
сопоставляемых решений эксплуатационные расходы (без амортиза-
ционных отчислений) получаются приблизительно одинаковыми. Окон-
чательный выбор варианта при этом делается с учетом результатов ана-
лиза натуральных эксплуатационных показателей.

В первом приближении экономическое сопоставление рассматри-
ваемых вариантов может быть выполнено следующим образом.

При двух вариантах с одновременными (одноэтапнымн) капитало-
вложениями и постоянными эксплуатационными расходами оно про-
изводится по расчетному сроку окупаемости дополнительных капиталь-
ных вложений в вариант, более дорогой по стоимости строительства.
Этот срок Т, обычно измеряемый годами, показывает, за какой пери-
од увеличение капитальных вложений окупится получаемой экономи-
ей на эксплуатационных расходах.

Расчетный срок окупаемости определяется по формуле

(П1.3)

Э2.—Э1

гдеЛ^и/С— капитальные вложения по вариантам, руб.;

Э1 и Э„ — соответствующие эксплуатационные расходы, руб./год.

Обратная сроку окупаемости величина

Е =	,	(1П.4)

Т ^-Кг

называемая коэффициентом эффективности капиталовложений, также
может быть использована для сравнительной экономической характе-
ристики вариантов.

Если полученный расчетный срок окупаемости Т меньше установ-
ленного нормативного Т„, экономически эффективным считается ва-
риант с большими капиталовложениями, обеспечивающими меньшие
эксплуатационные затраты.
Нормативный срок окупаемости Т„ для новых линий и сооруже-
ний с длительными сроками эксплуатации рекомендуется принимать
равным 10 годам1.

Ниже о качестве примера приведена таблица, в которой сопоставлены ос-
новные технико-экономические показатели двух вариантов реального автотранс-
портного перехода через неширокую, но глубокую водную преграду с интенсив-
ным движением крупнотоннажных судов, имеющих очень высокие надводные га-
бариты.

Сравнение вариантов транспортного перехода через водоток
(для двух полосного автодвижения)

Показатели	Разводной мост	Подводный тоннель
Полная длина перехода, .ч	 ...	1100	860
Преодолеваемая транспортом высота, м Продольные уклоны. %.	19	22
на переходе .	5	7
на подходах 	 	  Перерывы сухопутного движения в течение суток:	о	4
количество 		До 20	Нет
общая продолжительность, ч	До 7	—
Стоимость строительства, тыс. руб	  Эксплуатационные расходы, тыс- руб. в год:	6 810	7090
основные ....	...	300	306
сопутствующие1 ....  Срок окупаемости, лет:  основных капиталовложений (абсолютная эффек-	47	—
тнвность) 	  дополнительных капиталовложений в тоннельный	8	7,9
вариант (сравнительная эффективность)	—	6,8

1 Имеются в виду потерн государственных средств из-за перерывов сухопутного дви-
жения н создаваемых помех судоходству.

Один из вариантов предполагает сооружение разводного моста с двухру-
кавным поворотным пролетным строением, целиком перекрывающим зеркало
водотока шириной свыше 100 м, и с железобетонными подходными эстакадами
высотой до 20 м.

Другой вариант предусматривает строительство подводного тоннеля спосо-
бом погружения готовых секций в русловой части и открытым способом, в котло-
ванах с металлическим шпунтовым ограждением, на береговых участках.

Срок окупаемости капитальных вложении для обоих вариантов (абсолют-
ная эффективность) определен экономическим сопоставлением их с существующей
паромной переправой, на эксплуатацию которой расходуется 907 тыс. руб. в год
и требуются единовременные капитальные затраты на ее реконструкцию в сум-
ме 2330 тыс. руб.

В рассматриваемом примере абсолютные показатели эффективности—сроки
окупаемости и-коэффициенты эффективности основных капитальных вложений—
настолько близки по обоим вариантам, что не могут служить основанием к вы-
бору решения. Однако срок окупаемости дополнительных капиталовложений в

1 Методика определения экономической эффективности капитальных вло-
жений и новой техники на железнодорожном транспорте. М., Трансжелдориздат,
1963.
тоннельный вариант, подсчитанный с учетом как основных, так н сопутствующих
эксплуатационных расходов н составляющий 6,8 года убедительно говорит о
более высокой сравнительной эффективности варианта подводного тоннеля.

Сопоставление технических данных также показывает, что тоннельное реше-
ние заслуживает предпочтения перед мостовым. Существенным доводом в поль-
зу подводного тоннеля является, в частности, то, что его эксплуатация практи-
чески не связана с судоходством по водотоку. В то же время, частая разводка
моста, в среднем до 20 раз в сутки, каждый раз должна сопровождаться переры-
вом сухопутного движения по переходу на 20—25 мин.

В случаях когда требуется сравнить три и более варианта, можно;
провести попарное сравнение их по сроку окупаемости. Однако более
точным следует считать метод сравнения по минимуму суммы приве-
денных строительных и эксплуатационных расходов.

В этом методе единовременные капитальные вложения приводятся
к виду, сопоставимому с эксплуатационными расходами делением на
нормативный срок окупаемости (или умножением на нормативный ко-
эффициент эффективности	Сумма приведенных затрат па

1-му варианту

^ = 3, + ^=^-!-^^.	(III.5)

Вариант с минимальной суммой строительных н эксплуатационных
расходов признается наилучшим по экономическим (денежным) пока-
зателям.

Рассмотренные способы сравнения рекомендуется применять при
одноэтапных, единовременных капитальных вложениях и постоянных»
не изменяющихся в течение расчетного срока эксплуатационных рас-
ходах.

Учет разновременности капиталовложений и изменения эксплуата-
ционных расходов во времени. В практике строительства тоннелей
известны случаи разновременного возведения отдельных сооружений
или частей их. Например, тоннельный переход Линкольн под р. Гудзон
(США) первоначально был построен в виде обычного тоннеля для двух-
полосного автодвижения; потом был пройден второй аналогичный
тоннель и, наконец, третий. Нередко на двухпутной железной до-
роге строят сначала тоннель под один путь, а когда возникает не-
обходимость, параллельно ему сооружают второй однопутный тоннель.
Также постепенно могут строиться и вводиться в эксплуатацию вен-
тиляционные сооружения или дополнительные подходные рампы
(городской тоннель под р. Клайд, Великобритания) и т. д. Соответст-
венно этому при сопоставлении вариантов могут встретиться такие,
в которых капитальные вложения должны осуществляться не одно-
временно, а в разные сроки — поэтапно.

Наиболее характерным примером тоннельных вариантов с разно-
временными капиталовложениями может быть упомянутый выше; пер-
вый вариант — однопутный тоннель с устройством другого подобного
тоннеля через I лет; второй вариант — постройка сразу двухпутного
тоннеля. Общие капиталовложения по первому варианту могут быть
при этом больше, чем по второму, но зато они рассредоточиваются на
два срока. Отдаленные же расходы имеют меньшую экономическую
56
значимость по сравнению с немедленной затратой полной стоимости
всего сооружения, необходимой для осуществления второго варианта.
Возникает необходимость учета отдаления затрат, определяемая сле-
дующими общими соображениями.

Если по какому-то объекту капитальные вложения К откладываются
на несколько лет, то они будут использованы для сооружения других
объектов и к концу первого года дадут экономический эффект, соответ-
ствующий нормативному коэффициенту эффективности Е„ и превра-
тятся в

К + КЕп = К(1+Еи),

(1П.6)

а к концу периода из I лет в К (1 + Е^1. Отсюда следует, что для со-
поставления с немедленно затрачиваемыми капиталами (в нулевом году)
капиталовложения, производимые через I лет, следует разделить на
коэффициент приведения затрат (1 4- Е^1.

Обратная величина (множитель)-------—- называется коэффициен-

(14-Ен)

том отдаления затрат, или, проще, коэффициентом отдаленности.

Такими же соображениями пользуются и для учета изменений во
времени эксплуатационных расходов (обычно они растут с увеличени-
ем интенсивности движения, грузооборота, мощности локомотивов
и т. д.).

Сравнение вариантов с разновременными капитальными вложения-
ми и изменяющимися по годам эксплуатационными расходами целе-
сообразно проводить, определив для каждого варианта сумму приве-
денных строительных и эксплуатационных расходов (111, 34], исполь-
зуя зависимость

(П1.7)

где /<( и Э1 — капиталовложения и эксплуатационные расходы в со-

ответствующем году /;

----------коэффициент отдаленности затрат, учитывающий умеиь-
(1 +^и) шение значимости затрат, совершаемых через I лет;

1С — год, ограничивающий период суммирования расходов
по рассматриваемым вариантам.

Наиболее эффективным считается вариант, обеспечивающий наи-
меньшее значение суммы приведенных затрат за принятый период их
суммирования /с.

Период суммирования /с устанавливается одинаковым для всех
сравниваемых вариантов и должен быть достаточно длительным, что-
бы обеспечить учет всех существенных различий вариантов как по
капиталовложениям, так и по эксплуатационным расходам. Согласно
имеющимся рекомендациям [34], при нормативном сроке окупаемости
Т„ = 10 лет для долгосрочных сооружений следует принимать (с =
= 35—40 лет. В практике проектирования этот расчетный год огра-
ннчпвается самым отдаленным годом, для которого практически-воз-
можно достоверно подсчитать эксплуатационные расходы (в настоящее
время обычно принимается 20-й год).

Зависимость (Ш.7) отражает наиболее общий случай — поэтап-
ные, разновременные капиталовложения н нелинейное изменение
эксплуатационных расходов во времени.

В случае единовременных, одиоэтапных капиталовложений при
нелинейно изменяющихся эксплуатационных расходах эта зависи-
мость имеет вид

' = 'с

/= I

э,

(Н-Е,,)'

(III.8)

В другом частном случае — при одноэтапных капиталовложениях
и линейном (или близком к нему) законе изменения эксплуатационных
расходов, сумма приведенных расходов будет

П = К + Эт„Тн,

(III.9)

гдеЭт)1 — эксплуатационные расходы по варианту, соответствующие
последнему году нормативного срока окупаемости, т. е. деся-
тому при Т„ = 10 лет.

Одним из характерных примеров сравнения вариантов является
решение вопроса о выборе высотного положения пересечения пере-
вального участка транспортной линии (см. § 11).

§ 11.	Определение оптимального высотного
положения тоннеля и мест размещения порталов

В общем случае преодоление высотного препятствия дорогой мо-
жет достигаться различными по эффективности проектными решения-
ми (рис. Ш.З).

Первый вариант представляет базисный тоннель большой длины,
расположенный на уровне Нг, с относительно малой протяженностью
подходов. Благодаря удобному расположению трассы А—В (обычно

Рис. Ш.З. Варианты высотного расположения трассы:

/ — с базисным тоннелем; 2— с промежуточным; 3— с вершинным; 3 — с открытой выем-
кой; 5, 6 н 7 — подходы к тоннелям; в — подходы к выемке
прямая в плане и минимальные уклоны в профиле) этим вариантом
обеспечиваются облегченные условия эксплуатации и, следовательно,
низкие эксплуатационные расходы за счет высокой стоимости строи-
тельства (Кг) тоннеля.

Вторым вариантом предполагается пересечь горный массив откры-
той перевальной выемкой на отметке Ил посредством искусственного
развития линии с кривыми вставками и максимальными допустимыми
уклонами. В большинстве случаев стоимость строительства К2 объек-
та будет ниже по сравнению с первым, но протяженность подходов
А8—8В может превзойти в несколько раз кратчайшее расстояние меж-
ду пунктами А и В и вызвать весьма высокие эксплуатационные рас-
ходы из-за необходимости резкого снижения весовой нормы поездов
и скорости движения.

Очевидно, всегда могут быть и другие решения тоннельного пере-
сечения с промежуточным высотным положением, например, на уров-
нях Н. и Ня.

Варьируя длиной тоннеля с учетом протяженности подходов и срав-
нивая между собой варианты проектных решений по методике, изло-
женной в § 10, в каждом конкретном случае можно выявить оптималь-
ную высоту Но расположения тоннеля, при которой наибольшая эф-
фективность варианта характеризуется минимальной суммой приведен-
ных строительных и эксплуатационных расходов.

Оптимальная высота расположения железнодорожных и автодо-
рожных тоннелей не совпадает из-за различных норм допускаемых про-
дольных уклонов. Основным критерием первых обычно служит задан-
ная пропускная способность горного участка, диктующая возведение
тоннелей на более низких отметках, что достигается за счет увеличе-
ния капиталовложений. Автодорожные тоннели располагаются, как
правило, на более высоком уровне ввиду меньшего влияния уклонов
на провозную способность транспорта. Поэтому они отличаются боль-
шей экономичностью по капитальным вложениям.

Топографические условия горных районов характеризуются боль-
шим разнообразием высотных препятствий, к преодолению каждого
их которых необходим индивидуальный творческий подход и привле-
чение данных практики изысканий и проектирования тоннелей.

Особую группу представляют мысовые и косогорные тоннели, воз-
водимые вместо открытой линии, проходящей в полувыемках с неустой-
чивыми откосами. Высотное положение таких тоннелей обычно опре-
деляется продольным профилем открытой трассы.

Петлевые и спиральные тоннели, применяемые при искусственном
развитии линии, в основном возводятся на подходах к главному пере-
вальному тоннелю для сокращения длины последнего. Высота их рас-
положения диктуется условиями рельефа.

Сооружение горных тоннелей связано с необходимостью разработ-
ки подходных припортальных выемок, глубина и протяженность кото-
рых обусловлены конфигурацией массива и его геологическим строе-
нием.

Подходная выемка не является элементом тоннеля, но составляет
одну из ответственных частей тоннельного пересечения в целом, так
Рис. И 1.4. Схема зависимости длины тоннеля
от глубины подходной выемки:

I — тоннель; 2 — подходная выемка

как от ее глубины и заложе-
ния лобового откоса зависят
прочность н устойчивость
портала и связанного с ним
припортального звена обдел-
ки. Кроме того, ее глубина Нв
оказывает непосредственное
влияние иа установление
окончательной длины тон-
неля Ь (рис. Ш.4).

В основу методики опре-
деления наивыгоднейшей глу-
бины подходной выемкн при

проектировании прежде всего закладывается экономический признак,
предусматривающий равенство стоимостей 1 м выемки и 1 м тон-
неля. На первый взгляд, такая экономическая зависимость представ-
ляется достаточно убедительной. Однако при ее использовании часто

получаются противоречивые результаты.

По существующим формулам ([24, 391 рациональная глубина пред-
портальной выемки Нв получает большее значение для мягких пород
и меньшее — для скальных из-за высокой стоимости разработки креп-
ких пород по сравнению со слабыми.

По данным строительной практики, наоборот, скальные породы по
условиям устойчивости откосов допускают разработку более глубоких
выемок, чем слабые, что естественно и сомнений не вызывает. По-ви-
димому, упомянутый экономический принцип недостаточно правоме-
рен для решения поставленной задачи, так как не согласуется с опы-
том практики.

Опыт строительства горных тоннелей линии Абакан—Тайшет так-
же свидетельствует- о том, что в слабых .породах принятая глубина
предпортальных выемок примерно в 1,5—2 раза меньше, чем в скаль-
ных. Аналогичное положение наблюдается на большинстве других
объектов как в нашей стране, так и за рубежом.

При проектировании этих тоннелей за доминирующий признак
определения рациональной глубины предпортальных выемок принима-
лись не экономические показатели, а инженерно-геологические и гидро-
геологические условия, что следует считать вполне обоснованным.

Обводнение выемок, расположенных в слабых породах, отрицатель-
но сказывается на устойчивости их откосов и поэтому повышенное зна-
чение глубины выемкн может быть достигнуто только за счет огради-
тельных и укрепительных мероприятий (подпорные стены, одерновка,
мощение, плиты и пр.), выбор которых определяется экономиче-
скими соображениями.

Особой сложностью при эксплуатации отличаются обводненные
выемки с уклоном, направленным в сторону тоннеля, когда необходи-
мо защитить последний от доступа грунтовых и поверхностных вод.
В таких случаях необходим специальный проект с детализацией про-
изводства работ по разработке выемки и сооружению водоотводных
устройств (лотков, штолен, дренажей, колодцев и пр.).
Глава IV

ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ ТОННЕЛЕЙ.
КОНСТРУКЦИИ ОБДЕЛОК

§ 12.	Внутреннее очертание обделок тоннелей

Форма и размеры транспортных тоннелей определяются заданны'
мн габаритами приближения строений или конструкций, инженерно-
геологическими и гидрогеологическими условиями, системой и объе-
мом вентиляции, способом сооружения тоннеля.

В СССР с 1 января 1960 г. на железных дорогах нормальной колеи
1524 мм государственным стандартом ГОСТ 9238—59186] вместо дейст-
вовавших ранее габаритов 1 С и 2 С введен габарит С (рнс. IV.!).

Все искусственные сооружения на железных дорогах, в том числе
и тоннели, не удовлетворяющие требованиям габарита С, считаются
негабаритными. Тоннели, сооруженные по старым габаритам, подвер-
гнуты проверке для установления степени их негабаритности и ликви-
дации ее с течением времени.

Габарит С, в отличие от прежних габаритов приближения строе-
ний, предусматривает возможность электрификации железных дорог
не только на постоянном (напряжение до 4 кв), но и на переменном то-
ке (до 35 кв), в силу чего он отличается от габарита 2С увеличенной
высотой. Высота габарита Н„ при электрификации на переменном то-
ке принимается равной 6500 мм, на постоянном токе — 6300 мм. Ши-
рина междупутья на прямой 4100 мм.

На кривых габарит С необходимо уширять, так как при движении
по ним происходит вынос концов и середины вагона и наклон его из-за
возвышения наружного рельса [8]. Нормативные величины уширения
габарита и междупутья установлены в зависимости от радиусов кри-
вых (табл. IV.!). На рис. IV.!, в приведен пример построения уширен-
ного габарита на кривой = 600 м.

Габарит С и указания по его применению [86] разработаны для
железных дорог, на которых скорости движения поездов не превышают
160 км!ч. Для линий с большими скоростями нормы изменения габа-
рита на кривых устанавливаются специальными инструкциями МПС.

Наибольшее возвышение наружного рельса определено соответст-
вующими расчетами равным 160 мм, что обеспечивает безопасность
движения поездов и необходимые удобства для пассажиров при дви-
жении в кривых с наибольшими допускаемыми скоростями, приведен-
ными в табл. IV.2 при допускаемой величине непогашенного центро-
бежного ускорения а = 0,7 м!сек?.

Изменение размеров габарита в кривых производится с учетом наи-
более неблагоприятного положения подвижного состава при наиболь-
Рис. IV.!. Габарит приближения строений С:

-а) однопутный: б) двухпутный; / — па прямой;

Н — на крипой: в — пример построения га-
барита на кривой Я—ООО м

ших для кривой данного ра-
диуса (см. табл. IV. 2) допу-
скаемых скоростях: с внут-
ренней стороны кривой —
при расчетном возвышении
наружного рельса; с наруж-
ной стороны кривой — при
отсутствии возвышения на-
ружного рельса.

Величина уширения меж-
дупутья на кривых в двух-
путных тоннелях должна на-
значаться из условия наихуд-
ших возможных положений
подвижного состава на сосед-
них путях, т. е. при отсутст-
вии возвышения наружного
рельса внутреннего пути и
наличии возвышения наруж-
ного рельса внешнего пути.

Форма поперечного сече-
ния обделок принимается в
зависимости от геологических
условий, определяющих на-
правление действия на об-

делку основных нагрузок.
В относительно устойчивых породах при преобладании вертикальных
нагрузок наиболее рациональна подъемистая подковообразная форма.
В слабых, неустойчивых водоносных породах, оказывающих значи-
тельное всестороннее давление, и при большом гидростатическом дав-
лении самым экономичным является круговое очертание обделки,
улучшающее условия статической работы конструкции.

Такое'же очертание обделки принимается и в более благоприятных
инженерно-геологических условиях при сооружении тоннелей с приме-
нением проходческих щитов, имеющих цилиндрическую форму. Созда-
ние щитов подковообразного поперечного сечения позволило бы в со-
Проектные нормы изменения размеров габарита приближения
строений С (см. рис. IV.!) на перегонах в кривых участках пути
по ГОСТ 9238—59188]

с внутренней стороны
кривой

Увеличение горизон-
тальных расстояний от
осн пути до точек

Увеличенис габарита, мм

с на ружной стороны кривой

С мощен не
онерх по
вертикали
точки

Уменьше-

иис гори-
зонтально-
го рассто-
яния от осп
пути до
точки

Увеличение горизон-
тальных расстояний
от осн пути до точек

2000	90	20	240	340	410	90	410	180	150	40	30	220
1800	100	20	260	390	470	НО	470	180	150	50	30	260
1500	120	20	320	480	600	140	600	180	150	50	30	360
1200	150	30	410	630	760	180	760	180	150	60	40	500
1000	160	40	460	700	820	190	820	180	150	70	50	560
800	160	50	470	700	820	190	820	180	150	80	60	600
700	160	50	470	700	820	190	820	180	150	80	70	630
600	160	60	480	700	820	190	820	180	150	90	70	650
500	160	70	490	700	820	190	820	180	150	100	80	680
400	160	90	510	700	820	190	820	180	150	120	100	710‘

ответствующих условиях более экономично сооружать тоннели при
сохранении достоинств и преимуществ щитового способа проходки.

При отсутствии бокового горного давления или при незначитель-
ной его величине стены подковообразной обделки могут проектиро-
ваться прямыми, а свод очерчивается по круговой кривой (однопутные
железнодорожные тоннели) или трехцентровой коробовой кривой
(двухпутные железнодорожные и автодорожные тоннели) (рис. 1У.2,а).

Следует заметить, что несмотря на очевидные с точки зрения объе-
мов и производства работ достоинства прямых вертикальных стен,
предпочтительнее криволинейное внутреннее очертание нх в связи
с образованием во многих случаях продольных трещин в местах со-
пряжения свода с прямыми стенами.

При воздействии вертикального и бокового горного давления при-
меняется подъемистый свод, контур которого очерчивается по трех-
центровой кривой (рис. 1У.2, б).

Таблица 1У.2

Наибольшие допускаемые скорости движения в кривых, км/ч
(с округлением до 5 км/ч)

/?, м ...	250	300	350	400	500	600	700	800	1000	1200
^макс • 	75	80	90	95	105	115	125	135	150	165
Рис. 1У.2. Внутреннее очертание тоннелей:

о) с вертикальными стенами; б) со стенами, описанными по коробовой кривой

В породах, оказывающих на обделку значительное боковое давле-
ние, а также в породах, склонных к пучению, необходимо замкнутое
очертание обделки с обратным сводом или усиленной плсГской лотко-
вой плитой.

Между внутренним контуром обделкн и угловыми («критическими»)
точками габарита должен быть обеспечен некоторый зазор е1г гаранти-
рующий от появления негабаритности из-за неточности строительных
работ и деформаций конструкции. В слабых породах, разрабатываемых
с деревянной податливой крепью, ег = 15 см, в крепких скальных —
5 4-10 см.

Между стенками железнодорожных тоннелей и габаритом прибли-
жения строений С должны оставляться зазоры е» для размещения за
пределами габарита устройств сигнализации, централизации и блоки-
ровки, светильников и кабелей (рис. IV.3).

С целью применения инвентарных передвижных и сборно-разбор-
ных опалубок на кривых н прямых участках трассы внутреннее очер-
тание обделки на кривой можно строить путем раздвижки по горизон-
тали полуарок аЬсй н с1е}§ на величину прямой вставки 5 (рис. IV.4, а),
размер которой определяется смеще-
нием «критических» точек габарита
5' и 6’. В этом случае изменение опа-
лубки заключается лишь в необходи-
мости устройства прямой вставки в
замке при неизменном очертании
остальной части.

Однако обделка, очерченная по
контуру а'Ь'с'<1'е'Г§', становится ме-
нее подъемистой, что, как правило,
ухудшает условия статической рабо-
ты. Кроме того, в этом случае в бо-
ковых частях получаются излишние
запасы площади. Поэтому более ра-
ционален другой способ — когда
внутреннее очертание обделки изме-
няется раздвижкой полуарок с одно-
временным подъемом их на некоторую
величину 1г (рис. IV.4, б) с тем, чтобы
обеспечивался принятый зазор между

64

Рис. 1У.З. Внутреннее очертание
железнодорожного тоннеля и раз-
мещение оборудования
Рис. 1У.4. Способы построения внутреннего очертания обделки тоннеля на
кривой:

о) с раздвижкой полуарок; б) с раздвижкой и подъемом полуарок

«критическими» точками уширенного габарита и контуром обделки.
В этом случае прямая вставка получается значительно меньше,
очертание обделки более подъемисто, площадь контура меньше, а из-
менения конструкции опалубки также легко осуществимы.

Практически при курсовом проектировании такое построение лег-
ко выполнить, вычертив габарит в крупном масштабе (1/20—1/25),
а полуарки аЬсд. и — на кальке. Имея такие шаблоны, легко по-
строить несколько вариантов и выбрать наиболее рациональное очер-
тание внутреннего контура обделки на кривой. В проектных инсти-

тутах ПОЛЬЗУЮТСЯ ТИПОВЫМИ 041
строенными как для прямых учг
Внутреннее очертание обде-
лок автодорожных тоннелей
должно удовлетворять габари-
там приближения конструкций
(рис. IV.5) с учетом размещения
за пределами габарита вентиля-
ционных каналов, размеры кото-
рых определяются расчетом [7,
8, 9, 62].

При расположении автодо-
рожных тоннелей на кривых
радиусом 700 м и менее произ-
водится уширение проезжей ча-
сти с внутренней стороны кри-
вой (подробнее см. § 16). Вели-
чины уширений приведены в
табл. IV.3.

иями внутреннего контура, по-
, так и для различных кривых.

Рис. 1У.5. Габарит приближения конст-
рукций для автодорожных тоннелей Г-7
н Г-8 (размеры в скобках только для
габарита Г-8)
Таблица 1У.З

Уширение проезжей части на кривых в автодорожных тоннелях

Радиус кривой, м

......... 700—550

500—450 400—200 200—150 125—90

Уширение, мм

400

500	600	750	1000

При интенсивности пешеходного движения до 1000 чел1ч в автодо-
рожном тоннеле устраивается один тротуар шириной 1000 мм
(750 мм + защитная полоса 250 лш). При этом ось тоннеля смещается
от оси проезжей части на 375 мм в сторону тротуара. При большей ин-
тенсивности пешеходного движения устраиваются два тротуара шири-
ной по 1000 мм каждый. В этом случае ось тоннеля совпадает с осью
проезжей части.	'

По внутреннему очертанию обделка должна быть однотипной на
всей длине тоннеля, что способствует стандартизации механизмов,
опалубки и оборудования. Применение различных типов может быть
допущено в одном тоннеле при резком местном увеличении горного
давления, при изменении гидрогеологических условий, при пересече-
нии оползневых участков и мест тектонических нарушений.

При сооружении железнодорожного тоннеля щитовым способом
на кривой, переходящей в прямую, на обоих участках сооружается
обделка увеличенного диаметра, соответствующего уширенному га-
бариту приближения строений на кривом участке пути.

§ 13.	Материалы обделок тоннелей

Материалы тоннельных конструкций должны быть экономичными,
долговечными, прочными, огнестойкими, устойчивыми против хими-
ческих и атмосферных воздействий.

Выбор материалов обделок производится на основе экономических
и статических расчетов с учетом возможности использования местных
строительных материалов (цемента, заполнителей) и возможности
снижения трудовых затрат за счет максимальной механизации процес-
са сооружения обделок.

Основными материалами для обделок в настоящее время являются
бетон, железобетон и чугун. Выбор того илн иного из них производит-
ся в зависимости от географических, геологических, гидрогеологичес-
ких, сейсмических и других условий с учетом способов производства
тоннельных работ.

Монолитный бетон применяется: при сооружении тоннелей в труд-
нодоступных районах, когда создание временной базы для изготовле-
ния элементов сборных конструкций экономически нецелесообразно,
а заводы, выпускающие элементы сборных конструкций, находятся на
значительном удалении; при сооружении тоннелей в скальных трещино-
ватых породах, разрабатываемых взрывным способом; при возве-
дении обделки по частям; при щитовой проходке с прессованием бето-
на; в местах сложных сопряжений.
66
Монолитный железобетон для обделки и порталов допускается при-
менять при особом обосновании экономическими и статическими рас-
четами, а также при строительстве тоннелей в районах с сейсмично-
стью 7—9 баллов.

Рекомендуемые марки бетона тоннельных конструкций по прочно-
сти на сжатие и по морозостойкости принимаются по табл. IV.4—IV.5.
Расчетные сопротивления приведены в табл. IV.6.

Таблица 1У.4

Проектные марки бетона конструкций по прочности на сжатие

Виды конструкций	Марка бетона не ниже	Виды конструкций	Марка бетона нс ниже
)Келезобетонные блоки об-		Порталы 		200
делки сплошные или реб-	400	Бетонный слой верхнего	150
ристые			строения пути 		
Монолитные бетонные и		Бетонное основание пути и	
железобетонные обделки	200	заполнение лотка ....	100
Обделки из набрызг-бетона	300		

Таблица 1У-5

Проектные марки бетона конструкций по морозостойкости (МРЗ)

Конструкции	Климатические условия		
	умеренные	суровые	особо суровые
Порталы и обделка тоннелей, заложен- ные в породах естественной влажности или обделка, защищенная наружной водонепроницаемой изоляцией ....	150	150	200
Водонепроницаемая обделка (без наруж- ной изоляции) тоннелей, заложенных в обводненных породах		150	300	300

Примечание. Климатические условия характеризуются по ГОСТ 4795—68 средне-
месячной температурой наиболее холодного месяца: умеренные условия от 0 до —10°, суро-
вые — от —10 до —20°, особо суровые — ниже —20°.

Т а б л и ц а IУ.6

Расчетные сопротивления бетона при расчете бетонных тоннельных
обделок на прочность и по образованию и раскрытию трещин

Вид напряженного состояния	Обозначение расчетного сопротивле- ния	Расчетные сопротивления бетона в кГ/см1 при про- ектной марке	
		200	300
Сжатие ссевое (призменная прочность)	Япр	70	115
Сжатие при изгибе		Ян	90	140
Растяжение осевое		Яр	6,4	9,5
Большое значение имеет выбор вяжущего — цемента. В сухих по-
родах применяется обыкновенный портландцемент марок 300—400,
в водоносных — пуццолановый и шлаковый, которые кроме большей
общей водостойкости лучше сопротивляются химическому воздейст-
вию воды. При больших притоках агрессивных сульфатных и угле-
кислых вод применяется глиноземистый цемент, который сокращает
также сроки твердения бетона. Расход цемента колеблется от 250 до
350 кГ на 1 м3 бетона.

Степень разрушительного действия на бетон агрессивных вод за-
висит от количества воды, фильтрующейся через обделку в единицу
времени, и от характера и степени минерализации грунтовой воды.

Повышение химической стойкости бетона может быть достигнуто
изоляцией обделки от агрессивных вод или применением цементов
с активными гидравлическими добавками — сульфатостоиких порт-
ландцементов и пуццолаиовых портландцементов.

Обычный бетон долго твердеет и водопроницаем, так как в нем
имеется система капилляров и сообщающихся пор. Для улучшения
свойств бетона в него вводят добавки, различно действующие на
бетонную смесь. Добавки разделяются на три основные группы: уско-
рители твердения, пластификаторы, воздухо-вовлекающие добавки.

Добавки, ускоряющие процесс твердения бетона (хлористый каль-
ций, хлористый натрий, хлорное железо, азотнокислый калий и др.),
вводятся с целью ускорения оборачиваемости опалубки, а также в свя-
зи с необходимостью уменьшения сроков схватывания бетона при ве-
дении работ при отрицательных температурах. В монолитных железо-
бетонных конструкциях содержание хлористого кальция, хлористого
натрия и хлорного железа не должно превышать 2% веса цемента во
избежание повышения коррозийности арматуры. В неармнроваииых
конструкциях, бетонируемых при отрицательных температурах, до-
пускается применение хлористого кальция совместно с хлористым на-
трием до 7,5 %.

Пластифицирующие или поверхностно-активные добавки (суль-
фитно-спиртовая барда, асидол, мылонафт, асидол-мылонафт и др.)
вводятся в количестве от 0,08 до 0,5% веса цемента. Увеличивая под-
вижность и пластичность бетонной смеси, они способствуют снижению
водоцемеитного отношения и получению за счет этого более плотных
и морозостойких бетонов.

Воздухововлекающие добавки (лигнин, винсол, абиентиновая кис-
лота и др.) вовлекают в бетонную смесь воздух в виде мельчайших
пузырьков, вследствие чего система сообщающихся капиллярных пор
в бетоне прерывается. Это снижает водопоглощение и водопроницае-
мость бетона. Однако к дозировке воздухововлекающих добавок сле-
дует подходить осторожно с проверкой экспериментальным путем,
так как они повышают микропористость бетона.

При введении пластифицирующих и воздухововлекающих добавок
водопроницаемость бетона значительно уменьшается, а морозостой-
кость увеличивается.

Обеспечение водонепроницаемости обделок железнодорожных тон-
нелей особенно важно в связи с возможным образованием на пути н об-
68
делке наледей, затрудняющих движение поездов, а также из-за опасно-
сти поражения током людей при замыкании через струи воды. Эта
проблема не разрешена в полной мере до настоящего времени.

Во многих случаях целесообразно применение новых специальных
видов бетона, отличающихся повышенной водонепроницаемостью и ма-
лыми сроками схватывания и твердения. К ним относятся торкрет-бе-
тон (торкрет), набрызг-бетон, пластобетон, коллоидный бетон и прес-
сованный бетон.

Торкрет и набрызг-бетон представляют собой покрытия, нано-
носимые на поверхность выработки при помощи сжатого воздуха.
Крупность фракций заполнителей для торкрета ие должна превышать
8 мм, а для набрызг-бетона — 25 мм. Влажность плотных заполните-
лей допускается в пределах 2—6%, а пористых от 4 до 8%. В качестве
вяжущего в торкрет-бетоне применяются портландцеменчы марок 400
и выше, а также расширяющийся (ВРЦ) и безусадочный (ВВЦ) це-
менты.

Растворы для нанесения торкрета имеют водоцемеитное отношение
около 0,3. Соотношение цемента и песка колеблется от 1:3 до 1:5. При
этом расход цемента на 1 м3 раствора составляет от 800 до 400 кГ.

Торкрет наносят в качестве облицовочного слоя чаще всего по ме-
таллической сетке слоями толщиной 1—1,5 см при помощи цемент-
пушки под давлением сжатого воздуха 3—3,5 кПсм3. Общая толщина
слоев торкрета составляет обычно 2,5—3 см.

Обладая большой плотностью и достаточно высокой водонепрони-
цаемостью, торкретное покрытие требует значительных трудовых и ма-
териальных затрат, высокой квалификации рабочих и отличается
большими потерями материала из-за «отскока» раствора. Обладая
большой жесткостью и хрупкостью торкретный слой очень чувстви-
телен к деформациям, что приводит к появлению трещин и отслаива-
нию, снижающим водонепроницаемость облицовки.

При нанесении набрызг-бетона (шприц-бетона) заранее приготов-
ленная в определенных соотношениях сухая смесь цемента, песка, гра-
вия (табл. IV.7) и добавок загружается в бетон-шприц-машину и из
нее подается по шлангам сжатым воздухом к соплу. Перед выходом
смеси она смачивается водой, подаваемой к соплу под давлением, пре-
вышающим на 0,5—1,5 кГ/сл? давление сжатого воздуха, и наносится
слоями по 5—7 см на бетонируемую поверхность.

Таблица IV.?

Ориентировочные марки и состав смесей набрызг-бетона

Ориентире-	Соотношение по весу			Расход цемеи-	Содержание
ночная марка набрызг- бетона	песка к щебню	цемента к заполнителю	Марка цемента	та на 1 л3 сухой смеси, кГ	цемента на 1 № готового пабрыз г-бето-  на, кГ
200	1 : (0,35-0,45)	1 : (6,0—6,3)	400—500	210—220	300—310
300	1 : (0,5—0,6)	1 : (4,3—4,6)	500	260—280	320—350
400	1 : (0,7—0,8)	1 : (3—3,8)	500—600	330—350	400—430
500	—	—	600—700	350—380	450—520
"1 Границы оптимальных давлений сжатого воздуха зависят от кон-
струкции машин, сопла, дальности подачи и допустимого отскока ма-
териала, который не должен превышать 10—15%. Например, для ма-
шин БМ-60 и С-320 при дальности подачи 30—40 м оптимальное давле-
ние находится в пределах 2,5—4 кПсмг. При прочих равных условиях
уменьшение давления приводит к снижению прочности набрызг-бето-
иа, а увеличение сверх оптимального не только повышает отскок мате-
риала, но и, как правило, влечет также снижение прочности бе-
тона (21].

В процессе нанесения смеси на закрепляемую поверхность к ней
первоначально прилипают смоченные водой цементные частицы с мель-
чайшими фракциями заполнителя, плотно забивая трещины и неров-
ности в породе, что обеспечивает хорошее сцепление набрызг-бетона
с поверхностью.	'

В образовавшейся цементной пленке сначала задерживаются части-
цы песка, а по мере увеличения слоя — и более крупные фракции за-
полнителя. Под воздействием вылетающей под давлением струн про-
исходит уплотнение ранее нанесенных слоев материала.

Ускорение схватывания и твердения набрызг-бетона достигается
применением специальных быстросхватывающнхся и быстротвердею-
щих цементов (БТЦ), глиноземистых и водонепроницаемых расширяю-
щихся (ВРЦ) марок 300 (в возрасте трех суток) и особо быстро-
твердеющего (ОБТЦ) марки 700.

Однако возможность применения этих цементов ограничена в связи
с их дефицитностью, сравнительно высокой стоимостью и относитель-
но большими сроками схватывания (по сравнению со сроками схваты-
вания обычных цементов с добавками-ускорителями схватывания).

Поэтому, несмотря на некоторое усложнение технологии приготов-
ления, чаще применяются обычные цементы марок 400—500 с жидки-
ми или сухими добавками-ускорителями схватывания и твердения бе-
тона. К добавкам предъявляются определенные требования: они долж-
ны быть нетоксичны, удобны в обращении, дешевы, не должны сущест-
венно снижать конечную прочность материала. Жидкие добавки вводят-
ся в воду затворения, сухие — в сухую смесь компонентов, составля-
ющих набрызг-бетон.

К первым относятся хлористый кальций, жидкое стекло, алюми-
нат натрия, НКА, ко вторым — ОЭС, фтористый натрий и др.

Хлористый кальций обеспечивает схватывание смеси через 10—
15 мин, в связи с чем введение его рекомендуется при нанесении на су-
хие поверхности. Однако хлористый кальций повышает коррозийность
металлических элементов крепи.

Жидкое стекло (силикат натрия или калия), применяемое при нане-
сении на влажные поверхности, уменьшает время схватывания, ио по-
нижает прочность материала.

Алюминат натрия в количестве 2—5% веса цемента увеличивает
водонепроницаемость материала и сокращает сроки схватывания до
7—15 мин.

Добавка НКА, в состав которой входит фтористый натрий, поташ
и раствор алюмината натрия (в соотношении 1:8:6), вводится в коли-
70
честве 4—6% веса воды или 2—3% веса цемента и обеспечивает схва-
тывание смеси через 1—3 мин.

Добавка ОЭС (тонкомолотый спек алюмината и феррита натрия)
в количестве 3—4% веса цемента обеспечивает конец схватывания че-
рез 3—5 мин и рекомендуется при нанесении на фильтрующие воду
поверхности. Фтористый натрий (1—2% веса цемента) обеспечивает
конец схватывания через 2—3 мин после затворения.

Применение в качестве добавок хлористого кальция, жидкого стек-
ла и алюмината натрия увеличивает отскок материала в сравнении
с другими добавками.

Водоцементное отношение должно приниматься с учетом обводнен-
ности поверхности выработки, так как при В:Ц >• 0,45 резко увели-
чивается время схватывания набрызг-бетона.

Повышенные прочность, плотность, сцепление с поверхностью
и водонепроницаемость покрытая из набрызг-бетона и безопалубоч-
ный способ нанесения определяют эффективность его применения
в качестве облицовки, а в сочетании с арочной и анкерной крепью
и в качестве несущей обделки. В последнем случае отпадает необходи-
мость в нагнетании растворов за обделку, что является одним из су-
щественных преимуществ набрызг-бетона перед обычными бетонами,
укладываемыми в опалубку.

В таблице IV.8 приведены по данным [38] наиболее важные харак-
теристики набрызг-бетона.

Т а блиц а IV.8

Основные характеристики набрызг-бетона по прочности

Вид сопротивления	Величина сопротивления (кГ/см-} набрызг-бетона проектных марок по пределу прочности на сжатие		
	300	400	500
Нормативное осевому сжатию (призмен- ная прочность)			210	280	350
Нормативное сжатию при изгибе ....	260	350	440
Нормативное осевому растяжению . . .	23	27	31
Нормативное растяжению при изгибе	48	55	70
Расчетное осевому сжатию (призменная прочность):			
армированные конструкции	. .	130	170	200
неармпрованные конструкции	115	155	180
Расчетное сжатию при изгибе:			
армированные конструкции ....	160	210	250
неармпрованные конструкции . . .	140	180	220
Расчетное осевому растяжению: армированные конструкции .... неармпрованные конструкции . . .	11,5 10,4	13,5  12,2	15,5 14
Расчетное растяжению при изгибе . . .	21	24	28
Бетоны на основе минеральных цементов не всегда могут обеспечить
достаточную химическую стойкость материала конструкции в средах,
оказывающих сильное агрессивное воздействие. Для этих условий соз-
дан органоминеральный пластобетон, в состав которого входят: но-
вое связующее — фурфуролацетоновый мономер ФА, минеральные
заполнители (кварцевый песок, щебень, керамзит и др.) и отвердитель
(бензосульфокислота). В зависимости от конкретных условий изготов-
ления (температура, влажность, продолжительность схватывания)
и требуемых характеристик (прочность, водо- и химическая стойкость)
разработаны соответствующие составы пластобетонов (табл. IV.9).

Таблица 1У.9

Составы пластобетонов

Компоненты	Состав на песчаноП основе, %	Состав на грапптно- песчаноП основе, %
Щебень гранитный: диаметр 10—15 мл			13,4	
»	5—10 л,ч 		40		.
Песок 		29,6	67
Песок молотый		7.9	16,7
Фурфурол 		1,8	1,7
Мономер ФА'		5,5	11,8
Бензосульфокнслота		1.8	2,8

По данным К. Д. Дамбы пластобетон на основе мономера ФА имеет
следующие основные фнзико-механнческие характеристики:

Объемный вес. Г/см9...............

Предел прочности, кГ/см9:

при сжатии..........................

при растяжении......................

Водопоглощение, %.......................

Водостойкость (коэффициент размягчения) .
Твердость по Бринеллю, кГ/см9...........

Удельная ударная вязкость. кГсм/см- . .
Усадка объемная, % .....................

Водонепроницаемость (образцов)..........

Устойчивость в агрессивных средах ....

2,1

700—800

64—70

0,5-1

0,95

40—42
2—3
0,08
непроницаем при давлении
25 кГ/см9
устойчив к действию кислот
(кроме серной и азотной,
щелочен и растворов солей)

Эти показатели подтверждают перспективность применения пласто-
бетонов в подземном строительстве — особенно на сильно обводненных
участках тоннелей, однако требуется дальнейшее изучение его свойств
(в частности, реологических) в производственных условиях.

Коллоидный бетон целесообразно принять как для монолитных, так
и для сборных обделок. Цементное тесто для него приготовляется
в специальной мельнице, в которой скорость вращения вала достигает
3000 об/мин, благодаря чему цемент активизируется и почти полно-
стью переходит в гель. Прочность образцов из коллоидной цементной
72
суспензии в полтора раза выше обычных цементных кубиков. Водоне-
проницаемость также выше по сравнению с обычным бетоном. Коллоид-
ная суспензия гидрофобна, что позволяет вести бетонные работы в усло-
виях притока подземных вод.

Коллоидный бетон приготовляется раздельным способом: вначале
за опалубку или в форму укладывается крупный заполнитель, затем
производится нагнетание цементно-песчаного коллоидного раствора.

Коллоидный раствор может быть с успехом применен для омоноли-
чивания стыков и цементации трещин.

Прессованный бетон получается в результате обжатия свежеуло-
женной бетонной смеси щитовыми домкратами пли при помощи спе-
циального механизма, обособленного от щита, при давлении до
50 кПсм2. При этом избыточная вода отфильтровывается, структура
бетонной смеси получается более плотной. Прочность образцов прес-
сованного бетона в суточном возрасте превышает 100 кПсм2. Ввиду
того, что обделка из прессованного бетона сооружается без швов, ее
водонепроницаемость значительно повышается.

Металл (в основном чугун) для обделок тоннелей применяется в тя-
желых геологических и гидрогеологических условиях при круговом
очертании обделки.

Чугунные элементы (тюбинги) изготовляются обычно из обладаю-
щего достаточно высокой прочностью п устойчивостью против корро-
зии серого чугуна марок СЧ 21-40, СЧ 24-44 или СЧ 28-48 (первое чис-
ло — нормативное сопротивление чугуна растяжению при изгибе
в кПмлг, второе — сжатию центральному и при изгибе).

Расчетные сопротивления отливок из серого чугуна указанных ма-
рок приведены в табл. IV. 10.

Таблица 1У.ю

Расчетные сопротивления отливок из обычного серого чугуна

«Ч	"I—	г»-—	г  Вид напряженного состояния		, Расчетные Сопротивления		
		Условное обозначение	отливок нэ серого чугуна марок. кГ[см*	
			СЧ 21-40	СЧ 24-44 - СЧ 28-48
Сжатие центральное и при изгибе .		Кс	1800	2100
Растяжение при изгибе			/?и	600	800
Срез			Лер	450	600
Смятие торцовой поверхности . . .		Нсм.т	2700	3200

При большом горном давлении, когда обычный серый чугун не
удовлетворяет условиям прочности, может быть применен модифици-
рованный серый чугун повышенной прочности марок СЧ 32-52, СЧ 35-56
и СЧ 38-60 нли высокопрочный чугун марок ВЧ.

Применение модифицированного и высокопрочного чугуна взамен
обычного серого должно особо обосновываться в проекте в связи с по-
вышенной их стоимостью.
Для изготовления блоков и тюбингов сборной железобетонной об-
делки применяются бетоны марок 400—600 при расходе цемента поряд-
ка 500 кГ на 1 м3 бетона и водоцементиом отношении около 0,3, что по-
вышает жесткость смеси, а значит и плотность, и водонепроницаемость
бетона (табл. IV. 11).

Т аблица IV.Ц

Расчетные сопротивления бетона при расчете
железобетонных конструкций тоннелей, кПсл&

Вид напряженного состояния	Обозма - ченпе	Проектная марка бетона по прочности на сжатие				
		200	300	. 400	500	600
Сжатие осевое (призменная проч- ность) 	  Сжатие с изгибом	  Растяжение осевое			80  100  7,2	130 160 10,5	170  210  12,5	200  250  14	230  280  15

Тюбинги и блоки сборных железобетонных конструкций армируют-
ся сварными каркасами и сетками с контактной сваркой стержней.
Для рабочих стержней применяется сталь горячекатаная периоди-
ческого профиля классов А-П и А-Л1 по ГОСТ 5781—61. Для осталь-
ных стержней—сталь горячекатаная круглая класса А-1 (табл. IV. 12).

Таблица IV.12

Расчетные сопротивления арматуры при расчете на прочность, кГ]см*

Материал арматуры	Напряженное состояние	
	растяжение	сжатие
Сталь горячекатаная круглая (гладкая) класса  А-1		2100	2100
Сталь горячекатаная периодического профиля класса А-11		2700	2700
То же. класса А-1 II . . .	3400	3400
»	»	А-^		5100	3600

§ 14. Монолитные обделки

В очень крепких, монолитных, невыветривающнхся, неразмывае-
мых и нерастворяемых породах выработка транспортного тоннеля мо-
жет быть оставлена без обделки или закреплена лишь анкерной кре-
пью с металлической сеткой (см. § 38), задерживающей выпадающие
мелкие куски породы. Однако такие условия встречаются крайне
редко.

Поэтому тоннели, как правило, проектируются с обделками, кото-
рые подразделяются на облицовочные и несущие.

Облицовочные обделки служат для предохранения внутреннего
пространства тоннеля от вывалов отдельных кусков скальной креп-
74
кой породы, трещиноватой по своей природе либо нарушенной в ре-
зультате сейсмического воздействия прп ведении взрывных работ. Об-
лицовочные обделки предохраняют породу от выветривания и снижают
интенсивность разрушения под воздействием грунтовых вод и попере-
менного замораживания и оттаивания.

В качестве облицовки применяются покрытия из торкрета, набрызг-
бетона, а также легкие монолитные обделки из обычного бетона.

Торкретные облицовочные покрытия (см. § 13) применяются
в сравнительно благоприятных геологических и гидрогеологических
условиях (крепкие породы, гидростатический напор не более 0,5—
'0,8 кПсм*), при стабильных температурных режимах и при исключе-
нии деформаций конструкции. В других условиях торкретные покры-
тия не могут обеспечить достаточной надежности, так как в них по-
являются трещины, отслоения, выколы.

Набрызг-бетон (см. § 13) завоевывает в последние годы все боль-
шее признание ие только в качестве материала для временной крепи
и облицовочных покрытий, но и для несущих обделок, особенно в со-
четании с анкерной и арочной крепью.

В зависимости от инженерно-геологических характеристик про-
резаемого тоннелем горного массива для предварительного выбора ти-
пов конструкции обделок с использованием набрызг-бетона и ориенти-
ровочного назначения толщины покрытия можно пользоваться данны-
ми таблицы IV. 13, составленной по материалам, приведенным в рабо-
тах [13, 21, 38]. Однако, следует помнить, что эти данные ориенти-
ровочны и правильность назначения конструкции обделок должна обя-
зательно проверяться статическим расчетом. Точный расчет несущей
способности покрытия из набрызг-бетона осложняется неопределен-
ностью многих факторов, в связи с чем можно рекомендовать прибли-
женный метод расчета, предложенный В. М. Мостковым и И. Л. Вол-
лером [38], основанный на теории изгиба прямоугольных пластин,
загруженных равномерно распределенной нагрузкой.

Расчетная толщина покрытия Л определяется по формуле

Л = /гй а

-3-м,

где кх — коэффициент, учитывающий возможность увеличения давле-
ния во времени (Лх = 1,3 4- 1,4);

—	коэффициент, зависящий от типа и шага крепи (табл. IV. 14);
а — шаг крепи, м\

—	расчетное сопротивление набрызг-бетона осевому растяже-
нию, принимаемое по табл. IV.8;

9 — горное давление, Т/м", определяемое для скальных пород
из выражения

у — объемный вес породы, Т1м?-,
В — ширина выработки, м;

I — коэффициент крепости породы.
Типы конструкций обделок с использованием набрызг-бетона
и ориентировочное назначение толщины покрытия в зависимости
от инженерно-геологических условий

		Конструкция обделки и ориентировочная толщина покрытия, см					
г крепости	Характеристика горных	Сплошное на- брызг-бетоппое покрытие		Набрызг-бетон- ное покрытие в сочетании с ан- керами*		Набрызг-бетон- ное покрытие в сочетании с арками*	
Коэффпцмен!	пород	Однопутные железнодо- рожные тоннели	Двухпут- ные желез- нодорож- ные и ав- тодорож- ные тон- нели	Однопутные железнодо- рожные теплели	Двух пут- ные желез- нодорож- ные и ав- тодорож- ные тон- нели	Однопутные железнодо- рожные ТЛППлни	Двухпут- ные желез- нодорож- ные и ав- • тодорож- ные тоннели
8  8—6  6—4  4—3  3—2	Крепкие слаботрещино- ватые илк склонные к выветриванию, возмож- ны отдельные отслое- ния и незначительные вывалы  Средней крепости, слабо- трещиноватые, возмож- ны отдельные вывалы  Средней крепости, тре- щиноватые, оказываю- щие небольшое горное давление  Средней крепости, силь- нотрещиноватые, ока- зывающие значитель- ное вертикальное гор- ное давление  Средней крепости скаль- ные и полускальные, сильнотрещнноватые, оказывающие значи- тельное вертикальное и боковое давление	5—10  10—15  15-20  Тольк стве к  Тс	5—15  15—20  Только в качестве времен- ной кре- пи о в ка не- пременной репп  же	1 -  5  5—10  10—15  Толью стве в к	5  5—10  10—15  Только в качест- ве вре- менной крепи > в каче- )емеиной эепи	5—1С  10—1Е  15—20	5-10  10—15  15—20  Только в качестве времен- ной кре- пи

* Толщина иабрызг-бетонного покрытия зависит от шага анкеров или арок.

Таблица IV. 14

Коэффициент, зависящий от типа и шага крепи

Крепь выработки	Шаг крепи а, м	Коэффициент
Набрызг-бетон 	.	. . .			0,35
Анкера и набрызг-бетон		0,8—1.5	0,25
Арки и набрызг-бетон		0,9—1,2	0,35
То же 			1,2—1,5	0,38
Для предварительного определения толщины крепи из набрызг-бе-
тона можно воспользоваться графиками (рис. IV.6), составленными
авторами указанной методики расчета. Следует заметить, что эти гра-
фики применимы при подборе толщины слоя набрызг-бетона для вре-
менных крепей.

Ориентировочное назначение толщины слоя набрызг-бетона для
постоянной обделки более целесообразно производить по графикам
Л- Георгиева [38] (рис. 1У.7).

Как показывают практический опыт и расчеты, при прочих равных
условиях обделка из набрызг-бетона эквивалентна по несущей способ-
ности обделке из обычного монолитного бетона пол утор ной-двойной
толщины. При этом достигается снижение трудоемкости работ в 1,5—
2 раза и стоимости на 20—30%.

Облицовочные монолитные обделки сооружаются в крепких (/>6),
но трещиноватых и выветривающихся породах, в которых возможны
вывалы до 1—1,5 я3 породы (рнс. IV.8). Но и в этих условиях конце-
вые участки тоннеля длиной от 6 до 10 я закрепляются несущей обдел-
кой, способной выдержать нагрузки от разрушенных пород.

В породах, оказывающих горное давление, сооружаются несущие
обделки (рис. IV.9), конструкция которых зависит от величины и ха-
рактера распределения горного давления.

Наружное очертание обделки вычерчивается при плавном сопря-
жении элементов после предварительного назначения размеров в ха-
рактерных сечениях — в замке и на уровне пят свода, в стенах и на
уровне головки рельсов — в зависимости от внутреннего очер-
тания.

Ориентировочные соотношения этих размеров установлены с до-
статочной степенью точности на основе обобщения опыта проекти-
рования тоннелей.

В частности, можно воспользоваться данными табл. IV. 15, однако
следует иметь в виду, что эти данные ориентировочны, и правильность
назначения размеров обделок должна обязательно проверяться стати-

Ширина Выработки В,н Ширина Выработки В, н

Рис. 1У-6. Графики для определения толщины покрытия из набрызг-бетона в раз-
личных конструкциях временной крепи:

с) иабрызг-бетон; 6) набрызг-бетои по сетке в сочетании с анкерами; в) набрызг-бетои в со-
четании с арками; / — набрызг-бетои в сочетании с арками; 2 — набрызг-бетои вместо за-
тяжки
Рис. 1У-7. Графики для определения толщины покрытия из набрызг-бетона в раз-
личных конструкциях обделки:

«) иабрызг-бетон; б) набрыэг-бетон в сочетании с арками; о) набрызг-бетои в сочетании
с анкерами

Рис. 1У.8. Примеры конст-
рукции монолитных обде-
лок железнодорожных тон-
нелей в крепких скальных
породах:

о) с односторонним неутеплен-
ным лотком; 6) с односто-
ронним утепленным лотком;
в) с двусторонним утепленным
лотком
ческими расчетами. Если в результате проверки выяснится, что проч-
ность сечений не обеспечена, необходимо изменить конструкцию за счет
увеличения высоты сечений или изменить очертание обделки с целью
максимально возможного приближения ее оси к кривой давления.
Если перенапряжения в расчетных сечениях невелики, можно повы-
сить марку бетона без изменения конструкции обделки. В случае боль-
шого запаса прочности сечений размеры обделки корректируются
в сторону уменьшения высоты сечений.

За годы строительства транспортных тоннелей сооружено множест-
во различных типов несущих конструкций, отличающихся материа-
лом кладки, габаритами, действовавшими в период строительства,
очертанием.

Заметный отпечаток на конструктивные особенности обделок
наложен уровнем механизации и технологии проходки, бетонных и
вспомогательных работ.

На основе опыта проектирования и строительства тоннелей желез-
нодорожной линии Абакан—Тайшет и других Метрогипротранс1 раз-
работал проект № 502-2 типовых обделок однопутных тоннелей из
монолитного бетона (проект введен в действие с 1 мая 1965 г.).

Обделки тоннелей запроектированы по несущей способности трех
основных типов — I, II и III (рис. IV.10 и табл. IV.16).

1 Государственный ордена Трудового Красного Знамени проектно-изыска-
тельский институт Министерства транспортного строительства.

Рис. 1У.9. Обделка двухпутного железнодорожного тоннеля (коэффициент кре-
пости породы /=44-5)
Ориентировочные размеры обделок тоннелей в характерных
сечениях (бетон марки 200)

Тип тоннеля	Характерные сечения обделок	Коэффициент крепости породы по М. М. Про- тодьяконооу (					
		1	2	3	4	5	6
		Ориентировочная толщина обделки, с.н					
Однопутный же- лезнодорож- ный	Замковое  сечение Л3	55	50	45	40	35	30
Двухпутиыйже- лезнодорож- ный		85	75	65	60	55	40
Автодорожный (габарит Г-8)		80	70	60	55	50	40
Автодорожный  (габарит Г-7)		75	65	55	50	45	40
Для всех типов тоннелей	Условная пята свода	Лп=(1,44- 4-1,3)Л3		Лп = (1,34-1,1)Л3			Лд = л3
	Стена	Ле = (1.6-=- 4-1,5)Лэ		Лс = (1,54-1,3)Л3			Лс = (1.04- 4-1.1)Л8
	По обрезу фун- дамента стены	Ло=(2,04- 4-1,8)Л3		ЛО = (1,84-1,6)Л3			Ло = 1,5/1з
	По подошве фун- дамента стены	Лф = Ло + (154-20) см					
	Обратный свод	Лл= (0.84-0,7)Л3					

Обделка типа I является облицовочной, сооружаемой в крепких,
но выветривающихся породах с коэффициентом крепости /	6, не

проявляющих при данном пролете выработки горного давления (до-
пускается давление от местных вывалов не более 3 Т).

Обделка типа II предназначена для сооружения в породах с коэф-
фициентом крепости / = 3 4- 5, не оказывающих бокового давления.
Для тех участков тоннеля, где вследствие неоднородности геологиче-
ского строения массива в пределах высоты выработки породы могут
оказывать на обделку местное давление — боковое или снизу — за-
80
проектирован вариант обделки II А — с обратным сводом. Обратный
свод сооружается также при наличии гидростатического давления
н в пучинистых грунтах в основании.

В слабых неустойчивых породах (/=14- 2,5) проектом рекомен-
дуется обделка типа III.

Обделка подковообразного очертания для более слабых пород с ко-
эффициентом крепости /<1 в проекте не представлена. Выполнен-
ные статические расчеты этой обделки показали, что вследствие зна-
чительной толщины свода н стен и большого объема разрабатываемой
породы на единицу длины тоннеля эта обделка неэкономична и поэто-
му не может быть рекомендована в качестве типового решения.

Для слабых пород, залегающих, как правило, на припортальных
участках горных тоннелей, рекомендуется применение сборной обдел-
ки кругового очертания с проходкой тоннеля щитовым способом, так
как круговая обделка в этих усл овиях более экономична, а ее стати

Т а б л п и а IV.16

Основные характеристики и расчетные данные типовых
монолитных обделок железнодорожных тоннелей (проект № 502-2)

Показатели	Единица измерения	Типы обделок (рис. IV. 10)			
		1 1	11 1	ПА |	III
Область применения (коэффи- циент крепости породы /) . .			6 И	34-5	34-5	14-2.5
Расчетный коэффициент крепо- сти /			более  6	3	3	1
Расчетный коэффициент упру- гого отпора за стенами /г	кГ/см3	50	30	30	7
Расчетный коэффициент упру- гого отпора под подошвой стен			кГ/см3	75	40	40	10
Расчетный угон внутреннего трения <р		град	75	70	70	45
Расчетный объемный вес поро- ды у 		Т/м3	2,4	2,5	2,5	1,8
Расчетное вертикальное давле- ние породы? 		Т/м3	2,5	6	6	19,8
Расчетное горизонтальное дав- ление породы р			—			——	5,4
Расчетная нагрузка от собст- венного веса обделки § . .		1	1,4	1,4	2,5
Суммарная вертикальная рас- четная нагрузка ?х ....		3,5	7,4	7,4	22,3
Расчетная несущая способность обделки 			4	6,7	7.9	20,2
Объем выработки на 1 м . . .	м3	45,3	48	51.4	56.4
Объем монолитного бетона мар- ки 200 			8,6	П,7	12.7	18.2
Объем монолитного бетона мар- ки 100 			0,3	0,3	1.9	1.9
Блоки из бетона марки 100 . .		0,4	0,4	0,4	0.4
Сборный железобетон дренаж- ных устройств 			0,02	0,02	0.02	0.02
ческая схема обеспечивает высокую несущую способность при различ-
ных сочетаниях нагрузок и, в частности, при соотношении бокового
и вертикального давлений более 0,5.

Внутреннее очертание обделок выше уровня головки рельсов —
единое для всех типов — запроектировано в соответствии с габаритом
приближения строений С с учетом размещения за пределами габарита
устройств СЦБ, оповестительной и заградительной сигнализации, осве-
тительной сети и арматуры, кабелей (см. рис. IV.3). Ему соответствуют
размеры шарнирио-складывающейся опалубки, применявшейся при
строительстве Каслинского тоннеля на линии Абакан—Тайшет.

Уширение внутреннего очертания иа кривых радиуса 600 м и бо-
лее осуществляется «раздвижкой» посредством прямолинейной встав-

Рис. IV. 10. Типовые обделки из монолитного бетона с боковыми водоотводными
лотками для железнодорожных однопутных тоннелей
82
кп длиной 600 мм в замке свода при неизменном очертании остального
контура. Высота обделки по сравнению с сечением на прямой увели-
чена на 80 мм. Возвышение головки наружного рельса принято от 15
до 150 мм, что соответствует скоростям 25 и 120 км/ч.

Наименьшая величина зазора между критическими точками габа-
рита и внутренним контуром обделки составляет 72 мм. Этот зазор
обеспечивает запас иа неточности строительных работ и в случае не-
обходимости может быть использован для последующего нанесения
внутреннего гидроизоляционного покрытия.

Тоннельная выработка принята с вертикальными стенами для всех
типов обделок. Отказ от устройства двусторонних водоотводных лот-
ков позволяет уменьшить полную высоту выработки по сравнению
с применявшимися ранее конструкциями.

Дренажные устройства в тоннеле состоят из продольного лотка,
колодцев, застойных прорезей н поперечных труб (перепусков), меж-
ду колодцами и прорезями (см. § 41, 42).

Отмечая бузусловную целесообразность разработки типовых обде-
лок железнодорожных тоннелей, необходимо в то же время иметь в ви-
ду, что при их привязке к местным условиям требуются дополнитель-
ные проверочные расчеты несущей способности и деформативности.
При этом необходимо более полно учитывать сложные специфические
условия, в которых работают обделки — наличие смачивания и высы-
хания, замораживания н оттаивания, действие газов и агрессивных
вод (особенно в районах с суровым климатом).

Конструкции монолитных бетонных обделок автодорожных тонне-
лей по конфигурации и размерам приближаются к обделкам двухпут-
ных железнодорожных тоннелей (рис. IV. 11). В верхней части их рас-
полагаются вентиляционные каналы, площадь которых принимается
по расчету в зависимости от типа автомобилей, интенсивности их дви-
жения, уклона тоннеля и системы вентиляции.

Вентиляционный канал отделяется от основной (габаритной) зоны
тоннеля железобетонным перекрытием толщиной до 15 см.

Внутреннее очертание подковообразных обделок автодорожных тон-
нелей также должно быть стандартным. В случае расположения тон-
неля на кривой уширение его производится за счет прямой вставки
в замке свода и раздвижки опалубки без изменения остального очерта-
ния обделки. Под проезжей частью по ее оси располагается дренажная
траншея, в которую сбрасывается по трубам вода, собираемая с про-
езжей части. Эта траншея, кроме того, может служить для осушения
основания тоннеля.

Кроме приведенных наиболее характерных конструкций обделок
тоннелей, существуют, строятся и проектируются другие, имеющие
особенности, связанные с инженерно-геологическими условиями или
способом сооружения.

Например, особенностью обделки, представленной на рис. IV. 12,
является сопряжение пят свода со стенами под углом, а также наличие
опорных башмаков, передающих часть давления на породу. Такая
конструкция запроектирована в связи с проходкой тоннеля способом
опертого свода.
00

Рис. IV.! 1. Конструкция обделок автодорожных тоннелей:

а) в крепких скальных породах; б) в трещиноватых породах: / — приемный колодец (через 100 «и)— дренажная труба; 3 —дренаж-
ная траншея
Другим примером особой
конструкции может служить
обделка косогорного тоннеля
при малой толще налегающих
пород (рис. IV. 13). Односто-
роннее горизонтальное дав-
ление и слабое сопротивле-
ние пород со стороны долины
обусловливают необходимость
сооружения массивной стены
обделки, играющей роль под-
порной стены.

В случае сооружения на
смежных участках тоннеля
обделок разной несущей спо-
собности интервал в их тол-
щине не должен быть менее

Рис. IV. 12. Конструкция обделки автодо-
рожного тоннеля с прямыми стенами

10 см, а внутреннее очертание, как правило, должно быть неизменным.
Сопряжение обделок различного внутреннего очертания вызывает
необходимость устройства переходных колец, влияет на условия вен-
тиляции, а также требует определенных изменений технологии работ
и замены инвентарной опалубки и оборудования.

При сооружении обделок из монолитного бетона, укладываемого
в опалубку, в заобделочное пространство производится первичное
и контрольное нагнетание обычных (табл. IV. 17) или аэрированных
цементных растворов (см. § 15). Нагнетаемые растворы заполняют
трещины в породе и пустоты за обделкой, улучшая условия стати-
ческой работы обделки и несколько повышая ее водонепроницаемость
(см. § 41). При сооружении тоннелей в плывунных и песчаных грун-
тах надобность в нагнетании отпадает. За обделки из монолитнопрес-
сованного бетона делается только контрольное нагнетание.

Для приготовления растворов используются чаще всего порт-
ландские или пуццолано-портландские цементы марок 400—500.
В агрессивных средах применяются специальные типы цементов, стой-

кие против различных видов агрес-
сии. Для уменьшения усадочных
явлений, увеличения зоны растека-
ния, регулирования сроков схваты-
вания и повышения водонепрони-
цаемости в растворы вводятся спе-
циальные добавки (см. табл. IV. 17).

Растворы нагнетаются растворо-
насосами через специальные ннъ-
екторы в шпуры, пробуренные в
монолитной обделке, или в металли-
ческие трубки, устанавливаемые в
обделке при бетонировании. Тех-
нология работ по нагнетанию под-
робно изложена в [8, 9, 72, 80].

Рис. IV. 13. Конструкция обделки ко-
согорного тоннеля
Составы растворов для нагнетания за обделку тоннеля [80]

Стадии нагнетания и типы обделок	Состав раствора (цемент: песок)	Наименование добавки	Процент введения добавки весу цемента
За л с о б в о д н е и и у ю обделку			
Первичное			
Сборная чугунная	1 : 3	Термополимер	0,3
	1 : 3	Мылонафт	0.1
Сборная железобетонная	1 : 2	Термополимер	о.з
и монолитная	1 :2	Бентонитовая глина	3
	1 :2	Мылонафт	0,1
	1 : 2	Хлористый кальций	2
Контрольное			
Сборная чугунная	1 : 0	Термополимер	0,3
	1: 0	Мылонафт	0,1
Сборная железобетонная	I :0	Термополимер	0,3
и монолитная	1 :0	Мылонафт	0,1
	1 :0	Бентонитовая глина	3
	1 :0	Хлористый кальций	2
За	обводи	енную обделку	

Первичное  Сборная чугунная	1 : 3  1 :3	Бентонитовая глина  Асбест хризотиловый	3  10
Сборная железобетонная	1: 2	Алюминат натрия	3
н монолитная	1 : 2	Хлористый кальинй	2
Контрольное	1 : 2	Асбест хризотиловый	10
Сборная чугунная	1 :0	Смола МФ-17 (отвердитель— 10%-ная щавелевая кислота, 20% веса смолы)	1
Сборная железобетонная	1 : 0	Фуриловый спирт (отвердитель— солянокислый анилин, 10% веса фурилового спирта)	1
	1 :0	Смола МФ-17	1,2
и монолитная		Фуриловый спирт	1.2
	1 :0	Хлористый кальций	2

§ 15.	Сборные обделки

Сборные обделки тоннелей имеют ряд преимуществ перед моно-
литными: более высокую несущую способность при меньшей толщине,
значительное повышение уровня механизации строительства, более
высокое качество обделки, собираемой из элементов заводского изго-
товления, повышенную водонепроницаемость при условии надежной
гидроизоляции стыков.

Сборные обделки выгодно отличаются от монолитных способностью
воспринимать нагрузки непосредственно после монтажа и затверде-
вания раствора, нагнетаемого в заобделочное пространство, тогда как
86
передача нагрузки на
монолитные обделки воз-
можна лишь после доста-
точно продолжительной
выстойки бетона.

Не требуя опалубки
и трудоемких работ по
бетонированию в под-
земной выработке, сбор-
ные обделки позволяют
резко увеличить скоро-
сти сооружения тонне-
лей, особенно при про-
ходке механизирован-
ными щитами пли сплош-
ным забоем с примене-
нием мощных буровых
установок и погрузоч-
ных машин.

Однако следует учи-
тывать, что транспорти-

Рис. IV.14. Сборная обделка двухпутного желез-
нодорожного тоннеля

рование элементов обделки с заводов, удаленных на значительное
расстояние, ведет к большим затратам, а массовое изготовление их
вблизи объекта строительства не всегда возможно особенно в горно-
таежных районах.

Сборные обделки могут иметь подковообразное и круговое очерта-

ние.

В нашей стране и за рубежом разработано много конструкций под-
ковообразных обделок для транспортных тоннелей (7, 8, 24].

Один из возможных вариантов конструкции сборной железобетон-
ной обделки подковообразного очертания для двухпутного тоннеля
представлен иа рис. IV. 14. Обделка выполнена в виде кругового
свода, состоящего из семи блоков четырех типов и опирающегося
на стены из трех железобетонных блоков (табл. IV. 18). Соединение
блоков обделки в кольце может быть либо иа болтах (при плоских
стыках), либо, что более предпочтительно, иа шпильках (при цилинд-
рических стыках). Соседние кольца для увеличения жесткости укла-
дываются с перевязкой швов, для чего служит укороченный опорный
пятовый блок, устанавливаемый попеременно с разных сторон свода.
Блоки соседних колец также для увеличения жесткости свода соеди-
няются на болтах.

Существенными недостатками сборных обделок подковообразного
очертания являются сложность конструктивного исполнения и гидро-
изоляции стыков, наличие большого числа болтовых отверстий, боль-
шая протяженность швов, необходимость тщательной подготовки ос-
нования стеновых блоков для обеспечения возможности монтажа всей
секции, а также некоторая сложность сохранения геометрической не-
изменяемости прн переборах породы и необходимость повышенного
объема нагнетания раствора в заобделочное пространство.
Характеристики сборной обделки двухпутного тоннеля (к рис. IV. 14)

Наименование	Единица Я пзмерениян	Колкие- стио	Наименование	Единица измерения	Количе- ство
Объем выломки породы	№	84,3	Вес нормального блока		
Объем железобетона			свода; 		т	1.3
М-400:			Вес стеновых блоков:		
свода 			3,17	Б-1		»	1.8
стен		»	3,92	Б-2		»	1,6
Число типов блоков:			Б-3		»	1.6
свода		—	4	Ширина кольца ....	см	100
стен 		—	3		г	

Применение подковообразных сборных обделок может быть реко-
мендовано при сооружении тоннелей в слабообводненных устойчи-
вых, достаточно прочных породах с коэффициентом крепости / > 3.
В породах меньшей крепости при проявлении значительного бокового
давления необходимо усложнять конфигурацию стеновых блоков.
Деформации обделок приводят к раскрытию стыков и нарушению их
гидроизоляции, что недопустимо при больших притоках воды к
тоннелю, особенно при попеременном замораживании и оттаивании.

Выбор конструкции и материала сборной обделки кругового очер-
тания зависит от конкретных инженерно-геологических и гидрогео-
логических условий, глубины заложения тоннеля и размеров его по-
перечного сечения. Ориентировочно условия применения различных
типов обделок таковы.

В особо тяжелых условиях — при пересечении слабых неустой-
чивых пород, оказывающих большое горное давление (например, во-
донасыщенных песков, супесей, суглинков, а также при постоянном
гидростатическом напоре более 10—15 м вод. столба) применяется
сборная чугунная обделка с болтовыми скреплениями.

В менее тяжелых условиях — в малоустойчивых породах с коэффи-
циентом крепости / = 0,8—1 и при гидростатическом напоре до 15—
20 м вод. столба можно применять обделку из железобетонных эле-
ментов (бетон марки 500—600) при условии выполнения их из водо-
непроницаемого бетона и надежной гидроизоляции стыков.

При пересечении глинистых устойчивых, полускальных и скаль-
ных разрушенных пород с глинисто-песчаными прослойками (/ =
= 1—3) целесообразно применение обделки из железобетонных тюбин-
гов или блоков (бетон марки 400).

Тюбинговые чугунные и железобетонные обделки железнодорож-
ных и автодорожных тоннелей проектируются по аналогии с обделка-
ми станционных тоннелей метрополитена. Они состоят из колец, соб-
ранных из сегментов (тюбингов) коробчатой формы с бортами и реб-
рами, обращенными внутрь тоннеля (рис. IV. 15, 16). Между собой
и с соседними кольцами тюбинги скрепляются болтовыми соединения-
ми или на шпильках.
Тюбинговая обделка может иметь как постоянную, так и перемен-
ную жесткость. В последнем случае площадь поперечного сечения
тюбингов по контуру обделкн принимается разной за счет изменения
толщины спинки и бортов в соответствии с эпюрами усилий.

Ширина кольца назначается в зависимости от устойчивости пере-
секаемых пород и диаметра тоннеля. В устойчивых породах при диа-
метре выработки до 6 м она обычно составляет 100 см, в слабых по-
родах п при большом поперечном сечении тоннеля размер кольца
может быть уменьшен до 50 см. Обычно в тоннелях большого диаметра
принимают кольцо шириной 75 см.

Предварительная высота сечения обделок кругового очертания
назначается на основании данных практики и колеблется в пределах
25—40 см. Окончательную высоту сечения элементов обделки уста-
навливают иа основании расчета.

Разбивка кольца обделки на элементы производится с учетом
удобства их изготовления, транспортировки и монтажа. Наибольший
вес элементов следует принимать не более 1,5 Т.

Блочная железобетонная обделка собирается из блоков прямо-
угольного или ребристого сечения — тюбингов (рис. IV. 17, 18,
табл. IV. 19, 20). Для снижения величин изгибающих моментов в же-
лезобетонных блоках или тюбингах конструируются продольные
(по отношению к оси тоннеля) стыки с центрированной передачей уси-
лий. С этой целью торцам блоков придают цилиндрическую форму,
либо в стыках устанавливают упругие прокладки или цилиндрические
шарниры (рис. IV. 19).

Монтажные отверстия в кольцевых бортах тюбинговых обделок
располагают в один ряд по средней линии, с одинаковым шагом. В же-
лезобетонных тюбингах линия расположения болтовых отверстий мо-
жет быть несколько смещена к внутренней грани тюбинга (рис. №.20).
Количество отверстий назначается из расчета четыре—шесть болтов
на каждый нормальный и смежный тюбинг и один болт на ключевой;

Рис. IV. 15. Обделка железнодорожного тоннеля из чугунных тюбингов
Рис. 1У.16. Конструкция нормального чугунного тюбинга (размеры в л.м)
в железобетонных тюбин-
гах иногда делаются три
отверстия по кольцевому
борту, а ключевой элемент
закрепляется на железобе-
тонных вкладышах.

Болты, соединяющие со-
седние кольца, выполняют
роль монтажных соедине-
ний. Болты в продольных
бортах тюбингов являются
рабочими и располагаются
в два или один ряд. В по-
следнем случае уменьшают-
ся изгибающие моменты в
обделке за счет податливо-
сти стыков, но наблюдает-
ся их раскрытие. Рабочие
болты должны быть про-
верены на действие усилий,
возникающих в обделке

Рис. IV. 17. Сборная железобетонная обделка:
/ — железобетонные вкладыши; 2 — канавки для
нагнетания цементного раствора; 3 — монтажные
шпильки

Пи 9500

[8, 91. При чрезмерной

затяжке рабочих болтов могут возникнуть большие напряжения,
разрушающие борты тюбинга. В связи с этим следует, по возможности,
избегать применения обделок с болтовыми рабочими связями.

Таблица 1У.19

Характеристика обделки (к рис. IV.17)

Наименование	Единица Ц	измеренная	Величина	—	Единица изменения		«  с а	
Наружный диаметр об- делки 	  Внутренним диаметр об- делки 	  Ширина кольца .... Толщина спинки блока . Количество блоков в кольце 		мм  » 2»  »  ШТ.		8500  7500 750 250  10	Количество типов блоков Диаметр болтовых отвер- стий 	  Объем железобетона на кольцо 	  Вес арматуры на кольцо Марка бетона		шт.  мм  ма кГ		3  32  7,1  600 500	

Таблица 1У.20

Спецификация блоков на одно кольцо

.Марка	Количество	Объем бетона, л1		Вес блока, кГ
		на 1 блок	на 1 кольцо	
СК-1		8	0,783	6,264	1960
СК-2		1	0,623	0,623	1560
СК-3		1	0,198	0,198	500
Вкладыш		2	0,0012	0,002	30
Б-Б

хорда 2904

Вид снизу

РымфЗО

1»

~ 2964 м1

Канавка 820 для на-
гнетания Встык

Д-Л
4/) 80 255 255 8040

750

1090

*

•Т

Вид Л

180. 390 ..180

«О

^1^2415-^1

1 ^2015 по 83750

'л |е

хорОа 2653

каркас!

750

М 80 755255 80 40

Каркас 1 (4шт)

Каркас 2(1шт)

Отверстие для на-
гнетания за обделки

№0, 390 180

в-в

Б'~б

2904

2344

430 210

Гнездо?
1-100 ды
монтаж-
вИХ шпил

2374

2563

750





752



Рис. 1У.18. Тюбинг СК-1 железобетонной обделки Ли=8,5 м (размеры в л.н)
При конструировании тю-
бинговой обделки произво-
дится также расчет оболочки
(спинки) тюбинга на рабочие
нагрузки от горного и гидро-
статического давления и мон-
тажные нагрузки от давления
щитовых домкратов [8, 9].

Во избежание загрязнения
лотка и для создания готово-
го основания под откаточные
пути в круговых обделках
лотковый тюбинг целесооб-
разно выполнять с плоской
внутренней поверхностью.

При сооружении обделки
на криволинейных участках
трассы применяются спе-
циальные угловые кольца, ко-
торые собираются через опре-
деленное число нормальных
колец в зависимости от ра-
диуса кривой. Вместо угло-

Рис. IV. 19. Конструкция стыков сборных
железобетонных обделок (размеры в лм):
<т) шарнирный стык с вкладышем; б) стык со
штырем-фиксатором; в) цилиндрический: 7 — че-
каночная канавка; 2 —• вкладыш из железобето-
на или заполненной бетоном металлической тру-
бы; 3 — стальной штырь-фиксатор

вых колец могут быть использованы кольцевые прокладки перемен-
ной толщины, укладываемые между ребрами смежных колец [57].

Для одного из однопутных железнодорожных тоннелей запроекти-
рована круговая обделка из железобетонных элементов с центриро-
ванными (цилиндрическими) стыками (рис. 1У.21 и табл. IV .21).

Кольцо обделки собирается из 11 блоков трех типов — восемь
нормальных, одни лотковый и два замковых вкладыша. Блоки имеют

Таблица 1У.21

Характеристики обделки из железобетонных блоков на 1 кольцо (к рис. 1У.21>

Наименование	Единица й	"к -  В	Колнче- И	СТРО	Д	Наименование	Единица Ц	измерениям	4 з-  ё С	СТРО	|)
Наружный диаметр	. .  Внутренний в	. .  Ширина кольца .... Толщина блоков .... Количество блоков в кольце 	  Количество типов блоков Вес нормального блока .  » лоткового	»  в замкового	»  Количество связей по кольцевому шву . . •.	СМ  »  »  шт.  ъ  Т  » ъ  шт.		850 796  75 27  11  3 1,39 2,1 0,06  18		Количество связей в про- дольных стыках . . .  Протяженность швов рас- чеканки 	  Объем выломки породы на кольцо 	  Объем сборного железо- бетона М-400 ....  Вес арматуры	  Нагнетание за обделку '	шт.  Л1  Л13  » кГ л2		16  32,7  42,5  5,37  1209,4 20	
Рис. 1У.20. Размещение монтажных отверстий в нормальном железобетонном тюбинге обделки 2ЛХ==8,5 м
сплошное прямоугольное сечение толщиной 27 см. Замковые блоки
заводятся в кольцо с торца со стороны забоя после передвижки щита.

Блоки в кольце соединяются на металлических монтажных шпиль-
ках длиной 170 мм, диаметром 27 мм. Блоки соседних колец соеди-
нены шпильками того же диаметра длиной 300 мм. Замковые блоки
имеют металлические удерживающие планки — «плечнки», опираю-
щиеся на соседние нормальные блоки.

В районах с суровым климатом применение на обводненных участ-
ках сборных обделок, особенно из чугунных тюбингов, может допу-
скаться только при условии заполнения чеканочных канавок пластич-
ным материалом, способным выдерживать температурные деформа-
ции обделки без нарушения водонепроницаемости стыков.
Рис. 1У.22. Болто-
вое скрепление со
сферическими шай-
бами:

1 — сферическая
шайба; 2 — асбобн-
тумная масса; 3 —
стальной болт: 4 —
кольцо из асбесто-
вого шнура

Это подтверждается опытом эксплуатации тон-
нелей линии Абакан—Тайшет и других сибирских
железных дорог, где уже через один-два года экс-
плуатации стыки чугунных тюбингов пришли в
расстройство, в результате чего появилось множе-
ство течей.

Одной из мер повышения водонепроницаемости
сборных обделок является нагнетание растворов
в заобделочное пространство. Нагнетание также
способствует улучшению статической работы об-
делки н уменьшению ее деформаций. Составы ра-
створов приведены в табл. IV. 17.

Нагнетание за обделку подразделяется на пер-
вичное и контрольное. Оба вида нагнетания за сбор-
ные обделки производятся последовательно во всех
случаях в отверстия, предусмотренные в спинках
тюбингов и блоков. Особенностью контрольного
нагнетания за железобетонные сборные обделки
является то, что оно производится в стыки эле-

ментов после гидроизоляции швов.

Гидроизоляция болтовых отверстий чугунных тюбингов осуществ-
ляется путем заполнения околоболтового зазора асбобитумной мастикой
или полиэтиленом. Под головку каждого болта и гайку устанавливают
гидроизоляционные шайбы, состоящие из вогнутой (сферической)
металлической шайбы-оболочки и асбобитумной (рис. IV.22), или
полиэтиленовой шайбы-прокладки. В результате развивающихся уси-

Стык чу-
тюбингов
креплени-

Рис. 1У.23.
гунных
с болтовым
ем:

/ — борта чугунных Тю-
бинген; 2 — уплотнен-
ный асбобитумной мас-
сой околоболтоный за-
зор; 3 — полностью вы-
прямленные металличе-
ские оболочка ' сфери-
ческих шайб

лий при затяжке болта металлическая шайба
выпрямляется и асбобитумный или полиэтилено-
вый уплотнитель вдавливается в околоболтовый
зазор, плотно его заполняя (рис. 1У.23).

Гидроизоляция швов чугунных обделок осу-
ществляется путем зачеканки их расширяющим-
ся цементом. При большом гидростатическом
напоре (порядка 4—5 кПсм2) зачеканка кана-
вок чугунных тюбинговых обделок производится
сначала освинцованным шнуром или свинцовой
проволокой, а затем ВРЦ.

При гидростатическом давлении от 5 до
15 кГ!см2 на стыкуемые поверхности тюбингов
чугунной обделки наносится слоем в 2—5 мм
мастика типа «гндроизомаст», в состав которой
входят асидол—мылонафт (35—40% по весу) и
водонепроницаемый безусадочный цемент ВВЦ
(65—60%). Мастика уплотняется при затяжке
болтов и под воздействием давления щитовых
домкратов при передвижке щита. Канавки че-
канят на треть или половину их глубины свин-
цовой проволокой, а остальную часть—цементом
ВРЦ с добавкой древесной муки или опилок.
Гидроизоляция обделок из сборных железобетонных элементов
производится в следующей последовательности: первичное нагнета-
ние, чеканка канавок, гидроизоляция отверстий для первичного наг-
нетания и болтовых отверстий, контрольное нагнетание в швы, явля-
ющееся одновременно и контрольным нагнетанием за обделку, гидро-
изоляция отверстий для контрольного нагнетания.

До начала работ по гидроизоляции должны быть тщательно заде-
ланы с применением ВРЦ поврежденные места обделки (сколы, тре-
щины), все швы и чеканочные канавки очищаются от грязи и промы-
ваются водой под давлением.

Чеканка канавок производится увлажненным ВРЦ или смесью
ВРЦ и микроасбеста (воды 15—20% веса ВРЦ). При больших при-
токах воды первый слой ВРЦ увлажняется меньше (до 8% воды).

При наличии течей применяется ВРЦ со сроками начала и конца
схватывания, соответственно 2,5 и 5 мин, при отсутствии течей —
с нормальными сроками схватывания (начало через 4 мин, конец —
через 10 мин). Смеси приготовляются непосредственно перед чекан-
кой в объеме, не превышающем потребность на 8—10 мин работы.
Чеканку ведут в два-три слоя от свода к лотку участками длиной
3—4 м. Последующие слои наносятся на увлажненные предыдущие.
Верхний слой необходимо увлажнять один-два раза в смену в течение
трех суток.

Гидроизоляция болтовых отверстий в железобетонных тюбингах
при отсутствии скреплений или если вместо болтовых скреплений ста-
вятся металлические шпильки, осуществляется аналогично отверсти-
ям для нагнетания. Концы шпилек должны отстоять от лицевой по-
верхности борта элемента на расстоянии не менее 50 мм.

Гидроизоляция болтовых отверстий в железобетонных элементах,
имеющих постоянные болтовые скрепления, производится аналогич-
но чугунным тюбингам, при этом рекомендуется применять плоские
уплотнительные шайбы.

Контрольное нагнетание в швы производится цементным молоком
в специальные отверстия или шпуры, пробуренные до породы в местах
пересечения швов (не ранее чем через трое суток после чеканки). Раст-
вор подается насосом под давлением 3—4 кПсм- через инъектор с ре-
зиновым уплотнителем.

В последнее время для нагнетания за обделку, заделки канавок
элементов сборных обделок и отверстий для нагнетания и болтовых
отверстий при отсутствии в них скреплений применяются аэрирован-
ные растворы [82], улучшающие заполнение мелких трещин и пор,
увеличивающие радиус растекания, уменьшающие размываемость
и повышающие водонепроницаемость тампонирующего слоя.

В состав аэрированных растворов входят цемент, песок, вспениваю-
щая добавка, представляющая собой мыльный продукт, специальные
добавки.

Образующиеся при аэрации раствора микроскопические пузырь-
ки воздуха заменяют в смеси тонкие фракции, отделяя зерна песка
друг от друга таким образом, что раствор при низком водоцементиом
отношении приобретает хорошую текучесть, нерасслаиваемость и вы-
сокую прилипаемость. Затвердевший аэрированный раствор имеет
более низкие показатели водопоглощен ня и водопроницаемости по
сравнению с обычным раствором.

Заделка канавок, болтовых отверстий и отверстий для нагнета-
ния аэрированными растворами допускается при наружном гидро-
статическом давлении до 0,5 кПслг. Она позволяет устранить вредное
воздействие ударных нагрузок на кромки элементов, свойственное
существующему способу чеканки, и заменить расширяющиеся це-
менты обычными. Песок просеивается через сито с отверстиями 2,5 мм.

В качестве вспенивающих добавок применяются моющие средства
типа «Прогресс», «Экстра» или сульфанолы (0,3-?0,6% веса цемента).

Для повышения водонепроницаемости, увеличения сцепления и ус-
корения сроков схватывания в аэрированные растворы ввводптся одна
из специальных добавок — хлористый кальций (2—2,5% вейа цемен-
та), жидкое стекло (1,5—2,5%) или смола МФ-17 (1—1,5%). В качест-
ве отвердителя смолы МФ-17 применяется 10%-ная щавелевая кислота
(20% веса смолы).

Для приготовления аэрированных растворов используются спе-
циальные растворосмесители, а для нагнетания растворонагнетатели.
Заполнение стыков и отверстий поизводится пистолетами при давле-
нии сжатого воздуха в растворонагнетателе 2,5—3 кПсм?.

Заделка канавок, болтовых отверстий и отверстий для нагнетания
производится двумя-тремя слоями, причем последний слой должен
иметь форму валика (рис. IV.24). Швы и отверстия, заделанные аэри-
рованными растворами, должны увлажняться в течение трех-пяти
суток через шесть—восемь часов.

В условиях попеременного замораживания и оттаивания пород
за обделкой, при воздействии сил морозного пучения п температурных
деформациях обделок, а также при гидростатическом давлении свыше
0,5 кПслг заполнение швов аэрированными растворами не рекомен-
дуется.

Следует отметить, что несмотря на большие исследовательские
и технологические работы по созданию водонепроницаемых элементов
сборных железобетонных обделок пока не удается обеспечить водо-
непроницаемость тела блоков и тюбингов при гидростатическом дав-
лении более 2 кПсм~. Поэтому параллельно испытываются конструк-
ции элементов, изолированных наносимыми на их поверхность различ-
ными мастиками, изготовленными на основе

Рис. 1У.24. Канавка, заде-
ланная аэрированным рас-
твором (размеры в лм)
98

эпоксидных смол, битумов и других мате-
риалов или защищенных гидроизолом, изо-
лом, бризолом, стеклотканью и другими
рулонными материалами, наклеиваемыми
на внешние и боковые поверхности эле-
ментов. Однако трудоемкость работ, труд-
ности защиты такой изоляции от повреж-
дений при транспортировке и монтаже пока

ограничивают ее применение.

В метростроении сборные обделки
нашли весьма широкое применение, тогда
как в строительстве железнодорожных и автодорожных, особенно
горных тоннелей, их применение пока незначительно. Сдерживаю-
щими факторами здесь являются: сложность гидроизоляции сбор-
ных обделок (особенно в суровых климатических условиях), труд-
ности ^обеспечения правильной геометрической формы при монтаже
(особенно при наличии переборов породы), большой расход металла,
некоторые неясности статической работы, обусловленные конструк-
цией стыков и связей, необходимость изготовления элементов в за-
водских условиях с последующей транспортировкой зачастую на
большие расстояния.

Предварительно напряженные сборные обделки нашли широкое
применение при строительстве гидротехнических тоннелей, где тре-
буется повышенная водонепроницаемость и сопротивление обделки
внутреннему напору воды.

Накопленный опыт сооружения и эксплуатации предварительно
напряженных обделок позволяет рекомендовать применение их (преж-
де всего обделок, обжатых в породу) и при строительстве транспорт-
ных тоннелей в условиях, когда требуется создание сжимающих
усилий в сечениях обделки для уменьшения растягивающих напря-
жений в бетоне, а также для увеличения обжатия стыков с целью повы-
шения водонепроницаемости обделок. Конструкции и расчет предва-
рительно напряженных обделок достаточно подробно приведены в ра-
ботах [8, 9, 23].

§ 16.	Верхнее строение пути и проезжая часть
в тоннелях

Железнодорожный путь в тоннеле (рис. IV.25) и на подходах
к нему на расстоянии не менее 200 м укладывается на щебеночном бал-
ласте при толщине балласта под шпалой не менее 25 см.

Не допускается укладка в тоннелях рельсов легче типа Р50. В тон-
нелях длиной более 300 м необходимо укладывать бесстыковой путь
плетями длиной до 800 м. В коротких тоннелях укладываются рельсы
длиной 25 м.

Рис. 1У.25. Путь в тоннеле (на железобетонных шпалах и щебеночном балласте)

99
Путь проектируется, как пра-
вило, на железобетонных шпалах
(см. рис. IV.25). Для уменьшения
жесткости пути на железобетонных
шпалах между подошвой рельса и
подкладкой помещают амортизи-
рующую резиновую прокладку.
Число шпал на 1 км пути в тоннеле
увеличивается в сравнении с при-
легающими открытыми участками
пути. Если на 1 км открытого уча-
стка уложено 1640 шпал, то в тон-
неле их количество увеличивается
до 1840, если же на открытом
участке уложено 1840 шпал на
1 км, то в тоннеле необходимо
уложить 2000.

Разрешается устройство пути
в тоннеле на бетонном основании
с применением скреплений раз-
дельного типа и прокладок-
амортизаторов. Этот тип пути уст-
раняет трудоемкие работы по под-
бивке и замене балласта, но имеет

более высокий модуль упругости (особенно при железобетонных
шпалах). При деревянных шпалах, уложенных в бетонное основа-
ние, осложняется замена вышедших из строя шпал.

Проезжую часть в автодорожных тоннелях проектируют, как пра-
вило, с усовершенствованным капитальным покрытием — цементо-
бетонным или асфальтобетонным.

Цементобетонные покрытия бывают двух типов — однослойные
толщиной от 18 до 24 см и двухслойные при толщине верхнего слоя
6 см и нижнего от 12 до 18 см. Эти покрытия устраиваются на подсти-
лающем гравийном или щебеночном слое толщиной 15—20 см. Реко-
мендуется обработка подстилающего слоя вяжущими материалами —
цементным раствором или битумом.

Асфальтобетонные покрытия также состоят из двух слоев: верхнего
толщиной 3,5 см и нижнего — 5 см, укладываемых на щебеночно-
гравийное основание толщиной от 20 до 40 см.

Покрытия должны иметь нормативные ровность и шероховатость
поверхности, необходимые для обеспечения расчетных скоростей
и безопасности движения.

На прямолинейных участках и на кривых радиусами 3000 м и бо-
лее для дорог 1 категории и радиусами 2000 м и более для дорог дру-
гих категорий поперечный профиль проезжей части делают двухскат-
ным с уклонами 20°/00. На кривых меньших радиусов предусматри-
вается устройство виражей с уклоном в сторону центра кривой (од-
носкатный поперечный профиль).
Виражи являются одной из
мер повышения безопасности
движения, исключающей воз-
можность поперечного скольже-
ния автомобиля, движущегося
по кривой с максимально допу-
скаемой (расчетной) скоростью.
Уклоны виражей приведены в
табл. 1У.22.

Вираж (рис. IV.26) делается
по всей длине круговой кри-
вой, а переход от профиля на
вираже к нормальному профилю
проезжей части (отгон виража)
осуществляется на длине пере-
ходной кривой.

Уширение проезжей части
(см. табл. IV.3) обычно делается

Т а б ли на 1У.22

Поперечные уклоны
проезжен части па виражах

Радиусы горизонтальных кривых, м	Уклоны, “/„о	
	основной, наиболее распро- странен-  ныП	о районах с частями! гололе-  дамп I
3000—1000 		20—30	20—30
1000—700 		30—40	30—40
700—650 		40—50	40
650—600 		50—60	40
Менее 600 		60	40

П р и м е ; а и и е. Меньшие значения
поперечных уклонов соответствуют боль-
шим радиусам кривых.

с внутренней стороны кривой пропорционально расстоянию от начала
переходной кривой так, чтобы достигнуть величины полного уширения
е к началу круговой кривой, т. е. устраиваются отводы уширения.

§ 17.	Камеры, нншн, площадки

Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала в же-
лезнодорожных тоннелях предусматриваются ниши (рис. IV.27),
располагаемые через 60 м с каждой стороны в шахматном
порядке.

Для хранения ремонтного оборудования и укрытия путевой дре-
зины через каждые 300 м по обеим сторонам железнодорожного тонне-
ля вместо ниш сооружаются камеры (рнс. IV.28). При длине тоннеля
300—400 м устраивается одна камера в середине тоннеля.

Рис. 1У.27. Ниша в железнодорожном тоннеле
Следует отметить, что наименьшая высота людских ниш у пя-
ты свода должна быть не менее 1,8 м. Если не предусматривается прок-
ладка по тоннелю трубопровода для сжатого воздуха от компрессорной
станции у портала, то ширина камер должна быть увеличена до 5,5—
6 м для установки в них компрессора.

В однопутных тоннелях кругового очертания для прохода людей
предусматривается с одной стороны по всей длине тоннеля площадка
шириной не менее 70 см с лестничными сходами через каждые 30 м
(рис. 1У.29).

В автодорожных тоннелях камеры устраиваются также по обеим
сторонам тоннеля через 300 м в шахматном порядке. В тоннеле длиной
400 м предусматривается одна камера посередине. Ширина и глубина
камер 2 м, высота (до шелыги свода) 2,5 м.

Для улучшения видимости мест укрытия наружные углы ниш
и камер железнодорожных тоннелей окрашиваются устойчивой крас-

Рис. 1У.28. Камера в железнодорожном тоннеле:

а) в обделке подковообразного очертания; б) в обделке кругового очертания
102
Рис. 1У.29. Конструкция верхнего строения пути и площадки для обслуживаю-
щего персонала в железнодорожном тоннеле кругового очертания

кой белого цвета (или выкладываются плиткой) на высоту от уровня
50 см выше головки рельсов до потолка.

В автодорожных тоннелях, если окраска стен имеет светлый тон,
камеры обрамляются краской темного цвета.
Глава V

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ПОДВОДНЫХ ТОННЕЛЕЙ

§ 18.	Способы сооружения подводных тоннелей

Различие топографических, геологических, гидрологических и про-
чих местных условий расположения подводных тоннелей влечет мно-
гообразие способов их сооружения (табл. V.!). Большинство способов
в приводимой классификации имеет отношение к строительству тон-
нелей не только подводных, но и горных и других. Чисто специфи-
ческими для подводной части тоннельных переходов являются способ
подводного котлована и способ погружения тоннельных секций.

Способы производства работ оказывают громадное влияние на боль-
шинство основных параметров подводного тоннельного перехода:
форму и размеры поперечных сечений, особенности конструкций

Таблица V. I
Рис. V.!. Железнодорожный тоннель Ханеда:

л) продольный разрез; 6) план: / — станция Шиогама; 2 — входной портал; 3 —

р. Тама; 4 —зона аэропорта; 5 — канал Моригосакн; 6— капал Кейхпп; 7 —выход-
ной портал; 8 — станция Охи; 9 — тоннель, рапсе построенный погружным спосо-
бом на линии метрополитена

обделок, а главное — глубину заложения и продольный профиль
(иногда также и план) сооружения в целом. Поэтому выбор способа
сооружения подводного тоннеля производится не только с учетом
названных выше местных условий, но и эксплуатационных требова-
ний, предъявляемых к данному подводному переходу. Имеют также
значение и технические возможности строющей организации: характер
имеющихся средств механизации и перспективы получения других
необходимых видов оборудования; обеспечение требующимися для дан-
ного способа работ строительными материалами и сборными элемен-
тами конструкций; наличие соответствующим образом подготовленных
кадров рабочих и инженерно-технического персонала.

При значительной протяженности транспортных подводных тон-
нелей местные условия не остаются постоянными по длине перехода.
Поэтому иа каждом из них всегда встречаются два, трн, а подчас
и большее количество способов производства работ.

Например, постройка двухпутного железнодорожного тоннеля Ханеда дли-
ной 6,5 км в Токио (Япония, 1971 г.), проходящего последовательно под тремя
соседними водотоками — р. Тама, каналы Моригосакн и Кейхин, —потребовала
применения следующих способов (рис. V. 1): открытого котлована на участке А,
погружных секций — Би В, двух разновидностей щитовом проходки Г н Д
и тоннелей-кессонов — Е и Ж-	_	.

На строительстве городского шестиполосного тоннеля под р. Эльбой в
Гамбурге (ФРГ), которое предполагается закончить в 1974 г., основными спосо-
бами являются погружение секций и щитовая проходка. Кроме того, применен
открытый способ в двух вариантах по типу котлована и по конструкции обделки
(рис. У.2).

Проектирование подводных тоннелей, сооружаемых закрытым ме-
тодом, ведется в соответствии с основными положениями проектиро-
вания других тоннелей. Возникает, конечно, и ряд специфических
проблем, таких, например, как гидрогеологическая разведка, выбор
оптимальной глубины заложения в связи с обеспечением безопасности
от прорыва кровли пород над тоннелем, расчет обделки на значитель-
ное гидростатическое давление и надежность ее гидроизоляций, конст-
руирование дренажей, расположенных на большой глубине под уров-
нем воды и пр. Рассмотреть эти проблемы детально в рамках данного
пособия не представляется возможным.

Поэтому ограничимся одним примером решения нх на ведущемся строитель-
стве подводного железнодорожного тоннеля «Сейкен» под морским проливом
Цугару между островами Хонсю н Хоккайдо (Япония). Этот тоннель является
элементом железной дороги, заменяющей весьма ненадежную в условиях япон-
ских тайфунов и цунами паромную переправу между городами Аоморн и Хако-
дате с длиной трассы 113 км (рнс. У.З). Несмотря иа увеличение протяженности

XI
31
Ы1
1Л1
И1

'ДМ)

-980

31

Ионная длина перехода 3238м.

Расстояние между порталами 2653м.

3

И1

уд ьерегмйГ

ЩитоВдя ярохоЗиа

3

39,7

65,5

35

55.7

МУШ

I канат |

И!, /77577

.,ггл)апИ>пппемЬ1и Т
Открытый.

57------

Н.

^ирммый

№ 5-Н 6

1	|2 | Д

56,3________

~1Нб =

56	55,7

Г7, — —.

'У*

.»	^.7

&9.51

чусМВЗй---

'погрунсние секций

Шея















Рнс. У.2. Автодорожный тоннель под Эльбой в Гамбурге:

УП — участки перехода; СС — способы сооружения; ВК — виды конструкций; С? хО/сек —
расходы воздуха. + приток.— вытяжка; /I —глубина в .и от природной поверхности земли
до перекрытия' тоннеля; Л,—то же, до низа конструкции (глубина заложения); Ни— услов-
ная отметка проезжей части в лг, Г/Ь — проектные уклоны в %, и длины в и элементов
продольного профиля; На —условные отметки поверхности земли; СУ — строительные уча-
стки; П — пл ап трассы; НК и КК — начало и конец вертикальных кривых с радиусом Г
в лс; 7 — открытая железобетонная рампа; 2 — растровый участок рампы длиной 120 .и; 3 —
вентиляционное здание «Юг»; 4 — вентиляционное здание «Центр»; 5 — совмещенное вен-
тиляционно-служебное здание «Север»; 6 — растровый участок с подпорными стейками дли-
ной 120 лс; / — тоннельные погружные секции на длине 132X8+1 — 1057 лс; II — монолитный
железобетонный тоннель длиной 226 лс; /// — три круговых тоннеля длиной 1113,5 лс с чу-
гункой обделкой; IV — трехсекщ<01Н1ый железобетонный тоннель длиной 180 лс
нового пути до 170 км, ‘время
на преодоление водной пре-
грады сокращается с 250 до
90 мин, а главное, обеспечи-
вается полная регулярность
сообщения через пролив, с*

Тоннель Сейкен (рис. У.4),
общей протяженностью 36,4 км,
проходит на длине 22 км под
морским дном при глубине
воды до 150 м. Минимальная
толща породы над шелыгой
свода принята  сейчас 70 м.
Наибольший уклон—20°/о0. Ос-
новным работам по подводной
части сооружения предшест-
вует проходка пилот-тоннеля
круглого сечения при помощи
механизированного комплекса
наружным диаметром 3,6 м.

Пилот-тоннель должен обе-
спечить проектировщиков и
строителей исчерпывающим
материалом по геологическому

разрезу вдоль трассы тоннеля,

включая гидрогеологические Рис. У.З. Паромная переправа и подводио-тон-
данные, которые в рассматри- цельный переход через пролив Цугару (Япония)
ваемом случае имеют особенно

важное значение. После этого будут решаться вопросы поперечного сечения пере-
хода. Пока оно рассматривается в двух вариантах тоннелей кругового очертания:
а) два однопутных наружным диаметром по 8,6 л и б) одни двухпутный наружным
диаметром 11.3 л. Одновременно будут уточнены отметки заложения и сделан
окончательный выбор способов проходки на отдельных участках тоииеля.

Среди большого количества подводных транспортных тоннелей,
построенных щитовым способом, заслуживают внимания шесть тон-
нелей Ленинградского метрополитена, пройденные под Невой в 1956—
1966 г. Все они сооружались в коренных породах при большой глу-
бине заложения. Некоторым тоннелям были приданы большие про-
дольные уклоны, более характерные для автодорожных переходов.
Это наложило определенный отпечаток на организацию проходки.
Комплексная механизация работ (рис. У.5), включая механизирован-
ные щиты планетарного действия, и несколько повышенное давление
воздуха в тоннеле обеспечили получение высоких технико-экономи-
ческих показателей прн отличном качестве сооружений.

Примером щитовой проходки подводных тоннелей относительно
мелкого заложения могут служить два автодорожных перехода
под Темзой близ Лондона, построенные немеханизированнымн щитами
в аллювиальных отложениях. Одни из них—между городами Дертфорд
и Перфлит (1957—1962 гг.) — потребовал местами предварительного
искусственного укрепления грунтов, которое производилось с поверх-
ности земли; другой — между районами Поплар и Гринвич (1960—
1965 гг.) — сооружался с применением искусственного укрепления
грунтов из двух предварительно пройденных тоннелей малого диа-
метра (пилот-тоннелей) вверху и внизу основного сечения тоннеля [4].
ЗбЛкм

Рис. У.4. Железнодорожный подводный тоннель «Сейкен»:

а) продольный разрез по осн перехода; б) — поперечный разрез при двух однопутных
тоннелях; о)—то же. при одном двухпутном: 1 и 7 — порталы; 2 — железнодорожный
тоннель: 3 п 5 — наклонные участки пнлот-тоннеля; 4 — горизонтальный пилот-тоннель;
о — соединительный ходок

Рис. У.5. Сооружение подводного тоннеля на большом уклоне щитовым способом
с комплексной механизацией работ под сжатым воздухом:

а) продольный разрез; б) — схематический план; в) — поперечный разрез; 1 — механи-
зированный щит н.тинетарного действия; 2 — станок ПР-ГОО для бурения опережающих
разведочных скважин; 3 — спасательный экран; 4 — аварийный мостик; 5 — камера для от-
каточных лебедок: б — подвесные толкатели; 7 — людской шлюз; 8 — зона нормального
давления; 9 — участок тоннеля увеличенного сечения; 10 — материальные шлюзы; и —
шлюзовая перемычка; 12 — зона сжатого воздуха; 13 — тяговые лебедки концевой откат-
ки; 14 — транспортная эстакада; 15 — рольганг; 16 — погрузочный транспортер; 17 — дву-
рукий тюбнигоукладчик; 18 — транспортер внутри полого вала эректора; 19 — шлагбаум;
20 — электровоз
Рис. У.6. Глубина заложения и характерные
отметки подводного тоннеля при сооружении
его способами:

о) щитовой проходки; б) погружения секций

Перспективным следует
считать применение для
проходки подводных тон-
нелей герметических щитов
с гидромеханизацией раз-
работки и уборки породы
в забое, позволяющих в
самых неблагоприятных
гидрогеологических усло-
виях обойтись без приме-
нения сжатого воздуха в
зоне работы людей.

Прочие разновидности
закрытого метода при по-
стройке подводных тонне-
лей находят лишь весьма
ограниченное применение.

Открытый метод производства работ позволяет придать сооружае-
мому тоннелю прямоугольную (или близкую к ней) форму поперечного
сечения с большой шириной. Благодаря этому в одном подводном
тоннеле могут быть расположены все железнодорожные пути или по-
лосы автомобильного движения, сконцентрированные иа данном
переходе. Получаются конструкции, экономичные при строительстве,
особенно подходных участков, и удобные в эксплуатации.

Минимальная глубина заложения, свойственная открытому мето-
ду, сокращает длину наклонных участков, сооружаемых с предельно
допустимыми уклонами, и тем самым значительно уменьшает общую
протяженность тоннельного перехода сравнительно с закрытым мето-
дом. Например, разница отметок проезжей части (или ж. д. полотна)
в круговом тоннеле, сооружаемом щитовым способом при средней
глубине заложения, и в тоннеле открытого метода работ с прямоуголь-
ным поперечным сечением может составить около 10 м (рис. У.6).
Если для автодорожного тоннеля принять величину уклона в 4%,
то при указанной разнице отметок полная протяженность перехода
в первом случае будет на 500 м длиннее, чем во втором. При меньшей
величине уклона или более глубоком заложении кругового тоннеля
различие в длинах перехода соответственно увеличивается.

Среди разновидностей открытого метода строительства подводных
тоннелей наибольшее распространение в настоящее время имеет способ
погружения готовых (или почти готовых) секций.

Отдельные пространственные элементы подводного тоннеля —
погружные секции—строятся на стапелях, в плавучем или сухом
корабельном доке, во временном стройдоке, в доке-шлюзе, в котловане
береговой части тоннеля и т. п. Одновременно по дну акватории раз-
рабатывается вдоль оси перехода подводная выемка, чаще всего тра-
пецеидального сечения. Для этого используются плавучие земснаряды
рефулерного или черпакового типа; если требуется, порода предвари-
тельно рыхлится подводными взрывами. Надежно гидроизолированные
секции перекрываются с торцов временными перегородками, испыты-
ваются на водонепроницаемость и плавучесть, после чего доставляются
буксирами на плаву к месту погружения. Посредством специальных
агрегатов, а в более простых случаях при помощи плавучих кранов
каждая секция укладывается на соответственно подготовленное ос-
нование (или фундамент) на дне подводной выемкн и стыкуется с ра-
нее погруженной секцией. При необходимости секции после этого до-
страиваются внутри, догружаются и замоноличиваются в стыках.
На заключительном этапе работ подводная выемка засыпается грун-
том, слой которого над секцией, иногда дополняемый специальными
конструкциями, должен обеспечить необходимую степень защиты
тоннеля от повреждений, а в некоторых случаях служить и дополни-
тельный пригрузкой, препятствующей его всплытию.

Способ погружения секций позволяет прокладывать тоннели непо-
средственно в ложе реки, канала, пролива, залива и т. п. при любых
слагающих его грунтах. В отдельных случаях секции могут также
возвышаться, частично или полностью, над природным дном водо-
тока или даже приподниматься над ним на специально отсыпанной на-
сыпи-дамбе. Вместо сплошной грунтовой насыпи могут быть устроены
отдельные опоры, при этом из погружных секций создается совсем
своеобразное сооружение, которое называется тоннелем-мостом.

Погружные тоннельные секции представляют собой самые крупные
монтажные элементы среди применяемых в практике возведения ин-
женерных сооружений сборной конструкции. Благодаря этому рас-
сматриваемый способ позволяет использовать наиболее эффективные
средства механизации строительно-монтажных работ (земснаряды,
плавучие и другие мощные краны, крупнотоннажные плавсредства,
установки для механизированного равнения постели, плавуче-пере-
ставные подмости и пр.).

В результате применения достижений современной науки и техники
строительство подводных тоннелей способом погружения секций от-
личается относительно малой трудоемкостью, экономичностью и вы-
сокими темпами. В средних условиях транспортный тоннель с подрус-
ловым участком длиной 0,5 км может быть построен за 2,5—3 года.

§ 19. Особенности трассы и поперечного сечения
подводных тоннелей

Трасса подводного транспортного перехода прокладывается по
возможности под прямым углом к осн водотока. Но выбор такого
направления обычно диктуется только соображениями сокращения
длины части тоннеля, сооружаемой в пределах русла. В отличне от про-
ектирования мостовых переходов, вопросы гидравлики водотока и су-
доходные условия имеют в этом случае относительно небольшое зна-
чение. Поэтому возможны и практически встречаются значительные
отступления от приведенного выше положения, в частности, когда
сложность постройки и стоимость 1 я береговых участков тоннеля по-
лучаются больше, чем русловых, что весьма вероятно при строительстве
русловой части перехода способом погружения готовых секций. Пря-
но
Рис. У.7. Характерные случаи криволинейной в плане трассы:

/ — ось перехода; 2 —линии берегов; 3 — горизонтали рельефа; 4 — местное препят-
ствие; 5 — островок

мером очень косого расположения тоннельного створа является строя-
щийся автодорожный переход в Гамбурге, пересекающий р. Эльбу
под углом 38° (см. рис. У.2).

Наиболее благоприятным для строительства и эксплуатации под-
водного тоннельного перехода является прямолинейный план трассы.
Однако в некоторых условиях, чаще всего при сооружении тоннеля
мелкого заложения, не удается избежать криволинейных участков.
Характерными можно признать следующие случаи (рис. У.7).

1.	Особенности теорритории района постройки на обоих берегах
не дают возможности расположить подходные участки перехода на
одной прямой. Оня попадают на стороны тупого угла (I, а) или на
две рядом идущие линии (I, б). Соответственно ось тоннеля в пла-
не получает кривую, вписанную в названный угол, или приобретает
8-образную форму с расположением кривых где-то по длине соору-
жения в зависимости от его геометрических параметров, особен-
ностей производства работ и местных условий.

2.	Необходимо (например, из-за застройки территории) выйти
на поверхность по перпендикулярам к береговым линиям при косом
пересечении водотока (II). Кривые участки располагаются тогда вбли-
зи урезов воды, а весь переход получает в плане вытянутую 8-образную
форму.

3.	Крутое падение берега заставляет повернуть в плане ось тоннель-
ного перехода, так чтобы приблизить ее к основному направлению
топографических «горизонталей» (III). Этим достигается сокращение
длины выхода на поверхность, а следовательно, всей протяженности
тоннельного перехода.

4.	С целью улучшения условий для погружения секций необходимо
обойти местное препятствие (IV, а). Или, наоборот, целесообразно
искривить трассу для использования особо благоприятных условий,
создаваемых, например, островком (IV, б) для организации промежу-
точной стройплощадки при щитовой проходке или для размещения
вентиляционного здания и т. п.

Одним из тоннельных переходов с искривлениями в плане является
автодорожный тоннель под акваторией Старого порта в Марселе
(рис. У.8), построенный в русловой части способом погружения
секций. Кривые там находятся на береговых частях перехода, соору-
женных открытым и горным способами. Также вне пределов участка
погружения секций располагаются кривые на трассе тоннельного пе-
рехода под заливом Эй в Амстердаме (см. рис. V.16). Однако имеются
примеры тоннелей с кривыми в пределах участков погружения секций.
К ним, в частности, относится тоннель метрополитена в Роттердаме,
часть секций которого искривлена в горизонтальной плоскости с ра-
диусами до 300 м. В том же городе имеется автодорожный тоннель
Бенилюкс под р. Новый Маас (1962—1967 гг.), построенный целиком
на кривой радиусом 1400 м.

Продольный профиль подводных тоннелей чаще всего бывает
двухскатного вогнутого очертания. Однако в случае длинных пере-
ходов, сооружаемых с применением погружных секций, может потре-
боваться более сложная полигональная или многоскатная форма про-
филя, которая определяется отметками дна водотока по тоннельной
трассе и условием получения минимальных глубин подводной выемки.
Характерным примером в этом отношении является недавно построен-
ный железнодорожный тоннель длиной 5,8 км под заливом Сан-Фран-
циско (рис. V.9). Полигональная форма его продольного профиля
и, одновременно, сложные условия трассирования в плане (обход

Рис. У.8. План тоннельного перехода под акваторией Старого порта в Марселе:
1 — участок проходки тоннеля горным способом; 2 — участки, построенные п открытом кот-
ловане; 3 — участок погружения секций: 4— транспортная развязка перед тоннелем; 5~
сухой док, где изготовлялись тоннельные секции.
Рис. У.9. Железнодорожный тоннель с полигональным (многоскатным) продоль-
ным профилем:

Л — участок щитовой проходки; Б —участок погружения секций; В —участок, построенный
о открытом котловане; 1 — вентиляционное здание на кессонном фундаменте; 2 — защитная
отсыпка на участках возвышения тоннеля над дном водоема; 3 — средний урозень моря:
4 — вентиляционное здание, сооруженное в открытом котловане; 5 — уровень головки рель-
са; 6 — рабочая камера кессона

сейсмоопасных участков дна залива) потребовали искривления^'оси
сооружения как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях.
Поэтому из 57 секций этого тоннеля 15 имеют криволинейное очерта-
ние в плане и четыре — в профиле, а две секции представляют собой
отрезки спирали, криволинейные в обеих плоскостях.

Минимальный уклон подводных транспортных тоннелей прини-
мается 0,003, а в особо оправдываемых случаях — 0,002. Наибольший
уклон для железнодорожных подводных тоннелей, как и при проекти-
ровании горных, зависит от руководящего уклона и требуемого смяг-
чения его. Однако в связи с тем, что поезда всегда входят в подводные
тоннели под уклон, для иих нет необходимости распространять смяг-
чение уклона на предпортальные участки.

Наибольшие уклоны для автодорожных подводных тоннелей в оте-
чественных нормах еще на нашли достаточного отражения. Очевид-
но, они должны в определенной мере соответствовать требованиям,
предъявляемым к открытым участкам дороги. В то же время необходимо
при назначении максимального продольного уклона в тоннеле учи-
тывать следующее. Во-первых, решающее в большинстве случаев влия-
ние уклона на длину перехода, а следовательно, на стоимость строи-
тельства и эксплуатационные расходы. Во-вторых, реальную воз-
можность и экономическую целесообразность создания на относитель-
но коротком участке тоннельного перехода наиболее благоприятных
дорожных условий для движения транспорта, позволяющих рассмат-
ривать вопрос даже об увеличении допустимого уклона сравнительно
с открытыми участками автомобильной магистрали. В зарубежной
практике наибольшие уклоны подводных тоннелей на дорогах госу-
дарственного значения наиболее часто принимаются в пределах 35—
50°/оо, а в некоторых городских тоннелях достигают 60°/оо.

Длина элементов продольного профиля и требования к их сопря-
жению принимаются по нормативам для открытых участков трассы.
Места переломов профиля, как правило, совмещаются со стыками по-
гружных секции, так как другое расположение их сильно усложняет
как конструкцию самой секции, так и устройство для нее основания.
Однако в случае, когда была поставлена задача ограничиться укладкой
одной секции под всем руслом водотока и секция получилась длиной
140 м, оказалось целесообразным разместить вертикальную кривую
радиусом 2250 л, сопрягающую элементы профиля с обратными ук-
лонами 40°/Оо в пределах длины секции (рнс. У.Ю). Из трех возмож-
ных в данном случае конструктивных решений — секция прямолиней-
ного очертания в профиле, нос увеличенной высотой, ломаная (угловая)
секция и секция криволинейная в вертикальной плоскости—осущест-
влено последнее. Оно представило известные трудности в отношении
сооружения и установки секции, а особенно по планировке основания
для нее, но зато явилось самым экономичным по объемам работ. Другой
редкий пример криволинейных секций — приведенный выше тоннель
в С. Франциско.

Наряду с максимальным уклоном определяющее влияние на длину
тоннельного перехода и все его технико-экономические показатели
оказывает глубина заложения тоннеля. При использовании подземных
способов постройки тоннеля она назначается минимальной, обеспечи-
вающей безопасность проходческих работ. При строительстве способом
погружения секций или в открытом котловане заложение тоннеля
обыкновенно принимается таким, чтобы над конструкцией оставался
защитный слой грунта толщиной не менее 1,5—2 м, считая от проект-

а]
лЧП||Чгтг

76 = 176

6=20=12*10 = 250 [4=20=7=Ш

6=20=12*10 = 250

1г = 20=6*32
---*152

= 1(10

В)

ДОР- полотно ле$ ^ерег

гме

-Сдщ. дно

М3 Прпснтное

~?2 -низшая пиле-

на поаоооной бы

______емки_______

308	|	250

верх нонет

тоннеля -

Ло. берег Даромотно

нала

Низшая точка
~2(№ Лор. полотна

21,6 Г_________________

Низшая точка конструкции

НО |	250	|	332





Рис. У.Ю. Автодорожный тоннель с вертикальной кривой в пределах погружной
секции:

с) продольный разрез; б) схема продольного профиля дорожного полотна н характерные
отметки; А — русловой участок — готовая секция из 7 блоков, погруженная на дно под-
водной выемки: Б — береговые участки с дпухсаодчатым перекрытием; В — участки рампы
с надгабаритиымн распорками (световые переходы); Г — открытые участки рамп с криво-
линейным лотком; Д — то же с плоским лотком
Рис. У.П. Поперечное сечение тоннеля с уменьшенным заглублением секций:

/ и 2—каменная наброска; 3 — тоннельная секция: 4—песчаная засыпка; 3— гравийная
засыпка; 6 — намывная песчаная постель; 7 — железобетонные маты

ной линии размыва ложа водотока. Иногда по определенным местным
условиям толщина защитного слоя увеличивается, например, до 4 м,
а в отдельных случаях тоннель вместе с защитным слоем каменной на-
броски может даже несколько возвышаться над бытовым дном водотока,
если это обеспечивает минимальную длину перехода и возможно по
гидрологическим условиям (рис. У.П). Имеются проекты подвод-
ных тоннелей, в которых с целью уменьшения глубины заложения
предусматривается укладка секций не в выемку, а наоборот — на дам-
бу, отсыпанную по створу перехода (тоннели под проливами Босфор
в Турции и Кансо в Канаде). Понятно, что подобные решения целесооб-
разны только при глубоких водотоках с незначительным течением.

Форма и-размеры поперечного сечения тоннеля определяются в ос-
новном назначением сооружения, способом производства работ, инже-

нерно-геологическими ус-
ловиями строительства,
принятым материалом для
обделки, системой вентиля-
ции н особенностями ста-
тической работы конструк-
ции. Различный характер
и сочетания перечисленных
факторов приводят к суще-
ственному разнообразию
типов поперечного сечения
и конструкций, применяе-
мых в современной прак-
тике строительства подвод-
ных тоннелей.

Таким образом, во мно-
гих случаях приходится
рассматривать не изолиро-
ванно один тип попереч-
ного сечения тоннеля, а
комплекс этих типов, нахо-
дящихся в определенной
взаимозависимости. Выбор
оптимального типа попе-
речного сечения н соответ-

Рпс. У.12. Конструкция автодорожного тон-
неля кругового очертания с поперечной вен-
тиляцией:

3 — ряд светильников; 4 — звукопоглощающий пото-
лок: 5 — вытяжной канал сечением 12.3 б — чу-
гунные тюбинги; 7 — сборные железобетонные пане-
ли; 8 — приточный канал сечением 12,3	!/ — во-

доотводная труба
ствующих конструкций возможен только путем применения вариант-
ного. метода проектирования —- составления и тщательного анализа
конкуреитиоспособных вариантов. При этом сопоставляются как на-
туральные, так и денежные строительные и эксплуатационные пока-
затели рассматриваемых типов конструкций и всего тоннельного пе-
рехода, сооружаемого с их применением.

Одной из характерных форм поперечного сечения подводных тон-
нелей является круговая (рис. У.12). Она хорошо приспособлена
к воспринятию действующих нагрузок и целесообразна при щитовой
проходке. Однако при способе погружения секций круговая и много-
угольная обделки требуют увеличенной глубины выемки и часто вызы-
вают излишнее понижение отметок проезжей части тоннеля, что при-
водит к увеличению длины перехода.

Наиболее распространенная теперь форма сечения подводйых тон-
нелей приближается к прямоугольному очертанию. Оно удобно при же-
лезобетонной конструкции секции, обеспечивает наименьшую глубину
заложения и длину тоннеля, одновременно позволяя использовать
любую из практически применяемых в современном тоннелестроении
систем вентиляции.

§ 20.	Погружные секции

Основные схемы и классификация конструкций. Выбор формы
поперечного сечения и типа конструкции погружной секции оказы-
вает рашающее влияние на технико-экономические показатели строи-
тельства и эксплуатации подводного тоннеля. Это видно из сопостав-
ления приведенных на рис. У.13 схем:

1)	полная длина перехода Ь находится в линейной зависимости
от глубины заложения низшей точки дорожного полотна в тоннеле;

2)	высота тоннельной секции /гс при заданном габарите приближе-
ния строений определяется двумя размерами: наибольшим возвыше-
нием конструкции над габаритным очертанием и понижением ее под
уровнем дорожного полотна. В первый размер 1га, кроме конст-
руктивной толщины перекрытия, входит высота верхнего вентиля-
ционного канала и толщина подвесного потолка, отделяющего его от
проезда. Вторая величина Лл включает в себя толщину дорожного
покрытия и расположенного под ним слоя балласта или подготовки,
высоту нижнего ветиляционного канала вместе с перекрывающей его
плитой проезжей части и толщину лотковой конструкции секции;

3)	на глубину подводной выемки Нс решающее влияние оказывает
высота погружной секции /?с и толщина основания под нею Ао;

4)	если в процессе проектирования секции требуется увеличить ее
поперечное сечение, то надо стремиться сделать это за счет ширины по-
следнего. Приведенная схема (рис. У.13, б) показывает, что добавка
к сечению по высоте может дать примерно трехкратное увеличение
объема разработки выемки сравнительно с тем, который получается
от равной площади сечения, прибавляемой в горизонтальном направ-
лении.
Рис. У.13. Пояснительные схемы к анализу влияния типов погружных секций на
технико-экономические показатели подводного транспортного тоннеля:

а) продольный разрез; б) поперечное сечение подподноП выемки; в) сечения характерных
типов погружных секций

Современное разнообразие конструктивных типов погружных сек-
ций вызывает необходимость приведения их в определенную систему,
которая создает предпосылки для лучшего понимания важнейших
закономерностей образования типов этих конструкций.

Выполненная систематизация погружных секций имеет в основе
исследование многочисленных примеров осуществленных или только
проектировавшихся подводных тоннелей. Ниже приводится классифи-
Классификация типов погружных тоннельных секций

Вид поперечного сечения		1 11 1 -  Расположение вентиля- ционных каналов		Модификация поперечного сечения			
1		II		111			
Круг	ординарный	Каналов нет		Номинальная форма (по графе I)			
	в прямоугольнике	Каналы расположены по высоте	внизу	То же, со сглаженны- ми углами			
	в восьмиугольни- ке		вверху	Сужение сечения	внизу		
	в десятиугольнике		внизу и вверху		вверху		
Несколько кругов в прямоугольнике	Полные круги	Каналы расположены по ширине	с одного бока		внизу и вверху	ломаное очерта- ние наружных- стен	
	Круги со срезан- ными боковыми сегментами		симметрично по бокам			криволинейное очертание на- ружных стен	
Приблизительно прямоугольная рама	Однопролетная		посередине	Уменьшение высоты сечения по бокам приданием	перекрытию	ломаного очерта- ния	
	Двухпролетная		где-то по ширине			криволинейного очертания	
	Трехпролетная		по бокам и посе- редине		лотку	ломаного очер- тания	
	Многолролетная		по бокам и где- то посередине			криволинейного очертания	

кация погружных тоннельных секций по характерным конструктив-
ным признакам (табл. У.2).

Секции кругового сечения. Такне секции (см. рис. У.13, тип 1)
известны в двух вариантах конструктивного выполнения. Одним нз них
является железобетонный цилиндр с наружной гидроизоляцией.
В первых осуществленных сооружениях этого типа гидроизоляцион-
ная мембрана выполнялась из нескольких слоев рулонного материала
(типа рубероида или гидроизола), наклеиваемого битумной разогретой
118
Т а б л и ц а У.2

по конструктивным признакам

	Материал и конструкция				Гидроизоляция			
	[V				V			
	Стальная оболочка с внутренней обделкой из кирпича, бетона пли железобетона				Водонепроницаемость основной конструкции			
	Стальная оболочка, усилен- ная изнутри железобетонной обделкой, с объемлющей об- шивкой понтоном н бетонным заполнением пазух			Обшивка деревянная	1	Наружная мембрана	Листовая сталь		
				Обшивка стальная		Рулонные материалы, наклеиваемые 		 		битумной мастикой	Материал типа гпдронзола
	Стальной каркас из связанных между со- бой наружной н внутренней оболочек с армированным бетонным заполнением							Стеклоткань
	Железобетонная конструкция	с сечением элементов	ребристым или пустотелым				синтетическим клеем	Стеклоткань
			сплошным					Синтетическая пленка
		с предвари- тельно напря- женной арма- турой	в двух поперечных направ- лениях			Напыляемая, нз стеклово- локна п синтетического вяжущего		
			во всех трех направле- ниях		Внутренняя мембрана 1	Без поддержи- вающей кон- струкции	Листовая сталь	
		продольно жесткая					Синтетические материа- лы с большой адге- зией к бето ну	
		с податливыми стыками между отдельными блоками секции						
		с временными продольными пред- напряженными тяжами, устанав- ливаемыми на монтажный период				Рулонные материалы на би- тумной основе с поддержи- вающей конструкцией— рубашкой		

мастикой; затем была применена аналогичная оклеечиая гидроизо-
ляция, но с использованием в качестве основы стеклоткани; теперь
применяется также наружная напыляемая гидроизоляция из эпок-
сидного компаунда, армированного рубленым стекловолокном. Для за-
щиты от механических повреждений оклеечиая битумная гидроизо-
ляция снабжается деревянной обшивкой, стянутой бандажами из
стальных тросов. Более прочная гидроизоляционная мембрана из
стеклопластика может быть оставлена без защитного покрытия.

1)9
Другой вариант погружных секций кругового сечения представ-
ляет собой две концентрические стальные оболочки разного диаметра,
взаимно связанные продольными и поперечными ребрами. Промежу-
ток между оболочками заполняется бетоном. Иногда дополнительно
устраивается внутренняя железобетонная обделка. Стальная обшивка
снаружи защищена от коррозии слоем бетона или торкретом, наноси-
мым по приваренной металлической сетке, а также другими способами.
По концам секции нередко снабжаются плоскими прямоугольными
или коническими «воротниками», облегчающими подводную стыковку
(рис. У.14).

Круговая форма сечения погружной секции обеспечивает нанлуч-
шую статическую работу ее конструкции в характерных условиях
рыхлых н водонасыщенных грунтов засыпки при относительно большом
гидростатическом давлении. Этим определяется наименьшая по от-
ношению к остальным типам толщина несущей конструкции, работаю-
щей в основном иа сжимающие усилия.

Недостатком кругового очертания являются большие излишки
сечения, которые в случае автодорожного тоннеля остаются выше
и ниже основного проезда. При поперечной системе вентиляции они
обычно используются для размещения вентиляционных каналов.
Однако столь интенсивный способ проветривания тоннеля часто не вы-
зывается необходимостью. В то же время увеличение высоты сечения,
как показано раньше, всегда связано со значительным ростом объемов
подводных земляных работ и в большинстве случаев — с удлинением
перехода. В случае железнодорожного однопутного тоннеля коэффи-
циент использования кругового поперечного сечения получается боль-
шим, а высота конструкции почти не отличается от минимально воз-
можной при прямоугольном очертании.

Секции многоугольного сечения. Вышеизложенное почти целиком
относится и к многократно примененному для подводных тоннелей
типу погружных секций с внутренней, небольшой по толщине, круго-
вой железобетонной обделкой (иногда дополняемой стальной обо-
лочкой), внешним стальным многоугольным кожухом и бетонным
заполнением между ними (см. рис. У.13, тип 2). Основным достоинст-
вом такой десятиугольной конструкции является возможность соору-
жения ее относительно легкого остова, представляющего собой по-
добие стальной баржи, на береговом стапеле. Достройка секции

Рис. У.14. Тоннельная
секция кругового сече-
ния:

1 — стальная цилиндриче-
ская оболочка; 2 — мон-
тажные опоры; 3 — пря-
моугольны!! «воротник»; 4 —
стальной стыковой полуци-
линдр
Рис. У.15. Последовательность бетонирова-
ния погружной секции с повышенной плаву-
честью:

А — обеспечивается остойчивость секции с ми-
иималыюП осадкой Яо-2,85 .и; Б — плавучесть
снижена до минимума, осадка увеличилась до
Я—9,2 я; В — секции придается отрицательная
плавучесть; Г — создается запас устойчивости
на невсплывание; 1—9 — порядок бетонирования
отдельных элементов конструкции

перехода через Чесапикский залив.

производится после спуска на
воду. Бетонное заполнение
укладывается перед и в про-
цессе погружения или даже
вслед за окончательной уста-
новкой секции на дно выемки.
Подводное бетонирование ве-
дется при этом по способу
вертикально перемещающейся
трубы — ВПТ.

Отмеченное качество сек-
ций данного типа — их вре-
менная повышенная плаву-
честь — становится весьма по-
лезным в двух случаях.
Во-первых, если требуется
дальняя транспортировка сек-
ций на плаву. Такая необхо-
димость встретилась, напри-
мер, при сооружении двух
подводных автодорожных тон-
нелей в США. Изготовленные
на верфи в Техасе основные
конструкции погружных сек-
ций были отбуксированы по
Атлантическому океану на
расстояние свыше 2,5 тыс. км
до створа тоннельно-мостового

Во-вторых, когда погружение секций осуществляется на мелководье.
В подобных условиях только плавающая с минимальной осадкой секция
может быть без затруднений и дополнительных дноуглубительных
работ доставлена на створ перехода. Там секцию достраивают, причем
она постепенно погружается в подводную выемку. Последний бетон,
укладываемый после точной установки секции на подготовленное
основание, окончательно закрепляет ее в проектном положении
(рис. У.15).

Для такой секции устойчивость на невсплывание может быть легко
обеспечена без дополнительного пригруза. Поэтому минимальная
толща засыпки над тоннелем определяется в этом случае только зада-
чами надежной защиты конструкции от механических повреждений.

Если нет необходимости предъявлять к секции требование повы-
шенной плавучести, то борта ее могут быть понижены. При этом как бы
срезаются верхние боковые углы (см. пунктир на схеме типа 2,
рис. У.13) и поперечное сечение тоннеля становится восьмиугольным
по наружному контуру.

Другой вариант секции восьмиугольного сечения (см. рис. У.13,
тип 3) по основным свойствам мало отличается от кругового, но полная
высота таких секций незначительно сокращается за счет срезаемых
сверху и снизу сегментов. Зато толщина несущей конструкции тоннеля
121
в этом случае несколько возрастает из-за возникновения изгибающих
моментов в элементах многоугольной рамы.

Общим достоинством погружных секций рассмотренных типов
являются минимальные размеры по ширине дна подводной выемки
и, соответственно, основания (постели), на котором секция фиксиру-
ется в погруженном состоянии. В случае применения основания из пес-
чано-гравийной или щебеночной отсыпки может иметь некоторое зна-
чение н относительная простота работ по завершению его устройства
после установки секции, определяемая двусторонне скошенной формой
низа тоннельной конструкции.

Секции прямоугольного сечения. Основным материалом этих
секции служит железобетон. Изготовляются они в сухих доках и до-
водятся до состояния полной готовности несущей конструкции. Можно
привести лишь небольшое количество исключений из этого правила.
Среди них тоннельный переход под р. Маас в Роттердаме — первый
в мире тоннель, подводная часть которого имеет железобетонную конст-
рукцию в виде прямоугольной рамы. Вследствие недостаточной глу-
бины воды и большого веса секций сооружение их пришлось вести в две
стадии, подобно многоугольным секциям: на первом этапе в доке соз-
давалась внешняя стальная оболочка секции и бетонировалась ее конст-
рукция до половины высоты стен, на втором этапе, после вывода сек-
ции на глубокую воду, производилась ее достройка на плаву.

Иногда, при относительно малых размерах секции, возможно
использование плавучего дока.

По статической схеме прямоугольные секции представляют собой
разного рода рамные конструкции. Соответственно, нх элементы рабо-
тают и рассчитываются на изгибающие усилия (пролетные и узловые
моменты), продольную и поперечную силы.

Из возможных разновидностей прямоугольной формы сечения по-
гружных секций наиболее простой и экономичной будет, естественно,
та, которая имеет минимальные размеры по ширине и высоте, т. е.
непосредственно оконтурнвает габарит приближения конструкции.
Такой вариант сечення соответствует продольной системе вентиляции.
Он может быть принят для относительно короткого автодорожного
тоннеля с ограниченной интенсивностью движения. Более характер-
ным, однако, его надо считать для тоннелей метрополитена, желез-
нодорожных, при электрической тяге, или пешеходных. Встречаю-
щееся в ряде случаев скашивание верхних углов прямоугольного
сечения имеет основной целью облегчить проскальзывание корабель-
ных якорей без повреждения конструкции тоннеля. Нижние углы
скашиваются для уменьшения ширины основания.

При поперечной и комбинированной (полупоперечной и полупро-
дольной) системах вентиляции в сечении тоннеля требуется располо-
жить магистральные воздушные каналы. В общем случае, казалось бы,
их можно поместить выше и ниже основного проезда (по примеру кру-
гового сечения). Но такому решению, как ясно из предыдущего, трудно
конкурировать с другими возможными вариантами: его недостаткам,
выражающимся в увеличении объема подводной выемки и удлинении
тоннельного перехода, лишь в исключительных случаях могут быть
122
противопоставлены уравновешивающие положительные качества. По-
этому такое сечение подробнее нами не рассматривается и отсутствует
на рис. У.13.

Прямоугольное сечение по типу с верхним расположением венти-
ляционного канала (или каналов — в зависимости от системы венти-
ляции) обеспечивает заметное уменьшение размеров подводной выемки
сравнительно с круговым. Однако при определенной наименьшей тол-
щине засыпки над тоннелем глубина заложения проезжей части, а сле-
довательно, и длина перехода, остаются приблизительно такими, как
и при круговом сечении. Они могут даже возрасти за счет увеличенной
толщины перекрытия. Остальные элементы конструкции, особенно
стены секции, получаются тоже более мощными, чем при круговом
или многоугольном сечении, что требует соответственного увеличения
расхода материалов. Поэтому такая форма сечения становится конку-
рентноспособной лишь для тех участков тоннеля, где отметки проезжей
части не зависят от высоты секции, в частности, при большой толщине
засыпки, определяемой для данного участка общим продольным про-
филем. Соответствующим примером является автодорожный тоннель
под заливом Эй в Амстердаме (рис. У.16 и У.17). Подобное решение
может быть принято также в тех случаях, когда расположение венти-
ляционного канала над проездом желательно по условиям сопряжения
с системами вентиляции в прилегающих зонах подводного перехода.

Сечение с нижним расположением вентиляционных каналов
(см. рис. У.13, тип. 5, и рис. У.17, б) позволяет получить минималь-
ную длину перехода. В то же время с ним связаны дополнительные
работы по устройству конструкций проезжей части и существенное
увеличение объема подводных земляных работ. Поэтому применение
его весьма ограниченно. Характерен следующий факт. Первоначаль-
ным проектом подводного автодорожного тоннеля в Марселе предус-
матривались двухпролетные секции для четырехполосного движе-
ния. Вентиляционные каналы помещались под проезжей частью
(рис. V. 18, а). Такое построение сечения тоннеля обусловливалось
задачей ограничить ширину секций для того, чтобы использовать имею-
щийся рядом сухой док, обойдясь без перестройки его входной части.

Вместе с тем эта конструкция секций обеспечивала простое сопря-
жение подводной части тоннеля с его сооружаемым горным способом
береговым участком, имеющим сводчатое перекрытие (рис. У.18, б).
Для последнего, правда, по понятным соображениям принималось
верхнее расположение вентиляционных каналов, но это обстоятельст-
во мало усложняло вентиляционный узел в тоннеле, так как подача
воздуха предусматривалась через шахту, расположенную непосредст-
венно на стыке обоих участков.

Несмотря на отмеченные доводы в пользу совмещенного типа соору-
жения, в процессе дальнейшего исследования вопроса предпочли раз-
делить тоннель иа две независимые параллельные конструкции
(рис. У.19). Согласились с удвоением числа секций и количества под-
водных стыковок, увеличением ширины основания под секциями и
объема подводных работ по его устройству, увеличением подлежащей
гидроизоляции поверхности н некоторым усложнением эксплуатации
123
124

Рис. У.16. Четырехполосный автодорожный тоннель под заливом Эй в Амстердаме:

А—элементы тоннеля; Б— способ сооружения; В —тип конструкции; Г — система пентиляцни н расход спежего полдуха; Д — толщина на-
легающего слоя породы; Е — глубина разработки, породы; Ж — нр .сктныи отметки дорожного полотна (красные); 3 — уклоны и длины эле-
ментов профиля; И—отметки поверхности земли (черные); К— пикетаж; Л — план трассы; 1 — южный портал; 2 — железно-
дорожные пути; 3 — южное вентиляционное эдакие; 4 — северный портал с вентиляционным зданием; 5 — сваи; 6 — водосборник; 7 —сваЛные
опоры; в — железобетонный ригель; 9— рабочая кессона, заполненная тощим бетоном
такого «двойного» тоннель-
ного перехода. Зато появи-
лась возможность разме-
стить вентиляционные ка-
налы по бокам проезда,
как это предусматривается
типами сечений секций 6 и 7
(см. рнс. У.13). Вместе с
минимальным объемом под-
водной выемкн этим была
обеспечена также наимень-
шая высота конструкции
секций, что имело сущест-
венное значение для транс-
портировки их на плаву
при сравнительно мелкой
(до 7 м) глубине воды в
зоне строительства тон-
неля.

Сравнивая формы сече-
ния с боковым расположе-
нием вентиляционных ка-
налов (типы 6 и 7 на том же
рисунке)» можно отметить
следующее. Обе они позво-
ляют получить оптималь-
ные строительные показа-
тели по тоннелю и обеспе-
чить достаточно хорошие
условия его эксплуатации
(в отношении проветрива-
ния, прокладки транзит-

Рнс. У.17. Полеречные сечения погружных сек-
ций автодорожного тоннеля под заливом Эй
в Амстердаме:

а) с расположением вентиляционных каналов в перх-
неЛ части сечения: б) то же —в нижней; I — защит-
ный слоЛ; 3 в 8—служебные тротуары; 4 —гидро-
изоляционная мембрана: 5 — ствльноЛ поддон; ° —
буровые спаи диаметром около 1,1 м; 7 — железо-
бетонная сборная плитп-ростверн; в — вентиляцион-
ный канал для свежего воздуха; 9 — то же для
загрязненного; 10 — галерея для транзитных комму-
никаций; // — служебный коридор

ных и местных коммуни-

кационных магистралей, текущего содержания, водоотвода и пр.).

В постройке проще секция с сечением по типу 6, представляющая
собой однопролетную раму с легкими переборками, отделяющими
вентиляционные каналы. Однако меньший средний пролет конструк-
ции по типу 7 дает возможность дополнительно сократить толщину
перекрытия и полную толщину лотковой части тоннеля,'’получив от

этого уже известные преимущества.

Дальнейшее уменьшение толщины элементов конструкции погруж-
ных секций возможно путем применения предварительно напряжен-
ного железобетона (рнс. У.20). Более удобной для создания предвари-
тельного напряжения надо признать конструкцию по типу 6, так как
эпюры действующих усилий в ее однопролетных перекрытиях и лот-
ковой плите имеют меньше знакопеременных участков, чем в трех-
пролетной раме по типу 7.

Плавучесть секций. Существенное внимание при проектировании
и строительстве погружных секций приходится уделять анализу,
Рис. У.18. Поперечные сечения подводного тоннельного перехода в Марселе —
вариант (слева от осн на прямых, справа на криволинейных в плане участках):
а) в эоне погружения секций; б) на береговом участке горного способа работ: / — тон-
нельная конструкция (обделка); 2 — светильник; 3 — гидроизоляционная мембрана; 4 — до-
рожный сигнал; 5 — отделочное покрытие степ; 6 — галерея для кабелеЛ; 7 — магистраль-
ный вентиляционный канал: в и 10 — водопровод; 9 — канализация; // — дренажный ло-
ток; 12 — галерея для трубопроводов; 13 — поперечный выпускной воздушный канал;
14 — водосток

Рис. У.19. Поперечные сечения «двойного» тоннеля под Старым портом
в Марселе:

1— стальной поддон (гидроизоляция лотковой плиты); 2— оклеенная многослой-
ная гидроизоляция; 3 — защитный слой бвтона толщиной 5—10 ем; 4 —вентиля-
ционные галереи для свежего воздуха; 5 — служебный тротуар н водоотводная
труба; 6 — асфальтобетонное дорожное покрытие
а потом — соблюдению параметров, определяющих процессы их пла-
вания и погружения в воду. Наибольшее значение имеет плавучесть,
численно характеризуемая разностью полного водоизмещения секции
(при установленных временных торцовых перегородках, в полностью
погруженном в воду состоянии) и ее «сухого» веса, с учетом смонтиро-
ванного оборудования. Обыкновенно секциям придают положитель-
ную плавучесть, равную 2—3% полного веса. Большая плавучесть
нежелательна, ибо ведет к увеличению объема балластировки при по-
гружении секций гравитационным методом или к возрастанию уси-
лий, передаваемых на анкеры при силовом погружении. Кроме того,
излишняя плавучесть иногда затрудняет обеспечение необходимого
запаса устойчивости против всплытия тоннеля в период эксплуатации.

Недостаток плавучести или, тем более, отрицательная плавучесть
затрудняет всплытие секции в доке и транспортировку ее на плаву.
Нейтрализовать вредное влияние малой плавучести можно прикрепле-
нием к секции понтонов, воздушных резервуаров — стальных баков,
надстройкой над секцией деревянной обшивки пли другими средства-
ми временного увеличения ее водоизмещения. Однако эти меры иногда
бывают несколько затруднительны. Поэтому чаще добиваются собст-
венной положительной плавучести секции, для чего уменьшают тол-
щину элементов ее конструкции, применяя материалы повышенной
прочности и предварительное напряжение арматуры. С той же целью
вместо сплошных (плитных) сечений перекрытий, стен и лотка секции
могут быть приняты более экономичные решения, например, ребристая
или пустотелая конструкция.

Реальный объемный вес вытесняемой секцией воды для некоторых
морских или речных приморских акваторий может составлять, напри-
мер, 1,03 77л3. Притом часто наблюдаются существенные его колеба-
ния в зависимости от изменения различных гидрологических факто-
ров (прилив-отлив, расход воды и скорость течения, глубина и т. п.)

Объемный вес такого массового материала как бетон в обычных
условиях тоже колеблется в пределах нескольких процентов. Лишь
проведение специальных технологических и контрольных мероприятий
способно обеспечить достаточно удовлетворительную его стабилиза-
цию с отклонениями от установленной величины до ±0,5%.

Указанные неточности объемных весов, складываясь вместе, могут
привести к недопустимым ошибкам в расчетных прогнозах плавания

Рис. У.20. Предварительно напряженное армирование погружной секции (тон-
нель под проливом в Гаване)
н погружения секций. Отсюда следует, что принятые малые допуски
по плавучести секций требуют на всех этапах их осуществления чрез-
вычайно внимательного отношения к объемным весам как материалов
секции, так и воды, в которую секция будет погружаться, а также—
тщательного соблюдения всех проектных размеров.

§ 21. Подводные основания и фундаменты
погружных секций

Полная нагрузка, передаваемая секцией тоннеля иа подводное ос-
нование, складывается из постоянной и временной составляющих.
Первая из них является суммой подсчитываемого с учетом взвешива-
ния в воде веса самой секции (включая неподвижное эксплуатационное
оборудование) и веса также взвешенного в воде грунта надтоннельной
засыпки (включая защитный слой). Величина временной нагрузки
определяется назначением тоннеля м для транспортных тоннелей мо-
жет быть представлена в виде нормативной нагрузки от подвижного
состава.

Обыкновенно полная нагрузка на фундамент н основание секции
имеет положительное значение (направлена вниз), что соответствует
отрицательной плавучести погружаемой секции. Однако имеются от-
дельные примеры тоннелей, секции которых сохраняли плавучесть
до окончательной установки в проектное положение (в течение всего
монтажного периода). Такие секции погружались силовым методом —
подтягиванием тросами и лебедками к фундаментам, на которые
при этом временно передавались нагрузки отрицательного значения.

Не исключается также возможность постройки тоннеля из по-
гружных секций, которые вследствие сохраняемого избытка плавучести
дают отрицательную нагрузку на основание и в эксплуатационный
период, требуя поэтому создания постоянных анкерных устройств.
Такие секции могут иметь более экономичную конструкцию по расходу
материала, чем обычные секции, не требующие анкерного закрепления;
кроме того, они отличаются уменьшенной осадкой в воде, что имеет
значение для транспортировки их наплаву к месту погружения.

Иногда отрицательныеТреакцни секций могут быть уравновешены
только весом фундаментов.* В других случаях они должны передаваться
в глубь основания посредством анкерных свай того или иного типа.
Вопрос о допустимости передачи на фундамент или основание знако-
переменных усилий, положительных при наличии временной нагрузки
и отрицательных без нее, требует специального исследования.

Приводимая табл. У.З содержит классификацию типов фундамен-
тов и искусственных оснований погружных секций и некоторые их ха-
рактеристики.

В начальный период применения способа погружения секций при-
давалось чрезмерное значение опасности неравномерных осадок тон-
неля, что до известной степени оправдывалось жесткостью приме-
нявшихся тогда конструкций и подводных стыков. Это обстоятельство,
в сочетании с недостаточной еще отработкой методов погружения сек-
128
ций п установки их в проектное положение, приводило к использо-
ванию в качестве основания мощной бетонной (иногда даже армирован-
ной) плиты. Она укладывалась способом подводного бетонирования не-
посредственно иа грунт дна подводной выемкн или на подготовитель-
ный слой из каменной наброски.

Контроль процессов бетонирования и выравнивания верхней пло-
скости плиты осуществлялся водолазами, которые не могли, однако,
обеспечить требуемой точности планировки быстрозатвердевающего
бетона. Поэтому поверх плит дополнительно насыпался тонкий слон
(20—30 ел/) гравийно-песчаной смеси, служившей после тщательного
равнения постелью для устанавливаемых секций. Теперь этот вид
основания, имеющий наибольшую высоту Ло (см. рис. У-13) от диа
выемки до верха песчано-гравийной постели (которая требует соответ-
ственно увеличения глубины подводной выемки), очень трудоемкий
и дорогой по удельной стоимости на 1 лг, почти исключен из практики
тоннелестроения и заменен гравийной или щебеночно-песчаной
постелью.

Свайные фундаменты погружных секций выполняются из гото-
вых свай, погружаемых вибраторами (либо забивных), из свай-обо-
лочек, из буровых свай, из свай других типов. Они находят примене-
ние в наиболее слабых грунтах, которые по своей малой несущей спо-
собности не пригодны для непосредственной передачи на них нагрузок
от веса сооружения. При круговом или многоугольном сечении тон-
нельных секций может быть признан целесообразным сплошной фун-
дамент из железобетонной плиты — ростверка на сваях. Такое реше-
ние оправдывается сравнительно небольшой шириной опорной поверх-
ности названных секций, позволяющей ограничиться узким, а значит,
относительно недорогим железобетонным ростверком, под которым,
однако, благодаря его длине, без осложнений размещается требуемое
количество свай необходимой по расчету грузоподъемности.

Для тоннелей, поперечное сечение которых характеризуется широ-
кой опорной поверхностью, устройство сплошного железобетонного
ростверка получается слишком трудоемким и дорогим. Это заставля-
ет искать иные конструктивные решения свайных фундаментов. Одним
из них является использование в качестве ростверка самой погруж-
ной секции, точнее ее лотковой плиты, осуществленное, в частности,
на строительстве тоннелей метрополитена в Роттердаме. Другое реше-
ние заключается в том, что сваи вместо распределения по всей площади
секции группируются в отдельные рамно-свайиые опоры, которые раз-
мещаются под стыками секций, а иногда и в промежуточных сечениях.
Такой тип свайного фундамента применен, например, для погружных
секций подводного автодорожного тоннеля под заливом Эй в Амстерда-
ме (см. рис. У.16 и У.17).

Погружная секция Роттердамского метрополитена имеет размеры нижней
поверхности 90 X 8 м и опирается на два продольных ряда из 30 железобетон-
ных свай в каждом. Расстояние между рядами 6,7 м, между сваями в рядах при-
близительно по 3 м. Такая схема основания выдвинула сложную задачу — как
обеспечить одинаковую загрузку и последующую равномерную работу всех
60 свай, находящихся под одной секцией. Проектировщики тоннеля нашли для
129
Таблица У.З

Фундаменты и искусственные основания погружных секций

		Классификация		—-ь				 	•— 1	.	Характеристина			
			Сооружение		Толщина до низа конструкции, м		Условия применения и краткая	
			Основные работы	Сопутствующие работы	от дно ОЫСМКН	от низа фунда- мента	техническая характеристика	
I	Бетонная или железо- бетонная плита	На естест- венном грунте  На искусст- венном основании	Подводное бетонирование	Планировка гравийной или щебеночно-песча- ной постели, дополни- тельно отсыпанной по- верх плиты	0,8—1,5	0,8-1,5	Слабые грунты, круговое нлп многоугольное сечение сек- ции, большие временные на- грузки	
И	Свайный фундамент	Железобе- тонный ростверк	Забивка или внбропогруже- нне свай		0,5—1	10-20	Особенно слабые грунты	Круговое нлн мно- гоугольное сече- кие секций
		Без ростверка  Отдельные опоры	Буровые сван  Сваи-оболочки	Преднапряжение свай  Объединение голов свай в опорную конструк- цию	0,2—0,5  0,4—0,9	10-30  15-90		Прямоугольное се- чение секций, большие времен- ные нагрузки  Большая толща слабых пород,от- носительно ма- лые временные нагрузки
III	Подводно- бетонное заполнение под секцией	Между концевыми опорами  Под всей секцией	Укладка под- водного бетона методом ВПТ	Устройство концевых опор постоянного типа  Установка секций в про- ектное положение на временных опорах
IV	Песчанап, гравийная нли щебе- ночко-пес- чаная постель	Намывная	Намывка: под секцию  на дно выемки	Равнение постели в про- цессе укладки матери- ала
		Насыпная	Отсыпка: по трубам из бункеров шаландами с раскрывающи- мися днищами	
				Равнение постели меха- ническим переставным планировщиком  То же подводным грей- дером на плавсредст- вах протягиванием снизу секции

со
0,4-0,6	0,4-0,6	Относитель- но крепкие породы;  облегченная конструкция секций	Силовое погруже- ние секций  Гравитационное погружение сек- ции
0,6—1,2	0,6-1,2	Широкие секции прямоуголь- ного сечения, гравитацион- ное погружение	
0,4—0,8	0,4—0,8	Большой объем работ, точность планировки порядка ±6 с.м	
0,5-1	0,5—1	Относительно небольшие глу- бины воды и объем планиро- вочных работ  Небольшая ширина опорной поверхности секции  Кривизна опорной поверхности секции; точность планировки порядка ±1 с.к	
нее простое решение, применив новую конструкцию секций и оригинальные спо-
собы установки их и создания в сваях усилий заданной величины (рнс. V. 21).

При сооружении этого свайного фундамента для каждой сван в грунт на тре-
буемую глубину погружался под действием усилия от стальной обсадной трубы
чугунный башмак, затем в трубу заливалось около 0,5 ма цементно-песчаного
раствора н туда же погружалась круглая железобетонная свая диаметром
0,5 м с регулируемым наголовником. После этого обсадная труба извлекалась
н раствор заполнял все пустоты между сваей-и грунтом. Частично внедряясь
в грунт, он создавал вокруг сваи оболочку наружным диаметром почти таким
же, как диаметр башмака.

Третья п четвертая поперечные пары свай, считая от каждого конца секции,
объединялись железобетонными ригелями во временные опоры (см. рис. У.21, а).
Смонтированные на ригелях вертикальные н горизонтальные винтовые домкраты
обеспечивали точную установку секции в проектное положение. После выпол-
нения этой операции производился ввод в равномерную работу всех свай под
секцией, включая и те, которые образовывали временные опоры. Для этого ис-
пользовались специальные наголовники свай.	'

Конструкция регулируемых наголовников (см. рис. V. 21, б), перемеща-
ющихся по вертикали н свободно наклоняющихся в разные стороны, позволила
подгонять сваи по высоте к днищу секции и приспосабливаться к его уклону или
компенсировать отклонения свай от вертикального направления. Одновременно
нагнетанием внутрь герметической нейлоновой муфты, соединяющей наголов-
ник со сваей цементно-песчаного раствора под давлением р кГ!см‘, в свае созда-
валось предварительное усилие р-Р кГ, которое при данных размерах свай и дав-
лении, например 20 кПсм", составляет величину 40 Т.

Свайно-рамные опоры, служащие фундаментом погружных секций автодо-
рожного тоннеля под заливом Эй, применены в условиях мощной толщи очень
слабых аллювиальных отложений, которыми образовано ложе водотока. Лишь
на глубине порядка 80 л от горизонта воды встречаются там породы, обладающие
необходимой несущей способностью — пески ледникового происхождения. Они
то и были использованы в качестве основания для опор тоннеля.

Кусты свай, составляющих опоры, отстоят один от другого на расстоянии
30 м соответственно длине элементов бетонирования секций (см. рис. V. 16),
причем каждая опора располагается в месте соединения смежных блоков или под
стыком двух секций. Вследствие этого и благодаря податливой конструкции
(эластичности) всех стыковых соединений (см. рис. V. 27) эксплуатационную ста-
тическую схему секции в продольном направлении можно рассматривать как со-
стоящую из ЗО-.ч двухопориых балок (разрезных). В подобной системе по-

Рнс. У.21. Свайный фундамент погружных сек-
ций (тоннели Роттердамского метрополитена):
а) временная сваЛпая опора; б) сопряжение железо-
бетонного ригеля опоры со сваеП. снабженной регу-
лируемым наголовником; / — устанавливаемая по-
гружная секция; 2 — железобетон иы Л ригель; 3 —
вертикальные винтовые домкраты; 4 — боковые упо-
ры с горизонтальными винтовыми домкратами; 5 —
круглые железобетонные сван; С — патрубки с опор-
ными фланцами: 7 — бетон замоиолнчнвання; 8 —
регулируемый наголовник сваи; 9 — целлоновая
муфта; 10 — патрубок для нагнетания раствора

могут возникать дополнитель-
ные усилия от неравномерной
осадки опор, для которых рас-
четная нагрузка принята по
750 Т. Однако из-за относи-
тельно большого размера попе-
рек осн тоннеля опорной по-
верхности секций п самих
опор (23,1 м между осями
крайних свай) неравномерная-
осадка свай в поперечных ря-
дах вызвала бы нежелатель-
ные, трудно поддающиеся уче-

ту нарушения распределения
усилий в пространственных
элементах секции. Поэтому
всем свайным опорам придана
чрезвычайно солидная, хоть к
дорогая конструкция. Она
представляет собой два ряда
по четыре буровых сван боль-
шой грузоподъемности, бетони-
ровавшихся в обсадной трубе
внутренним диаметром 1,08 л/ (сваи получались при этом до 1,2 м в попереч-
нике), объединенных вверху (на уровне подошвы тоннеля) железобетонным
монолитным ростверком размерами 25 х 5 X 1,5 м.

На большинстве этих ростверков запроектированы скользящие опорные
части для секций. Они выполнены в виде пластин из синтетического материала
«тефлон ТФЕ» с малым коэффициентом трения. Такая конструктивная мера
обусловлена температурными деформациями железобетонных секций. Обыкно-
венно эти деформации заметно не проявляются благодаря силам трения между
грунтом и поверхностью секции. В данном случае тренне приходится считать
практически исключенным ввиду слабости грунта. Поэтому горизонтальные тем-
пературные силы могли бы привести к нарушению прочности свайных фунда-
ментов.

Искусственное основание в виде гравийном или щебеночно-песча-
ной постели обычно проектируется с расположением непосредственно
под подошвой погружной секции. В более редких случаях оно созда-
ется и для бетонных или железобетонных плит, предназначаемых
служить сплошными фундаментами секций.

Постель из сыпучего уплотненного материала, воспринимая на-
грузку от тоннеля, передает ее на естественный грунт с распределени-
ем по увеличенной площади (угол передачи давления принимается
обыкновенно в пределах 30—45° к вертикали). Таким образом, умень-
шается давление, действующее на естественное основание. Кроме того,
замена сильно сжимаемого грунта под секцией щебнем или гравием,
имеющими более высокий модуль деформации в зоне действия наиболь-
ших сжимающих напряжений, способствует уменьшению осадок соору-
жения. Имеет значение и то, что устройство постели позволяет обойтись
без специальной планировки дна подводной выемки, неровности которо-
го, особенно при разработке ковшевыми замснарядами периодического
действия (например, грейферами), могут достигать значительных ве-
личин (порядка 0,6 м и более). Понятно, что равнение отсыпки из
рыхлого сыпучего материала представляет собой относительно менее
сложную задачу. Современные способы устройства постели намывкой
песка под временно установленную секцию позволяют обойтись вообще
без всяких планировочных работ.

Толщина постели под секцией назначается по конструктивно-тех-
нологическим и расчетным соображениям. Первыми эта величина опре-
деляется из условия сглаживания засыпкой всех неровностей подготов-
ленного естественного основания при одновременном сохранении свой-
ства постели распределять давление. Ориентировочно она может быть
принята равной двойной глубине наибольшего возможного перебора
породы против установленной отметки дна подводной выемки.

Расчетная толщина постели вычисляется по условию прочности грун-
та естественного основания и проверяется по условию допустимой осад-
ки погружных секций. То и другое может быть выполнено на осно-
ве соответствующей методики, излагаемой в курсах оснований и фунда-
ментов, с необходимым учетом особенностей рассматриваемых слу-
чаев.

Массивные фундаменты из подводного бетона, нагнетаемого под сек-
цию, могут быть целесообразными при основании тоннеля, образуемом
скальными или полускальнымн породами.
Прочность и жесткость такого основания желательно использовать
для улучшения статической работы тоннельных конструкций и соот-
ветственного их облегчения.

Лучше всего этого можно, казалось бы, достигнуть непосредствен-
ным опиранием секций на породу дна подводной выемки. Однако при
современных способах подводной разработки скальных пород, произ-
водимой с применением взрывных работ, невозможно получить доста-
точно ровную поверхность постели. Поэтому требуется укладка проме-
жуточного выравнивающего слоя из материала, свойства прочности
и жесткости которого не отличались бы заметно в меньшую сторону
от соответствующих свойств основания. Подходящим материалом
здесь и является подводный бетон, укладка которого может быть про-
изведена сплошь по всей длине секции.

§ и. Стыки элементов конструкции тоннеля

При строительстве подводных тоннелей применяются четыре основ-
ных группы стыков монолитных железобетонных конструкций:

1)	стыки отдельных пространственных блоков, соединяемых в еди-
ное целое;

2)	стыки погружных секций одинакового типа;

3)	стыки разнотипных погружных секций;

4)	стыки погружных секций с конструкциями тоннеля, возводимы-
ми на участках других способов работ (концевые стыки).

Стыки первой группы характерны для монолитных бетонных и же-
лезобетонных обделок и погружных секций, которые с целью умень-
шения в бетоне термических и усадочных напряжений и трещинообра-
зовання бетонируются отдельными блоками длиной по 15—30 м. Кон-
струкция этих стыков обычно определяется условиями статической
работы всей тоннельной конструкции и характером возможных дефор-
маций (главным образом осадок) ее основания в эксплуатационный
период. Имеют значение также особенности монтажного периода, на-
пример, для погружных секций — транспортировки на плаву и погру-
жения с установкой в проектное положение.

В этой группе можно различать стыки: жесткие, омоноличенные
со сваркой продольной арматуры; полужесткие, в которых арматур-
ные стержни перекрещиваются, допускающие незначительный взаим-
ный поворот смежных сечений; эластичные, позволяющие смежным
сечениям не только взаимно поворачиваться, но и смещаться в попереч-
ном направлении. Для погружных секций подобные перемещения
в стыках могут быть допущены только в эксплуатационный период;
на время монтажного периода стыкам этого типа придается необходи-
мая жесткость, например, путем временного применения предвари-
тельно напряженной продольной арматуры из высокопрочных сталь-
ных тросов, убираемой после окончательной установки и засыпки
секций. После окончания осадок и полной стабилизации тоннельной
конструкции эластичные стыки могут быть омоноличены с превраще-
нием их в жесткие.
Стыки второй группы — соединение одинаковых секций — необ-
ходимы во всех случаях погружения нескольких секций. Конструк-
ции их бывают различными, в зависимости от типа секций и основа-
ния, инженерно-геологических условий, особенностей производства
работ и пр. Сложность этих стыков заключается в том, что осуществле-
ние их производится на значительной глубине под водой. Раньше под-
водная стыковка требовала проведения трудоемких и продолжитель-
ных водолазных работ в сочетании с подводным бетонированием. Но-
вые конструкции стыков позволяют почти полностью исключить эти
работы.

Погружные секции круглого и многоугольного сечения с самого
начала и почти до настоящего времени проектировались в расчете на
стыковку с участием водолазов и с применением подводного бетониро-
вания. В торцах этих секций имеются прямоугольные стальные ворот-
ники, из которых выступают вперед приблизительно на 1 я полукру-
ги внутренней цилиндрической оболочки (см. рис. У.14). На ранее по-
ставленной секции выступает нижняя часть оболочки, на устанавли-
ваемой — верхняя; при соединении секций в стыке между пластина-
ми воротников образуется замкнутый цилиндр. Скрепление секций
производится посредством системы болт—проушина (см. рис. 23—6 в
181). С этой целью каждая секция снабжается с одного конца двумя
или четырьмя стальными проушинами, а с другого — таким же коли-
чеством стальных болтов. Вошедшие при стыковке в проушины болты
закрепляются и натягиваются вставляемыми в их прорези клиновы-
ми чеками. Затем между вертикальными гранями воротников, снабжен-
ными шпунтовыми замками, вдвигаются выпуклые стальные листы.
Образующаяся замкнутая со всех сторон, кроме верха, стыковая ка-
мера заполняется подводным бетоном, который придает стыку опре-
деленную водонепроницаемость. Под защитой такой предварительной
гидроизоляции производится изнутри тоннеля завершающая опера-
ция стыковки — сварка полукруглых оболочек.

Приблизительно такая же система стыка была применена и на первом тон-
неле из прямоугольных железобетонных секций под р. Маас. Сначала боковые
вертикальные швы перекрывались снаружи выпуклыми стальными листами и об-
разовавшиеся полости заполнялись подводным бетоном. Потом на потолочный шов
опускался съемный металлический кессон, причем место сопряжения его ножа
с поверхностью конструкции уплотнялось резиновой прокладкой до полной воз-
духонепроницаемости. Давлением воздуха вода отжималась ниже перекрытия
тоннеля, что давало возможность насухо в кессоне соединить стержни арматуры,
забетонировать шов перекрытия н замкнуть разрыв в наружной стальной оболоч-
ке тоннеля. В заключение к одной из временных торцовых перегородок при-
соединялся горизонтальный шлюзовой аппарат и, снова под сжатым воздухом,
завершалось соединение лотковой плиты и стен тоннеля (рис. У.22).

Строительство следующего по времени тоннеля из почти прямоугольных
железобетонных секций — под проливом в Гаване (1955—1958 гг.) произво-
дилось также с применением для стыков подводного бетона, укладку которого
вели водолазы. Следует отметить, что здесь в стыках создавались специаль-
ные каналы для перехвата небольших количеств воды на случай просачивания
через места соединения секций, и организованного отвода ее в дренажную
систему.

Сооружение в 1956—1959 гг. тоннеля под р. Фрейзер (Канада) впервые было
осуществлено со стыковкой шести погружных секций без подводного бетона, без
сжатого воздуха и без водолазов.
Рнс. У.22. Стыковка первых прямоуголь-
ных железобетонных секции:

! — шахтная труба шлюзового аппарата;
2 — съемный кессон с прпгрузом; 3 — защит-
ный слой; 4 — гидроизоляционная оболочка
(мембрана); 5 — бетон замонолпчнаання
стыка: 6 — гидроизоляционная стыковая про-
кладка: 7 — деревянная опалубка; в —
стальной фланец для шлюзового аппарата;
9 — временная торцевая перегородка; 10 —
стальной лист; // — песчаное основание (на-
мывка под секцию): 12 — внешняя железобе-
тонная оболочка; 13 — железобетонный опор-
ный блок; /4 — стальная конструкция для бе-
тонирования бокового шва: 15 — резиновый
уплотнитель

При принятой там системе сое-
динения секций (рнс. V. 23) конце-
вые перегородки располагаются не
непосредственно у торцов, а на
расстояниях порядка 1 м от них.
Поэтому между перегородками двух
стыкуемых секций образуется зам-
кнутая камера с размером вдоль осн
около 2 м, сообщение которой с внут-
ренним пространством тоннеля воз-
можно через герметически закры-
вающиеся двери (шлюзы) в перего-
родках. Подводная стыковка секций
осуществляется при этом в два
приема. Сначала — предварительное
соединение, при котором вновь по-
груженная секция подтягивается к
уже стоящей в проектном положении
на песчаном основании и закреплен-
ной (частично засыпанной) секции.
При этом используются особые гид-
равлические стяжки, управляемые
изнутри секции, способные развивать
усилие порядка 150—200 Т, доста-
точное для того, чтобы плотно при-
жать торцы обеих секций друг к
другу.

Свободный торец ранее погру-
женной секции оставляется гладким.
Торец же устанавливаемой секции
снабжается по всему внешнему кон-
туру, в пределах защитной оболочки
нз дерева или бетона, специально
сконструированным пустотелым ре-
зиновым уплотнителем, в полость
которого накачивается вода. Уплот-
нитель, расширяясь под ее давле-
нием, плотно прижимается к торцу
ранее погруженной секции, запол-
няя собой возможные неплотности
из-за зажатых между торцами сек-
ций инородных тел и обеспечивая
предварительную практическую во-
донепроницаемость места соединения
секций. Из образованной таким об-
разом стыковой камеры объемом
около 300 лр вода может быть уда-
лена, например, через вентиль в од-
ной из временных торцовых перего-
родок. Как только гидростатическое
давление в камере упадет, внешний
напор воды, действующий иа свобод-
ный тореи тоннеля, прижмет с боль-
шой силой новую секцию к ранее
поставленной, обеспечивая полную
герметизацию стыка. После удаления
воды нз стыковой камеры двери в
концевых перегородках открываются
для возможности непосредственного
перехода из одной секции в дру-
гую.
Окончательное соединение
секций производится через не-
которое время после заверше-
ния работ по устройству (на-
мыву) под ними песчаного ос-
нования и засыпке секций,
когда проведенные инструмен-
тальные наблюдения подтвер-
дят полное прекращение вся-
ких осадок. При этом изнутри
стыковой камеры соединяются
гидроизоляционные оболочки
обеих секций, свариваются вы-
пуски арматуры, дополняется
недостающий конструктивный
бетон и нагнетается цементный
раствор во все оставшиеся пу-
стоты, в том числе и за гид-
роизоляционную мембрану
(рис. У.24, о).

Железобетонная конструк-
ция в стыках получается пол-
ностью равнопрочной всем дру-
гим сечениям подводной части
тоннеля. Поэтому в случае по-
следующих неравномерных
осадок сооружения исклю-
чается опасность концентра-
ции деформаций вблизи сты-
ков.

После успешного при-
менения на одном тоннеле
новый способ стыковки сек-
ций сохранился в основ-
ных чертах для ряда по-
следующих сооружений.
Только пустотелые накачи-
ваемые уплотнители заме-
няются теперь, как пра-
вило, сплошными резино-
выми прокладками. В со-
ответствии с постепенным
процессом уплотнения шва
им иногда придается до-
вольно сложный специаль-
ный профиль (рис. У.25),
а в некоторых случаях
применяются составные
прокладки из привулкани-
зированиых одни к другому
нескольких слоев резины
разной эластичности (см.
рис. У.27).

200 20 700

Рис. У.23. Система стыковки тоннельных сек-
ций с уплотнителем:

/ — гидроизоляционная мембрана; 2 — стальная
обшивка; 3 — герметизирующая прокладка; 4 —
сцепной крюк иа штоке гидравлического домкрата;

5 — Двутавровые балки-опоры перегородок; 6 — вре-
менные концевые перегородки

Рнс. У.24. Стыки элементов автодорожного
тоннеля под р. Фрейзер:

с) деталь промежуточного стыка погружных секций
(схема); б) соединение крайней секции с конструк-
цией рампы; / — железобетонная конструкция;
2 — гидроизоляционная оболочка (мембрана); 3 —
защитная оболочка из железобетона или деревянных
брусьев; 4 — полое резиновое уплотнение; 5 — стык
слоев гидроизоляции; 6 — сварные стыки выпусков
арматуры; 7 — бетон замоиоличпвания стыка; в —
секция; 9 — временная торцовая перегородка; 10 —
деревянные щиты с резиновыми уплотнителями;
// — дамба; 12 — вентиляционное здание; 13 —
рампа: 14 — стыковая камера; 15 — резиновый уп-
лотнитель; К — порог-выступ рампы; 17 — гидрав-
лический домкрат
Аналогичные системы стыкования с некоторыми видоизменениями
могут применяться и для сталежелезобетонных погружных элементов.

Например, в стыке секций, уложенных под заливом Сан-Франциско, имеют-
ся два уплотнительных бандажа из специально профилированного неопрена
(рис. V. 26). Вслед за разборкой инвентарных, имеющих многократную обо-
рачиваемость, временных торцовых перегородок, изнутри по периметру шва
приваривают стальную полосу, обеспечивающую постоянное соединенно секций,
и затем окончательно бетонируют шов.

Стыки третьей и четвертой групп осуществляются в общем подоб-
но соединению одинаковых секций, но могут иметь и существенные
особенности. Прежде всего они определяются тем, что поперечным се-
чениям разнотипных соединяемых конструкций приходится в месте
стыка искусственно придавать одинаковое очертание. Кроме тоЛэ, та-
кие стыки в ряде случаев должны допускать значительные относитель-
ные перемещения соединяемых конструкций и, если' данный стык
завершает «сборку» тоннеля, возможность компенсации неточностей,
накопившихся по мере возведения всех предыдущих элементов.

В указанных целях стык крайней погружной секции тоннеля в Сан-Фран-
циско с береговым опускным тоннелем-кессоном снабжен регулируемыми соеди-
нениями. Он также допускает при вероятных здесь сейсмических воздействиях на
тоннель взаимные перемеще-

7

но 5

ння соединяемых элементов
до 5 см в вертикальной плос-
- кости с одновременным го-
ризонтальным смещением до
10 см в направлении или
вдоль или поперек оси тоннеля
(принято, что все три вида этих
сложных деформаций одновре-
менно происходить не могут)'.
В дополнение к возможным
сейсмическим перемещениям
предусмотрен зазор 5 см, ко-
торый может компенсировать
неравномерную осадку элемен-
тов сооружения под воздейст-
,вием статической или дина-
мической нагрузки.

Возможное проектное ре-
 шение соединения крайних
секций с конструкциями рампы
: поясняется частным примером
тоннеля под р. Фрейзер. Надо
избежать возможного всплыва-

Рнс. У.25. Современный стык железобетонных
секций:

с) фазы предварительного уплотнения стыка I—
11—III; б) окончательная конструкция стыка; / —
установленная секция; 2 — стальная прижимная на-
кладка толщиной 10 мл; 3 — резиновая прокладка
специального профиля; 4 — устанавливаемая секция;

5 — допустимый зазор (щель); 6 — стальная фасон-
ка; 7 — уголок для ее прикрепления; в — бетонное
заполнение; 9 — гидроизоляционные стальные ли-
сты; 10 — битумная мастика; 11 — согнутый сталь-
ной лист, перекрывающий щель между листами 9 и
к ним приваренный

ння рампы при заполнении
водой ее котлована. Поэтому
перед разборкой перемычки
между котлованом рампы и
рекой рампа затопляется. Во-
да из нее может быть выкачена
лишь после завершения всех
работ по стыкованию н отсып-
ке дамбы вокруг наружного
конца подходной части тоннеля
и секции (см. рис. V. 24, б).
Конец крайней тоннельной
секции [при погружении са-
жается на порог-выступ лотка
рампы, снабженный резиновым
уплотнителем, так как своим
весом секция должна удержи-
вать рампу от всплывания.
По обеим боковым стенам и по
перекрытию швы временно
уплотняются деревянными щи-
тами с резиновыми проклад-
ками. После того как прост-
ранство под устанавливаемой
секцией будет заполнено пес-
ком, а вся она засыпана грун-
том с боков и сверху, от-
качивается вода из стыковой
камеры между временными
концевыми перегородками сек-
ции и рампы. Дальнейшие ра-
боты по окончательному сое-
динению железобетонных кон-
струкций секции и рампы ве-

дутся в основном так же, как п
при устройстве постоянных
промежуточных стыков между

секциями.

В заключение вопроса о
системах стыкования познако-
мимся с примером его комп-
лексного решения при строи-
тельстве автодорожного тонне-
ля под заливом Эй в Амстер-

Рнс. У.26. Конструкция промежуточного стыка
погружных секций с двусторонней стальной
оболочкой:

п) неопрспооос уплотнение в свободном состоянии;
б) занершеннмП стик: / — неопреновое уплотнение;

2 — тавры пысотоП 200 .и.«; 3 — скоба; 4 — уголок
75X50X10; 5 — внутренняя оболочка; 6 — стыковая
накладка, приваренная после откачки камеры; 7 —
водонепроницаемая перегородка; в — дренажная
трубка; 9 — наружная оболочка

даме. В конструкциях этого объекта применено четыре вида стыковых соеди-
нений (рис. У.27). Первые три стыка выполнялись в пределах одной секции.
Четвертый стык использовался для присоединения устанавливаемой очередной

секции к ранее сооруженной части тоннеля.

Стыком а соединяли в единое целое — погружную секцию длиной около
90 Л1—отдельные 30-л блоки, бетонировавшиеся в сухом доке. На период достав-

ки на плаву и погружения секции этот стык дополнялся не показанными па чер-
теже продольными преднапряженными тяжами. После окончательной установки

и засыпки секции тяжн удалялись.

Такой стык допускает некоторый взаимный поворот сопрягаемых сечений-
Подобие шарнира исключает возникновение значительных продольных изгиба-
ющих моментов, возможных в жесткой конструкции при неравномерных осад-
ках основания.

Два следующих стыка (б и в) — служат для компенсации продольных тем-
пературных деформаций тоннельных конструкций. Обычно они гасятся треннем,
возникающим между конструкцией тоннеля с одной стороны и его основанием
и засыпкой — с другой.

В данном же случае, когда нз-за слабости грунтов основания каждую
секцию приходилось опирать на несколько свайных опор глубиной до 80—90 м,
на трение вряд ли можно было рассчитывать, и с температурными деформациями
пришлось считаться.

Один из стыков (б), со стальным волнистым перекрытием-компенсатором,
допускает перемещения до 15 мм, а другой (в), с двойным резиновым уплотне-
нием, — до 90 мм.

Четвертый стык (г) относится к соединению секций. По контуру поперечного
сечения одной нз них (чаще — устанавливаемой), на усиленной стальной сеткой
и выровненной поверхности торца укреплена резиновая прокладка, называемая
за рубежом «джина». Обжатая в процессе стыковки она обеспечивает надежное
Рис. У.27. Четыре вида стыковых соединений тоннеля под заливом Эй:

л), б), л) стыки о пределах одиоЛ секции; г) стык между секциями; / — резиновое уплот-
нение: 2 — ленточная диафрагма; 3 — заполнение из пенопласта; 4 — стальное волнистое
перекрытие; 5 — резиновые уплотнения; 6—торцы секцпЛ, усиленные сталыюЛ сеткоЛ; 7 —
резиновая прокладка; в—бетой замоиолич1<иа1шя; 9 и 10 — пластины нэ мягкоЛ н тпердоЛ
иулканпзировашюЛ резины; // — кривая сжатия

уплотнение н полную водонепроницаемость стыка, при которой бетон эамоноли-
чивання вместе со стыковыми ленточными диафрагмами имеет лишь вспомога-
тельное значение.

Соответственно поясненным выше особенностям процесса стыковки секций
рассматриваемым способом упругая прокладка-уплотнитель проходила две ста-
дии обжатия. Этим определяется специальная форма ее профиля и многослой-
ное Строение нэ чередующихся пластин мягкой и твердой вулканизированной
резины.

Эластичность отдельных резиновых слоев прокладки тщательно подбиралась
испытаниями на сжатие. В результате прокладкам принятой конструкции были-,
приданы особые характеристики упругости, иллюстрируемые приводимым гра-
фиком.

В процессе предварительного подтягивания соединяемой секции гидравли-
ческими сцепными устройствами прокладки вступали в работу после подвижки
конструкции на 5 мм.

Неточность в обработке торцов до ± 25 мм или такие же по размеру воз-
можные инородные включения, зажатые между торцамн, заставляли продол-
жать обжатие прокладок еще на 25 мм. Полная величина их деформации со-
ставляла таким образом 30 мм.

Сила сжатия, которую развивали при этом гидравлические стягивающие
устройства, достигала 3,8 Т на ] м прокладки, или 250 Т на все 66 м контура
торца секции.

Такое обжатие прокладок должно было обеспечивать надежное уплотнение
шва при разности внешнего и внутреннего (в стыковой камере) давления воды
до 0,5 кГ/см2 (некоторая условно-контрольная величина).
§ 23.	Типы и основные элементы пандусов

Проектирование подводных и городских транспортных тоннелей,
имеющих вогнутый продольный профиль, требует отличного от горных
тоннелей решения вопросов типа, конструкции и размеров подходных
наклонных участков-пандусов1, которые служат для сопряжения
основной части перехода с поверхностью земли. Такой участок распо-
лагается обычно в относительно слабых, нередко водоносных грунтах,
иногда — в пределах береговой территории, затопляемой высокими
водами.

В зависимости от местных условий он может быть выемкой с отко-
сами пли железобетонной открытой конструкцией коробчатого попереч-
ного сечения. Бывает, что в состав пандуса включается н некоторый
участок закрытого типа. Тогда граница между пандусом и «собственно
тоннелем» получает условный характер. Она определяется резким из-
менением типа конструкций, условий строительства тоннеля и способа
производства работ, а в иных случаях — эксплуатационными особенно-
стями сооружения или местами переломов трехэлементного продоль-
ного профиля.

Пандусы, каю правило, имеют наибольший возможный уклон к се-
редине тоннеля, что определяется задачами всемерного сокращения
их длины. Увеличению допустимого уклона пандуса способствует ис-
ключение возможности образования снежного покрова и наледей на
проезжей части. Поэтому пандусы открытого типа, сооружаемые в ме-
стностях с продолжительным периодом отрицательных температур,
обеспечиваются соответствующими защитными устройствами. Иногда
в этих целях сооружается легкая крыша над проезжей частью, кото-
рая может быть рациональной при значительной протяженности и ма-
лой ширине рампы. Одновременно этим достигается благодаря со-
кращению площади водосбора атмосферных осадков уменьшение
мощности припортальных водоотливных установок.

Однако значительно чаще теперь применяются различные системы
подогрева дорожного полотна, под действием которого сиег, попадаю-
щий на проезжую часть, тает, а вода испаряется. Подогревающие ус-
тройства иногда бывают электрическими, из заложенных в дорожную
одежду ТЭНов. Однако более экономичными являются (при недале-
ком расположении достаточного источника получения горячей воды,
например ТЭЦ) водяные подогреватели в виде трубчатых змеевиков
в лотковой части рампы.

Учет подогрева проезжей части при обеспечении его постоянства
и надежности исключает из рассмотрения вопрос о других способах
защиты основания от промерзания, что сказывается иа конструкции
проектируемого пандуса и дорожного полотна.

Вблизи сопряжения открытого сверху пандуса с первым кольцом
обделки тоннеля обычно предусматриваются зоны так называемых све-
товых переходов (адаптационные участки), имеющие особую конструк-
цию. Они стали необходимыми при современных высоких скоростях
движения.

1 Реп1е Лоисе (фр.) — пологий спуск.
При определенном благоприятном комплексе местных условий,
сравнительно редко встречающемся в практике тоннелестроения, пан-
дус осуществляется как обыкновенная трапецеидальная выемка с от-
косами, которые могут быть поддержаны в нижней части невысокими
подпорными стенками (рис. У.28).

В нескальных грунтах также возможно устройство открытых под-
ходных выемок, лишь бы особенности землепользования в данной мест-
ности позволяли экономически целесообразно занять для тоннельного
подхода относительно уширенную полосу территории и'было бы исклю-
чено проин киовенне в выемку подземных вод через ее подошву п отко-
сы. Второе условие выполняется, если подошва выемки располагает-

ся выше горизонта грунтовых вод, или грунты водонепроницаемы,
или же создаются специальные завесы, ограждающие выемку от под-
земных потоков.	'

При постройке одного из крупных подводных тоннелей (под
р. Шельдой) выемкам, расположенным в третичных глинах, были
приданы очень пологие откосы — до 1:5,5 — с защитой дренирующей
песчаной одеждой толщиной 2,5 м. Поступление в выемку воды из
верхних слоев слабых водоносных грунтов предупреждается там сплош-
ными шпунтовыми рядами вдоль бровок откосов, заглубленными в гли-
ну иа 1—2 м.

Следует заметить, что при устройстве подходов к тоннелю по типу
открытой выемки, большая ширина поверхности ливневого водосбора
сравнительно с рамповыми типами подходов требует соответственного
увеличения объема припортальиых водосборников и производитель-

ности насосных установок.

Несравненно чаще, чем открытые выемкн, встречаются пандусы

в виде так называемых рамп.

Рампам придается приблизительно прямоугольный поперечный
профиль с подпорными стенами. Над стенами для сокращения их высо-
ты рампа может быть раскрыта естественными откосами с устройством
необходимых берм, что приближает ее к типу открытой выемки.

Подпорные стены того

Рис. У.28. Подходная выемка с подпорными
стенками и световым переходом (подводный
тоннель под проливом в Гаване)

или иного типа опираются
непосредственно иа грунт
подошвы выемкн или заде-
лываются в железобетон-
ный лоток, составляя с ним
одно целое. Получающаяся
во втором случае схема ко-
рытообразной железобе-
тонной гидропзолиро-
ванной конструкции рам-
пы имеет наибольшее
распространение в прак-
тике сооружения подвод-
ных тоннелей, встречаясь
в различных видоизмене-
ниях.
Рнс. У.29. Рампа закрытого типа в пойменной насыпи-дамбе:

а) общий кил: б) и а) типы конструкции; / — открытый участок; 2 — закрытый участок;
3 — природная поверхность грунта — ППГ; 4 — пойменный (береговой) участок тоннеля;

5 — насыпной грунт; 6 — железобетонные плиты; 7 — каменное мощение

Протяженность подводных транспортных тоннелей, пересекающих
водные преграды с широкой поймой, может быть существенно умень-
шена (аналогично мостам с поименными насыпями), если нх подход-
ные, открытые или закрытые (рнс. У.29) участки-рампы несколько вы-
двинуть в пределы затопляемой поймы, защитив конструкцию от меха-
нических повреждений (льдом в период ледохода, плотами и бревна-
ми, судами и т. п.) грунтовой дамбой.

Стой же целью сокращения длины перехода рамповый участок в от-
дельных случаях может быть даже выведен в пределы постоянного
зеркала поверхностных вод. При крутом береге он может переходить
непосредственно в выемку (рнс. У.ЗО, а). При очень пологой пойме,
естественный скат которой к водоему меньше продольного уклона рам-
пы, последняя, постепенно поднимаясь, переходит нз природного грун-
та в искусственно отсыпанную дамбу (рис. У.ЗО, б). Если свойства на-

Рнс. У.ЗО. Открытые рамповые участки в пределах затопляемой поймы:

л) с выходом <п выемку пли на естественную поверхность земли; б) с выходом иа насыпной
грунт; / — защитная дамба;' 2—выемка; 3 — насыпь; 4— железобетонная эстакада
Рис. У.31. Рампа на железобетонной эстакаде:

а) продольный разрез; б) поперечный разрез; /—габарит приближения строений (1915 г.);
2— защитная насыпная дамба; а—ребристая конструкция рампы; -/ — распорка; 5 — стойка
железобетонной рамной опоры; 6—фундамент опоры

сыпного (намытого) грунта не позволяют использовать его в качестве
надежного основания, то рампу приходится опирать на промежуточ-
ную конструкцию того или иного типа или увеличивать известными
способами несущую способность отсыпки. Например, проектом желез-
нодорожного подводного тоннеля под Волгой у Нижнего Новгорода
(ныне г. Горький) предусматривалось устройство рампы на железобе-
тонной рамно-стоечной эстакаде с массивными фундаментами на естест-
венном основании (рис. У.31).

В определенных местных условиях возможно также применение
рамп на свайно-стоечных эстакадах, на свайных фундаментах, на
сваях-оболочках и т. п.

В процессе разработки всех проектных решений, связанных с умень-
шением площади живого сечения водотока, допустимость и целесообраз-
ность их необходимо подтвердить гидравлическими расчетами, кото-
рые производятся с использованием положений и приемов мостовой
гидрологии, обычно применяемых для расчетов отверстий больших
мостов. Для компенсации уменьшения живого сечения водотока воз-
можно предусматривать расчистку пойм (посредством чего может быть
снижено значение коэффициента шероховатости и соответственно уве-
личена скорость течения), устройство срезок, постройку струенаправ-
ляющих сооружений и естественное углубление дна до некоторой про-
ектной линии размыва.

Иногда местные условия в районе строительства транспортного
тоннельного перехода через водоток могут сложиться таким образом,
что постройка вытянутых в длину пандусов-подходов к основному со-
оружению становится нецелесообразной. В таких случаях связь тон-
неля с поверхностью земли осуществляется вертикальными шахтами.
144
При ограниченных требованиях к пропускной способности перехо-
да шахты могут быть оборудованы лестницами и лифтовыми подъемни-
ками для людей и подвижного состава, в том числе — для отдельных
железнодорожных вагонов, п иметь сравнительно небольшой диаметр
(порядка 20 м).

Если переход рассчитан на максимальную пропускную способность,
то вместо подъемников возможны винтовые пандусы внутри шахт, тре-
бующие значительного увеличения поперечных размеров последних.

Длинные пандусы представляли бы значительное неудобство для
пешеходов. Поэтому в случае смешанного транспортно-пешеходного
назначения перехода или при постройке тоннеля только для пешехо-
дов для них необходимо предусматривать особые спуски. Пешеход-
ные входы-выходы в тоннель обычно размещаются с расчетом возмож-
но больше сократить путь и время движения под землей. В зависимости
от преодолеваемой разности отметок они могут быть пандусами с укло-
ном порядка 1:10 и с подогревом дорожной одежды или широко рас-
пространенными лестницами с открытым либо закрытым расположе-
нием. В отдельных случаях находят применение также подходные со-
оружения типа эскалаторных тоннелей с самодвижущнмися лестни-
цами и лифты.

§ 24.	Конструкции рамп

В отечественной практике тоннелестроения широко применяются
сборные железобетонные обделки рамп (рис. У.32). Они обладают ря-
дом известных общих достоинств сборного железобетона, особенно ярко-
проявляющихся при возведении этих конструкций в неглубоком котло-
ване, тем более — с откосами. Однако необходимость придания сбор-

Рис. У.32. Сборная железобетонная конструкция рампы:

/ — фундаментный блок; 2 — лотковый блок; 3—бетон замонолнчнванпя лоткового стыка;:
4 — стеновой блок; 5 — монолитная армированная обвязка; 6 — парапет; 7 —служебный
тротуар; в— проезжая часть; 9 — засыпка лотка
мой рампе ступенчатого очертания в продольном направлении (для
уменьшения числа типоразмеров сборных элементов) и усложнение
временного крепления глубоких котлованов, связанное с большими
габаритами железобетонных блоков, ограничивают целесообразность
использования сборных рамповых конструкций при крутом продоль-
ном уклоне и большой глубине заложения рампы.

Поэтому оптимальное в технико-экономическом отношении кон-
структивное решение подходной рампы к подводному тоннелю иногда
можно получить иа основе применения монолитного железобетона, что,
в частности, соответствует и данным зарубежного опыта.

Наиболее распространенный тип монолитной железобетонной рам-
пы — корытная конструкция с выступающими во внешние стороны
консолями. Консоли (крылья, шпоры), принимая на себя определен-
ную часть веса окружающей грунтовой засыпки, увеличивают устой-
чивость рампы против всплывания и способствуют уменьшению изги-
бающих моментов в лотке.

Малая глубина заложения въездных участков рамп и связанная
с этим незначительность давления воды снизу позволяют иметь доста-
точную величину коэффициента устойчивости по всплыванию даже
при наименьшем возможном весе конструкции. Здесь применима са-
мая простая форма сечения — со сплошной плоской лотковой плитой
(рис. У.ЗЗ, а).

На участках более глубокого заложения подъемная сила воды,
равная водоизмещению рампы, существенно возрастает. Поэтому для
ограничения размера консолей (а следовательно, и ширины котлована)
используется второе средство увеличения веса, противостоящего гидро-
статическому напору снизу,— пригрузка песком. Криволинейное
очертание лотка (рис. У.ЗЗ. б) позволяет поместить в него большое ко-
личество балласта без увеличения высоты боковых стен. Одновремен-
но засыпка исключает промерзание основания. В рампах иных типов
песчаный балласт насыпается равномерным слоем на плоскую плнту
или помещается в специальные балластные отсеки внутри пустотелой
коробчатой конструкции лотка.

Коэффициент запаса устойчивости на всплывание принимается
1,1, если не учитывать боковое трение грунта засыпки по конструкции,
и 1,2, когда оно вводится в расчет. Силы трения в таком случае опреде-
ляются не по величине наибольших боковых давлении, вычисляемой
с использованием положений теории предельного равновесия, а по бо-
ковому давлению в состоянии покоя 165]:

вХ =

где |— коэффициент бокового давления в состоянии покоя, определя-
емый экспериментально для конкретных условий, среднее ори-
ентировочное значение которого может быть принято ? = 0,3
(при р = 0,23).

Водоизмещение рампы № Т/м вычисляется по отметке, соответст-
вующей наивысшему уровню грунтовых вод (ВГГВ) или высокому
историческому горизонту (ВИГ); коэффициент перегрузки для гидро-
статического напора в этих предположениях можно считать равным
146
единице. Нормативное значение собственного веса конструкции рампы
рекомендуется принимать в соответствии с фактически измеренными
весами ее элементов (при сборных рампах) или размерами конструк-
ции и весами материалов (при бетонировании на месте).

Запас устойчивости по всплыванию, определяемый коэффициентом
1,1 (без учета трения), означает, что в предельном расчетном состоя-
нии, при наивысшем уровне воды, конструкция рампы передает на
основание нагрузку, равную 0,1 ее водоизмещения, т. е. давление, при-
близительно соответствующее 0,1 й, где й — наибольшая возможная
высота столба воды над подошвой сооружения. Однако к этой срав-
нительно небольшой величине давления добавляется по 0,1 кГ!см* на
каждый метр понижения горизонта воды. Таким образом, давление по
подошве рампы может колебаться в широких пределах и достигать ве-
личии больших, чем критические значения в данных условиях. Отсюда
вытекает необходимость, подтверждаемая практикой тоннелестроения,
устраивать в соответствующих случаях для рамповых конструкций
искусственные основания и даже фундаменты, например свайные-

Рис. У.ЗЗ. Конструкция монолитных железобетонных рамп:

а) с плоским лотком и прямыми консолями; б) с криволинейным лотком, заполненным бал-
ластом и косыми (наклонными) консолями; / — гидроизоляционная мембрана; 2 — цементная
стяжка 4 см: 3 — защитная облнцонка; 4 — бетонная подготовка 8 с.и; 5 — склеечная гидро-
изоляция подошвы; 6 — защитный слой бетона 5 см: 7 — боковые направляющие полосы
из белого бетона; 3 — разделительная полоса проезжей части; 9 — песчаный балласт;
10 — железобетонная плита 20 см; П — асфальтобетонное дорожное покрытие 8 с-«; 12 —
дренажная труба
Рис. У.34. Рамповая конструкция, заанке-
ренная в грунтовом основании:

1 — гидроизоляционная мембрана; 2 — защит-
ный слоП; 3 — конструкция рампы; 4 — цемент-
ная стяжка -I сл; 5 — бетонная подготовка
10 см: 6 — заделка анкерной сван в лоткопоЛ
плите: 7 — набивная втулка; 8 — железобетон-
ные иабионые анкерные сван с камуфлетными
утолщениями; 9 — песчаный балласт (дополни-
тельная пригрузка); 10 — ростасрк светового
перехода

Гравитационное за счет
тяжести обеспечение устой-
чивости рампы на всплывание
(придание ей отрицательной
плавучести) не только сказы-
вается иа размерах котлована
(ширине или глубине), но и
ограничивает возможность
экономии железобетона путем
применения высокопрочных
материалов, предварительно
напряженной арматуры, реб-
ристых н иных, рациональ-
ных в других условиях об-
легченных конструкций.
В большинстве случаев такие
рампы выполняются из низко-
марочных бетонов и армату-
ры. Стенам рамп придается
сплошное сечение и лишь тол-
щина их меняется соответст-
венно эпюре моментов от
внешних нагрузок.

Другой прием борьбы
с плавучестью — анкеровка

рамп — открывает определен-
ные перспективы создания высокоэффективных конструкций совре-
менного образца. Анкеровка рамповой конструкции производится
в грунтовом основании пли в утяжеленной бетонной подготовке на
дне котлована. Во втором случае действие гравитационного принципа
по существу сохраняется (к весу основной конструкции добавляется
вес бетонной балластной плиты).

В качестве анкеров, работающих на отрицательные реакции в при-
креплении лотковой плиты рампы к грунтовому основанию, подходят
различные типы свай, из которых наиболее целесообразными являют-
ся железобетонные набивные с утолщениями внизу (рнс. У.34) и сталь-

ные винтовые сваи.

Анкеры, соединяющие рампу с соответственно утяжеленной бе-
тонной слабоармированиой подготовкой на дие котлована (балластной
плитой), представляют собой арматурные стержни-выпуски с крюка-
ми иа концах. Эта простая система способствует экономичности рампы,
так как освобождает ее от требований минимума веса, благодаря чему
•становится целесообразной оптимизация конструкции по обычным по-
казателям расхода материала и объемов работ. Лотковая плита
осуществляется из высокопрочного бетона и ей придается рациональ-
ное очертание, соответствующее эпюре изгибающих моментов, а сте-
ны — из того же материала — армируются с предварительным на-
пряжением арматуры (рис. У.35).

Конечно, рассмотренный первым метод анкеровки — в грунтовом
основании — открывает не меньшие возможности создания рацио-
нальной железобетонной конструкции рампы. Кроме того, он обеспе-
чивает получение минимальных давлений по подошве сооружения,
что существенно снижает требования к несущей способности основания
и имеет особое значение в случае слабых грунтов.

Значительный интерес представляют для проектирования рамповых
участков новые конструкции обделки — с использованием неизвле-
каемого ограждения стенок котлована. Несущая часть стены одно-
временно является здесь крепью котлована в период производства ра-
бот. Она выполняется нз стального или железобетонного шпунта, по-
гружаемого обычным вибропогружателем, из железобетонных плит-
панелей, погружаемых усиленным вибропогружателем специального
типа, или нз железобетонных свай, опускаемых в предварительно
пробуренные скважины, с установкой между сваями железобетонных
панелей (рис. У.36).

Для уменьшения опорных моментов в местах защемления в грунте
неизвлекаемых стеновых элементов и изгибающих моментов по их вы-
соте используются распорные, а в других случаях — анкерные крепи,
выполняемые как постоянные конструкции.

Целесообразность применения распорной крепи обычного типа
ограничивается, по условиям продольного и поперечного изгиба, рас-
стоянием между раскрепляемыми стенами порядка 15—20 м. При боль-
шей общей ширине рампы приходится вводить в ее конструкцию проме-
жуточные продольные стены или ряды колонн с прогонами, либо с про-

Рпс. У.35. Рамповая конструкция, заанкеренная в балластном бетоне на дне кот-
лована:

I—железобетонная конструкция рампы; 2— утяжеленная бетонная подготовка на дне кот-
лована (балластный бетон); 3— предварительно напряженная арматура
Рис. У.36. Стена рампы из железобетонных
свай и панелей (неизвлекаемая котлованная
крепь):

1 — буровая скважина; 2 — железобетонная панель;
3 — железобетонная свая

дольными распорками, де-
лящие поперечную рас-
порную крепь на умень-
шенные пролеты.

В ряде случаев более
рациональной,чем распор-
ная, может стать анкерная
крепь, тяги которой рабо-
тают на растяжение и неза-
висимо для каждой стены.

Элементы того и дру-
гого вида крепи могут

быть установлены в один
или несколько ярусов. Тип крепи, количество ярусов н расположение
их по высоте выясняются сравнением вариантов по условиям наиболь-
шей технико-экономической целесообразности всей конструкции в це-
лом. При этом учитывается возможность установки анкерной крепи
независимо от габарита приближения строений (конструкций), но, в то
же время, — большая сложность устройства промежуточных ярусов
анкерной крепи и уменьшенная несущая способность их сравнительно

с верхним ярусом, имеющим благодаря закладке с поверхности земли
значительно более мощную конструкцию. С другой стороны, имеется
в виду дополнительное использование элементов распорной крепи в ка-
честве несущей конструкции для растров светового перехода.

Наиболее сложным во-

лу

Рис. У.37. Примыкание лотковой плиты к шпун-
товой стенке:

1 — стальной шпунт; 2 — монолитный железобетон:
3 — водонепроницаемый сварной шоп; 4 — сталь-
ной лист толщиной 10 -н.н; 5 — прижимная пла-
стина: 6 — цементно-песчаный раствор: 7 — рулон-
ная оклеенная гидроизоляция: в — слой скольже-
ния из битума и медной фольги; 9 — бетонная под-
готовка; 10 — защитный слой бетона: // — лотко-
вая плита рампы

просом проектирования
всех названных выше ти-
пов конструкций с неизвле-
каемой крепью при водо-
носных грунтах является
сопряжение лотковой пли-
ты со стенами рампы. Ойо
должно быть водонепрони-
цаемым и достаточно проч-
ным для передачи на стены
значительных нагрузок от
гидростатического давле-
ния по подошве плиты.
Одно из возможных реше-
ний этих узлов при сталь-
ной стенке из шпунта ко-
робчатого профиля пред-
ставлено на рис. V.37.

Железобетонная лотко-
вая плита образована деся-
тнметровыми (по длине
рампы) монолитными сек-
циями, соединенными в
деформационных швах спе-
циальными прокладками из резиновых профилированных лент, при-
вулканпзированиыхк стальным полосам. При этом стальные трубчатые
штыри ограничивают вертикальные смещения, а оставленные каналы
обеспечивают возможность дополнительного уплотнения швов нагне-
танием специальных растворов.

Соединения плиты с шпунтовыми стенками рассчитаны на восприня-
тое значительных усилий снизу вверх и допускают благодаря проклад-
кам скольжения из битума и медной фольги температурно-усадочные
перемещения порядка нескольких миллиметров. Гидроизоляция из
рулонного материала на битумной основе присоединяется посредст-
вом стальных прижимных пластин к стальным листам толщиной 10 мм,
приваренным к шпунтовым стенам.

Стальные шпунтины свариваются выше подошвы рампы сплошным
швом и окрашиваются изнутри. Облицовкой стен служат сборные
железобетонные плиты с отфактуренной в заводских условиях внут-
ренней поверхностью.

Рамповые конструкции обычно подвержены влиянию колебаний
температуры. Инженерно-геологические условия по их длине, глуби-
на заложения и соответственно деформативиые свойства основания
могут значительно меняться в обе стороны от некоторых средних ха-
рактеристик.

Не остается постоянным и тип конструкции, зависящий от кон-
кретных строительных условий в данном месте и предъявляемых экс-
плуатационных требований.

При монолитных обделках приходится учитывать неизбежные
усадочные явления (напряжения и деформации), связанные с бе-
тонированием на месте массивных конструктивных элементов боль-
ших размеров. Все это приводит к необходимости деления рампы
на отдельные блоки деформационно-осадочными сквозными попереч-
ными швами.

Соединения в швах должны допускать расчетные взаимные смеще-
ния смежных сечений (по длине, высоте и углу поворота) без каких-
либо нарушений гидроизоляции сооружения.

Швы размещаются по длине рампы с шагом порядка 10—20 м,
размер которого уточняется в зависимости от ожидаемых деформаций
и деформативиых характеристик примененных стыковых связей и уп-
лотнения шва. Обязательным является устройство деформационно-
осадочных швов в местах резкого изменения типа примененной
железобетонной конструкции, свойств основания пли действующих
на сооружение нагрузок.

Следует учитывать, что включение в конструкцию рампы деформа-
ционных швов открывает определенные возможности горизонтальных
сдвигов ее элементов.

Эти перемещения могут быть продольными — под влиянием тор-
мозных усилий подвижного состава и поперечными — от действия цент-
робежных сил на участках горизонтальных кривых. В качестве мер.
предупреждения таких сдвигов иногда предусматриваются врезанные
в грунт основания ребра опорной плиты, соответственно поперечные
или продольные.
§ 25.	Световые переходы

По ночам тоннель освещен равномерно на всем протяжении. Днем

яркость искусственного освещения увеличивается от середины тоннеля
к порталам и автоматически регулируется при помощи фотоэлемент-
ных электронных приборов в зависимости' от интенсивности дневного
света. Несмотря на такую регулировку, переходы от ярких солнечных
лучей к искусственному свету в тоннеле и обратного направления ока-
зываются чересчур резкими. Глаза водителей транспорта не успевают
приспособиться (адаптироваться) и на время перестают видеть, что
отражается на безопасности движения. Поэтому у входов в транспорт-
ные тоннели, особенно при автомобильном движении, необходимо
устраивать специальные адаптационные участки, так называемые све-

товые переходы.

Световой переход может быть расположен как в самом тоннеле, так
и на предпортальном подходном участке. Не исключается создание
двойного перехода — в обе стороны от портала.

Внутритоннельный адаптационный участок образуется местным

увеличением к порталу высоты, а иногда и ширины основного попереч-
ного сечения тоннеля. Раструбу, который позволяет дневному свету
проникать подальше в тоннель с постепенным ослаблением яркости,,
может быть придано плавное (криво- или прямолинейное) очертание
или уступная форма (рис. У.38). Первый тип раструба следует при-
знать лучшим с архитектурной и эксплуатационно-транспортной точек
зрения. Зато у второго типа есть определенные преимущества в отно-
шении технологии строительства даже при монолитном бетоне; при
сборных же конструкциях обделки и для тоннелей, сооружаемых гор-
ным способом, реально осуществимым становится только уступный
тип внутрнтоннельного светового перехода.

Вид и конструкция предпортального адаптационного участка тесно
связаны с типом подходного пандуса. При открытой выемке значитель-
ной ширины световой переход может быть выполнен как сквозная ре-
шетчатая конструкция в виде раструбного оголовка двоякой кривиз-
ны, смонтированного вплотную к тоннельному порталу (рис. У.39).
Для повышения эффективности раструба относительная площадь от-
верстий в его оболочке

Рис. У.38. Адаптационные раструбы тоннель-
ной обделки:

а) плавного очертания; б) уступимП

уменьшается в сторону тон-
неля. Подобная схема све-
тового перехода применима
как для горных и город-
ских тоннелей, так и для
подводно-тоннельных пере-
ходов, проектируемых &
соответствующих топогра-
фических условиях.

Меньшая ширина выем-
ки с откосами, образован-
ными относительно креп-
кой горной породой, опре-
Рис. У.39. Раструбные решетчатые оголовки на участке светового пере
хода

делила для тоннеля в Гаване особый тип светового перехода, осуще-
ствленный тремя легкими конондальнымн сводами-оболочками с по-
следовательно уменьшающимися размерами пространства под ними
(см. рис. У.28). Этот световой переход дополнен второй частью —
внутритоннельным раструбом с высотой, постепенно меняющейся от
10 лг у фронтальной стены до постоянного просвета 4,8 л* на расстоя-
нии 50 лг от нее.

Наиболее эффективными в эксплуатации, конструктивно совер-
шенными и экономичными являются световые переходы с роствер-
ками, устраиваемые на предпортальных участках подходных рамп.
Постепенное затемнение дневного освещения при въезде в тоннель
и обратный процесс при выезде обеспечиваются в таких случаях систе-
мами распорок с продольными связями, устанавливаемых между стен-
ками рампы выше габарита приближения строений.

Распорки (рис. У.40) размещаются по тому или иному рисунку
в плане и могут иметь по длине тоннеля разную высоту, ширину, рас-
стояние друг от друга и, наконец, различную интенсивность окраски
в серый цвет, в пределах от почти белого до черного. Кроме того, по-
стоянные распорки иногда дополняются регулируемыми лопастями.
Получается решетка типа жалюзи, полностью предотвращающая про-
никновение к входу в тоннель прямого солнечного света и уменьшаю-
щая в необходимой степени яркость дневного освещения.

Элементы распорок обычно используются и по прямому назначе-
нию, соответствующему их названию. Замыкая поверху корытную кон-
струкцию рампы, система распорок одновременно существенно улуч-
шает ее статическую работу под нагрузкой от наружного бокового
давления, действующего на стенки.

Длину светового перехода /п желательно определять в зависимости
от расчетной скорости движения 1/р с учетом того, что среднее время
I изменения диаметра глазного зрачка в связи с приспособлением (адап-
тацией) его к новым условиям освещения составляет около 3 сек. Одна-
ко в ряде случаев протяженность адаптационного участка по коиструк-
Рис. У.40. Конструкция верхнего ростверка на участке светового перехода:

а) общпЛ пид; б) деталь продольного разреза: I — средняя стена рампы; 2 — дополнитель-
ные поперечные элементы: 3 — продольные элементы; 4 — наружная стена рампы; 5—по-
перечные распорки; 6 — опорные площадки; 7 — предварительно напрягаемые продольные
стержни диаметром 10 .«.и; 8 — монтажные уголки с резиновыми прокладками для обжа-
тия узловых соединений

тивным соображениям принимают меньшей, чем физиологически оправ-
данная величина /л = Ур-/, или же ее составляют из двух отрезков
по обе стороны портала, применяя, как отмечено выше, двойной
переход.

§ 26. Особенности вентиляции
подводных тоннелей

Основные вопросы вентилирования транспортных тоннелей в раз-
личной степени освещаются существующей литературой и норматив-
ными материалами [1, 4, 5, 7, 8, 9, 16, 17, 47, 641. Поэтому ниже рас-
смотрены лишь те из них, по которым желательны дополнительные
сведения или пояснения применительно к проектированию вентиля-
ции подводно-тоннельных переходов.

Вогнутый продольный профиль, значительная длина н заглублен-
ные ниже поверхности земли порталы подводного тоннеля практичес-
ки исключают естественное проветривание сооружений этого типа.
Аэродинамическое (поршневое) действие проходящего по тоннелю
транспорта само по себе тоже не способно обеспечить надежную венти-
ляцию подводных тоннелей, хотя и подлежит учету в расчетах вентиля-
ционных систем. Единственным средством создания необходимой
кратности воздухообмена является здесь механическая или, как ее
обычно называют в тоннелестроении, искусственная вентиляция, ко-
торая может быть приточной, вытяжной, приточно-вытяжной или обще-
обменной.

Потоки воздуха как чистого (свежего), так и загрязненного на-
правляются в пределах проезжих отсеков (проездов) тоннеля вдоль
или поперек оси сооружения. По этому признаку различаются, как
известно, системы вентиляции: продольная, поперечная, а также сме-
шанные (комбинированные) — полупоперечная и полупродольная.
154
Продольная вентиляция автодорожных тоннелей применяется
только при разделении направлений движения по отдельным проез-
дам. Наиболее употребительной в последнее время становится система
с вентиляторными установками (станциями) инжекторного типа.
Они снабжаются осевыми вентиляторами и размещаются в специаль-
ных вентиляционных зданиях неподалеку от порталов (рис. У.41).
Вентиляторы нагнетают свежий воздух в проезжее пространство тон-
неля в направлении движения транспорта. Приточные каналы при
этом располагаются под углом 20° к оси тоннеля, который по данным
проведенных исследований считается оптимальным.

Достигаемая интенсивность проветривания по продольной или сме-
шанным системам может быть повышена применением струйных по-
будительных вентиляторов диаметром 0,5—0,63 м, монтируемых груп-
пами на стенах или потолке проезда через каждые 50—80 м по длине.
Струйные вентиляторы, впервые примененные в тоннеле Бенилюкс
(Голландия, Роттердам, 1963—1967 гг.), показали себя настолько эф-
фективным фактором проветривания, что в некоторых тоннелях их ста-
ли использовать в качестве единственного средства воздухообмена.

В случаях, когда при нормально одностороннем движении по тон-
нельным проездам предусматривается возможность кратковременного
двустороннего движения с повышенной интенсивностью, устраивают-
ся вспомогательные системы вентиляции. Обычно они работают по
полупоперечной схеме, используя как приточный воздуховод какую-
нибудь галерею для транзитных коммуникаций или служебный кори-
дор. Такое решение осуществлено, в частности, при строительстве тон-
неля Коэн (Голлландия, Амстердам, 1962—1966 гг.) и названного вы-
ше тоннеля Бенилюкс (рис. У.42).

Оптимальная система вентиляции подводного тоннеля в значитель-
ной степени определяется его назначением, длиной, способом соору-
жения и типом обделки. В свою очередь вид конструкции тоннеля
часто зависит от системы вентиляции. Наиболее ярко эта взаимозави-
симость проявляется при постройке тоннелей способом погружения
секций, представляющим относительно большие возможности для
проектирования поперечного сечения. Например, она легко прослежи-
вается на приводимых чертежах (рис. У.43) вариантов конструкции
одного из автодорожных подводных тоннелей.

Рациональная вентиляция тоннеля способна существенно повысить техни-
ко-экономическую эффективность всего сооружения. Характерным примером
этого может служить проектирование подводного тоннеля Лнмфьорд па автома-
гистрали Е—3 (Дания, г. Ольборг, 1965—1969 гг.). Сначала здесь предусматрива-
лась аналогично ряду других подводных тоннелей полупоперечная вентиляция
со средней галереей-воздуховодом для чистого воздуха. Потом ее заменили про-
дольной системой с подвешенными под потолком струйными побудительными
вентиляторами. За счет отказа от вентиляционной галереи удалось почти без уши-
рения тоннеля разместить в каждом из двух его отсеков пэ три полосы движе-
ния вместо двух (рнс. V. 44). Вынужденное при этом увеличение высоты секции
на 0,8 .и мало отразилось на длине тоннеля и на объемах работ. В результате при
увеличении пропускной способности тоннеля почти в 1,5 раза стоимость строи-
тельства его повысилась лишь на 10%. Такое решение было вскоре повторено
при сооружении тоннеля Хейненорд (Голландия, Барендрехт, 1966—1969 гг.).
Рнс. У.4!. Вентиляционное здание при продольной инжекторной вентиляции:
а) поперечный разрез по оси ствола; б) продольный разрез; / — воздухозаборные жалюзи;
2—вентилятор вспомогательной полупопсречной системы; 3 — служебные помещения; 4 —
вентилятор главной системы; 5 — рампа; б — деформационный шов; 7 — водосборник; В —
погружная секция тоннеля

Рнс. У.42. Многосистемная вентиляция автодорожного тоннеля:

/ и 2— вентиляционные здания инжекторной системы; 3 — рамповый участок; 4 — светиль-
ники; 5 — шумопоглощающая облицовка; б — струйный вентилятор; 7 — габарит приближе-
ния конструкций; 8 — приточные отверстия вспомогательной полупопсречной вентиляции
Рис. У.43. Вариан-
ты конструкции по-
гружной секции
с различными си-
стемами вентиля-
ции:
а) полупродольиая с
боковым расположе-
нном воздуховодов;
о) поперечна» со
средним расположе-
нием воздуховодов:
а) полупоперечваи с
воздуховодами под
проезжей частью;
г) полупродольиая с
верхним расположе-
нием вытяжных воз-
духоводов; <Э) по-
лупоперечная с ниж-
ним расположением
воздуховодов; е) по-
перечная с располо-
жением воздуховодов
нверху н внизу; 1 —
приточный воздухо-
вод: 2 — вытяжной
воздуховод: 3 — сое-
динительный ходок
2740

Рис. У.44. Поперечное сечение подводного автодорожного тоннеля, проветривае-
мого по продольной системе со струнными вентиляторами:	'

1— вентиляторы; 2 — звукопоглощающий потолок; 3— осветительная арматура; 4 — ниша
для сигнального устройства: 5 — водопроводная магистраль; 6 — электрические каСелн;
7 — аварийный проход

Выбору системы вентиляции и определению ее расчетных парамет-
ров в настоящее время уделяется исключительное внимание. При этом
теоретические расчеты и выводы во многих случаях проверяются и до-
полняются опытными исследованиями, выполняемыми лабораторно-
экспериментальными методами моделирования, и в натурных услови-
ях — на сооружениях, допускающих проведение необходимых анало-
гий.

Вентиляционные станции подводных тоннелей размещаются в спе-
циальных сооружениях-зданиях, обычно имеющих дополнительные
служебные функции. Объемы работ по нх постройке достигают иногда
весьма значительных величин.

Например, полупоперечная вентиляция четырехполосного автодорожного
тоннеля под р. Мерсей (Англия, Ливерпуль, 1925—1934 гг.) потребовала строи-
тельства шести вентиляционных зданий, из которых наибольшее имеет высоту
около 70 м. Общее количество установленных на этом подводном переходе цен-
тробежных вентиляторов (с учетом 100% резерва) —30, из них 18 — нагнетатель-
ного действия (приточные), а 12—вытяжные. Приточные вентиляторы имеют диа-
метр рабочего колеса до 8,5 м и подают по 18 тыс. м9 воздуха в минуту. Как вид-
но из предыдущего (см. рис. У.41), использование продольной инжекторной сис-
темы вентиляции существенно сокращает размеры вентиляционных станций.

При постройке длинных подводных тоннелей с применением не-
скольких способов производства работ вентиляционные здания стара-
ются размещать в месте сопряжения разнохарактерных участков со-
оружения. Различные конструкции обделки н не совпадающие в попе-
речных сечениях вентиляционные магистральные воздуховоды взаим-
но согласовываются и увязываются в единое целое на протяжении
20—30 м длины вентиляционного здания.

Например, иа строящемся автодорожном тоннеле под Эльбой в Гамбурге
(см. рис. V. 2), вентилируемом по классической поперечной системе на всем протя-
жении закрытой части длиной 2653 м, одно из вентиляционных зданий (рис. V. 45)
помещено в месте стыковки способа погружения секций со способом открытого
котлована. Поперечные сечения тоннеля на обоих участках запроектированы
очень похожими, расположение вентиляционных каналов соответственно идентнч-
.153
но. Поэтому вентиляционное
здание имеет сравнительно
простую конструкцию, несмот-
ря на то, что устанЬвленные в
нем 13 осевых вентиляторов
работают и иа приток п иа вы-
тяжку (соответственно пять и
восемь вентиляторов). Другое
вентиляционное здание того
же тоннеля работает только
иа приток, ио в нем осущест-
вляется разводка чистого воз-
духа по многочисленным и по-
разному расположенным воз-
духоводам на участке погруж-
ных секций с одной стороны
здания и в круговых, прохо-
димых щитами тоннелях — с
другой. Отсюда большая слож-
ность конструкции и общая
громоздкость этого вентиляци-
онного сооружения (рнс. У.46).

Рис. У.45. Разводка воздуха по каналам про-
межуточного вентиляционного здания «Юг» &

(см. рис. У.2):

1 — свежил воздух (приток); 2 — загрязненный воз-
дух (вытяжка)

В определенных условиях, при широком зеркале водотока п не-
большой глубине воды может выявиться рациональность постройки
промежуточного вентиляционного здания на акватории. Тогда для не-
го проектируют искусственный остров, предусматривая соответствую-
щую защиту от размыва.

Постройка вентиляционных зданий осуществляется чаще всего-
в открытом котловане. Однако в отдельных случаях (см., например,,
тоннели на рисунках У.9 и У.16) приходится сооружать их способом
опускного кессона.

Принятые в проекте транспортного тоннеля системы вентиляции,,
размеры, типы и характеристики вентиляционных устройств и обору-

Рис. У.46. Вентиляционное здание в месте сопряжения прямоугольной по-
гружной секции с тремя круговыми тоннелями иа участке щитовой проход-
ки («Центр».4 иа рис. У.2):

а) поперечны Л разрез; б продольны!) разрез; / — воздухозаборные жалюзи:
2 — камеры осевых вентиляторов; 3 — приточный воздуховод о секцию; 4 — то же.
о круговой тоннель; 5 — водосборник; 6 — служебные помещения; 7 — магистральный
вытяжной воздуховод; 8 — магистральный приточный воздуховод
дования должны быть рассчитаны так, чтобы обеспечивался достаточ-
ный воздухообмен для поддержания при расчетном режиме эксплуата-
ции требуемых химического состава и физического состояния воздуха.
Иногда будет правильно исходить из оправданного соответствующими
данными и расчетами предположения, что максимальная пропускная
способность тоннеля достигается через относительно короткий срок —
(0,3 -т- 0,5) х Т — после ввода его в действие (Г — срок окупаемо-
сти). Тогда эта величина пропускной способности берется за основу
проектирования всего вентиляционного комплекса, который осущест-
вляется сразу целиком, и полностью сдается в эксплуатацию одно-
временно с началом движения по тоннелю.

Увеличенные против необходимых в данное время площади попереч-
ного сечення воздуховодов влекут при этом определенное «заморажи-
вание» соответствующей доли капиталовложений, но благодаря мень-
шим воздушным сопротивлениям несколько сокращаются эксплуата-
ционные расходы по вентиляции. В то же время недоиспользование
мощности установленного оборудования отрицательно отражается
одновременно и на капитальных и на эксплуатационных затратах (по-
следнее — из-за снижения КПД оборудования). Чаще, однако, реаль-
ные размеры потоков транспорта длительное время (превышающее
срок окупаемости) отстают от наибольших возможных. Очевидно,
в подобных случаях тоннельная вентиляция должна по эконо-
мическим соображениям проектироваться с этапным осуществлением
и вводом в эксплуатацию. Интенсивность проветривания тоннеля
может увеличиваться по этапам посредством следующих мероприя-
тий, используемых в отдельности или в соответствующих сочетаниях:

1)	Повышение производительности вентиляционных установок пу-
тем замены вентиляторных агрегатов, добавления новых или увели-
чения мощности существующих; последнее предусматривается, напри-
мер, в будущем дпя тоннеля под заливом Эй (Голландия), где электро-
двигатели осевых вентиляторов вынесены за пределы вентиляционных
каналов с целью упростить замену на более мощные и высокооборот-
ные. Конечно, увеличение расхода воздуха при сохранении существую-
щих воздуховодов влечет рост скоростей воздушных потоков, увели-
чение сопротивлений и потерь напора, а следовательно, и ухудшение
эксплуатационно-экономических показателей вентиляции.

2)	Увеличение числа вентиляционных станций по длине тоннеля;
при этом сокращаются длины вентиляционных участков (плеч), что
позволяет резко улучшить обмен воздуха при сохранении прежних
воздуховодов.

3)	Увеличение сечения существующих воздушных каналов или про-
кладка новых с одновременным повышением производительности
вентиляционных установок.

4)	Реконструкция системы вентиляции с переходом на более про-
изводительную, например, от продольной естественной к продольной
инжекторной или со струйными вентиляторами, от поперечной к полу-
поперечной (при которой общая площадь воздуховодов увеличивается
за счет использования сечения проезжего отсека тоннеля для продоль-
ного тока воздуха) и т. п.
Глава VI

СТАТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ОБДЕЛОК
ТОННЕЛЕЙ

§ 27. Основные положения

Нагрузки, действующие на тоннельную обделку, определяются
в зависимости от рельефа местности, глубины заложения тоннеля,
инженерно-геологических условий и методов производства работ.

Различают основные, дополнительные и особые сочетания нагру-
зок.

Основные сочетания включают нагрузки, действующие на обделку
постоянно или регулярно. К ним относятся горное и гидростатическое
давление, собственный вес конструкции и временная нагрузка от тран-
спорта в тоннеле.

Дополнительные сочетания включают нагрузки, действующие на
конструкцию кратковременно или периодически. К ним относятся
усилия, возникающие при резких колебаниях температуры, усадке
бетона, а также внешнее давление раствора при нагнетании за обдел-
ку, давление щитовых домкратов и нагрузки от механизмов и оборудо-
вания, используемых при производстве работ.

В особые сочетания входят нагрузки, вызываемые, в основном,
действием сейсмических сил в районах, подверженных землетрясениям.

Все указанные виды нагрузок при расчетах обделки должны при-
ниматься в наиболее невыгодных, но реальных сочетаниях 12, 8, 9,
16, 23, 24].

Расчет тоннельных обделок производится по предельным состоя-
ниям (см. § 33) на основе методов строительной механики, теории
упругости и механики грунтов, с учетом инженерно-геологических
особенностей горных пород, прорезаемых тоннелями (см. главу II).

Спецификой расчета подземных конструкций является необходи-
мость учета совместной работы обделки и породы, представляющих со-
бой единую упругую систему.

Реактивное давление или упругий отпор породы возникает вследст-
вие деформации обделкн под воздействием преимущественно верти-
кальной нагрузки (собственный вес, горное давление). Его величина
находится в зависимости от упругих свойств окружающих обделку по-
род и определяется на основе гипотезы Фусса—Винклера, предполагаю-
щей прямую пропорциональность между напряжениями (ст) и дефор-
мациями (и)

а = ки,	(VI.!)

где к — коэффициент упругого отпора породы, кПсм3.
Основные статические схемы

Таблица VI.!

№	Конструкция	Расчетная схема								Условия применения схемы		
										Горные породы	Способ работ	Материал обделки
1	Прямоугольная рама с жесткими узлами: а) однопролетная б) двухпролетная	О)  1	□Ш37	7 б) 7 н	гппт Г—	яшщ		1 “510РН		Рыхлые обводненные- В сильной степени нарушенная скала	Котлованный спо- соб либо прямо- угольный щнт	Секционная обдел- ка из монолитно- го железобетона
					ь	‘							
		////			/////////—"							
2	Открытая сверху рама с шарннрцо-олертым ри- гелем:  а) однопролетная б) двухпролетная	а)-т- 'I	6) %.  П11III ?  10Н		1Ш.111 н		ттттт г ^777*	?  1	р	Рыхлые сухие. Скаль- ные средней проч- ности	То яге	Монолитный (рама) и сборный (пере- крытие) железо- бетон
3	Пологий свод, опертый на породу	1		штшшштшгп д.						Скальные средней прочности при ус- тойчивых боках вы- работки	Способ опертого свода	Монолитный бетон
			7	/  /ч.	А 1	>			-г				
			1									
4 Пологий свод, опертый
на массивные стены

5 Свод, опертый на верти-
кальные стены

6

Пологий свод, опертый
в массивные стены, уп-
руго заделанные в об-
ратный свод

ппшшшшп?

Подъемистый свод, опер-
тый на породу при / < 1
(без учета сил отпора)

. 1111ПТТ1ГП?

I?


Рыхлые сухие и сла- бые скальные	Способ полностью раскрытого про- филя	Монолитный бетон
То же	То же	То же
Глинистые породы, проявляющие в ос- новании тоннеля давление снизу вверх	Способ опорного ядра	»
Рыхлые сухие и сла- бые скальные. Гли- на плотная, щебе- нистый грунт	Способ полностью раскрытого про- филя	
Конструкция

Расчетная схема

8

Подъемистый свод, упру-
го заделанный в обрат-
ный свод прн / < 1 (без
учета сил отпора)

11111111111119

Подъемистый свод, заде-
ланный пятами в поро-
ду (с учетом отпора)

ШШППШ-?

10

Подъемистый свод, заде-
ланный в обратный свод
(с учетом отпора)

ППШШШ?'
Продолжение табл. VI.!

	Условия применения схемы		
	Горные породы	Способ работ	Материал обделки
	Рыхлые слабые обвод- ненные. Глина, про- являющая пучение. Все породы в зонах разлома	Способ опорного ядра	Монолитный бетон
	Скальные прочные н срепней прочности	Способ сплошного забоя	То же
	Комбинированные: скальные средней прочности в преде- лах верхнего свода и полуреальные сла- бые обводненные о пределах обратного свода	То яге	В
11	Обделка в виде свободно- деформнруемого коль- ца	Горизонт Йоды  г Ж. ' в  ПР П1111! 1 <			Плывуны, разжижен- ный лёсс, обводнен- ный песок, пл и дру- гие разжиженные породы	Щнтовой способ под сжатым воз- духом	Сборная из чугун- ных тюбингов
12	Обделка в виде кольца в упругой среде		111111111;!?  а. ...р! «5|^«		Плотная глина, щебе- нистый грунт, сле- жавшаяся галька, мягкий известняк, мел.н др.	Щнтовой способ	Сборная нз ж. б. тюбингов НЛП блоков

Примечания.

Ч

В схемах приняты следующие обозначения:

и р —вертикальное и горизонтальное горное давление;

«'—реакция грунта основания;

«" — активное давление породы, направленное снизу вверх?

<т—упругий отпор породы.

8
Деформации или перемещения и различных точек обделки заранее
неизвестны и определяются путем расчета статически неопределимой
конструкции свода (или кольца) в упругой среде.

Наиболее распространенные статические схемы приведены в
табл. VI.!.

Расчет обделки по ряду из приведенных схем может быть выполнен
различными методами, отличающимися друг от друга степенью точно-
сти и различным подходом к определению сил упругого отпора породы.

Наиболее распространенными из них являются: метод Г. Г. Зура-
бова и О. Е. Бугаевой 15, 6, 23], метод С. Н. Наумова [8] и метод
Метрогипротранса [5, 8]. Достоинства и недостатки каждого метода
указаны в [8].

Упругий отпор возникает в породах, обладающих необходимыми
упругими свойствами (обычно при коэффициенте крепости по Протодья-
конову 1).

Отпор породы значительно облегчает статическую работу обделки,
позволяя получить более экономичные конструктивные решения.
В слабых породах (при /< 1) вместо упругого отпора в расчет вводит-
ся горизонтальное горное давление.

Материалом обделок подковообразного очертания в большинстве
случаев является бетон, который отличается относительно высокой
сопротивляемостью сжимающим усилиям и низкой — растягивающим.
Поэтому вопрос рационального проектирования обделки приобретает
существенное значение. Однако выбор безмоментной оси свода свя-
зан с известными трудностями, так как величина и особенно закон рас-
пределения горного давления обычно отличаются неопределенностью,
особенно по трассе тоннеля с частой сменой геологических условий.
Практически добиться совпадения оси свода с кривой давления не пред-
ставляется возможным. При расчетах обычно довольствуются вписы-
ванием последней в тело обдел кн 18].

При расчете обделок по предельным состояниям конструкции, ког-
да используется расчетное сопротивление бетона на растяжение (вто-
рое предельное состояние), кривая давления в замке может выходить
и за пределы сечения на величину, гарантирующую недопущение рас-
крытия трещин в шелыге свода.

При известных величинах вертикальной и горизонтальной нагру-
зок кривая давления может быть построена по уравнению (VI.2), вы-
веденному О. Е. Бугаевой 123]:

+	(VI.2)

\	4/	/

а

где — отношение интенсивности равномерно распределенной
р вертикальной нагрузки (д) к интенсивности горизонталь-
ной нагрузки (р);

/ — стрела свода;

у и х — ординаты и абсциссы осевой линии (начало координат
располагается в замке свода).
Теория статических расчетов тоннельных обделок и выводы не-
обходимых расчетных формул подробно изложены в 12, 5, 8, 39, 401.

В настоящем пособии даиы практические рекомендации по расчетам
обделок тоннелей подковообразного и кругового очертаний с повто-
рением отдельных формул, взятых из учебников для облегчения ра-
боты над книгой.

§ 28.	Свободный свод, опирающийся на породу

Свободным считается пологий свод < 0,25}, на наружном кон-
туре которого ие возникает зон упругого отпора породы.

Конструкция обделки в виде свободного свода, упруго заделанного
пятами в породу (табл. VI.!, схема № 3), применяется в следующих
случаях:

а)	в достаточно прочных скальных, но трещиноватых породах, в ко-
торых возможны вывалы пз кровли выработки;

б)	в слабых скальных породах в кровле и прочных — в боках выра-
ботки, где обделка не требуется.

При статическом расчете такого свода за основную систему при-
нимается кривой консольный брус, испытывающий воздействие как
внешних нагрузок (горное давление, собственный вес свода), так и не-
известных усилий Х2 н Х3.

При симметричной системе и нагрузке, обычной в практике тонне-
лестроения, перерезывающая сила Х3 (в замке свода) обращается в нуль
и лишними неизвестными будут изгибающий момент Хх и нормальная
сила Х2, приложенные в центре тяжести ключевого сечения свода.

Под влиянием неизвестных сил и внешних нагрузок пяты свода сме-
щаются по горизонтали на величину и и поворачиваются на угол у,
что оказывает существенное влияние на его напряженное состояние,
степень которого находится в обратной зависимости от коэффициента
постели к под пятой свода (рис. VI. 1).

Канонические уравнения метода сил для симметричного свода
с упруго заделанными пятами при действии симметричной нагрузки
имеют вид:

+Л» $12+Д1р+т = 0;

®21 -^2 ®22 4" Дгр /"V “Ь и ~ 0 

Входящие в них суммарный угол пово-
рота у и суммарное горизонтальное смеще-
ние и пят свода определяются из выраже-
ний:

Т = *1Т14-*2(т2+/Т1)4-Тр; 1
и = иг+Х2 (й2++ ир.)

Рис. VI.!. Основная си-
стема

^1.4)
Подставляя значения у и и из (VI.4) в (VI.3), можно получить:

Х1 Сц + Х2 а1« 4* 01р = 0;

^1 ^21 4“ ^2 ^22 I” ^2р

где

0,2 = а21 = б12+-у., + /ух;

а22 = 622 4- и2 4- 2/«! 4- /2ух;

«1Р = Д1Г4-ТР;

Оор = Дар 4" Л’р 4" Ор.

(VI.5)

(У1.6)

В формулах (VI.6):

бп, б12, б22 — единичные перемещения, зависящие от неизвестных
усилии и Х-2,

Д1Р и Д2р — грузовые перемещения, зависящие от внешней нагрузки
(горного давления и собственного веса);

71 и у2 — угловые смещения пят свода, вызванные единичным
моментом и единичной горизонтальной силой;

Их и и2 — горизонтальные смещения пят свода от тех же воздей-
ствий;

ур — угловое смещение пят свода от воздействия внешней
нагрузки;

ир — горизонтальное смещение пяты свода от внешней на-
грузки;

/ — стрела свода.

Таким образом, решение задачи сводится к отысканию значений
коэффициентов а (VI.6) канонических уравнений (VI.5). Расчет реко-

мендуется производить в табличной форме в следующем порядке:

1. Задаться геометрическими
баритом приближения строений

Рис. У1.2. Схема к разбивке полусво-
да на клинья

размерами свода в соответствии с га-
11 фактическими геологическими ус-
ловиями, пользуясь данными при-
ложения.

2.	Определить нагрузки, дейст-
вующие на обделку (вертикальное
и боковое горное давление, собст-
венный вес свода и др.) по форму-
лам, приведенным в [8, стр. 90].
Значения найденных нагрузок
умножить на коэффициент пере-
грузки.

3.	Вычертить половину свода,
до оси его симметрии, в масштабе
1 : 20 или 1 : 25 и разбить полу-
свод радиальными швами на че-
тыре или пять равных по длине
клиньев (рис. VI.2).
4.	.Определить графически коорди-
наты хт и ут центров радиальных
швов и установить расчетную длину
клина Аз.

По известным координатам центров
радиальных швов и радиусу оси свода
вычислить углы наклона фт каждого
шва к вертикали и определить графи-
чески толщину ЛП1 свода в местах рас-
положения швов.

Все эти данные занести в табл.
(VI.2) и произвести необходимые вы-
числения.

5.	При помощи табл. VI.3, формулы

(VI.?) и рис. VI.З определить значения
изгибающего момента Мтр и нормальной силы Мтр (для каждого
шва) в основной системе от действия внешней нагрузки.

Мтр — Л4(ш— I) р I Рщ Рт В,„

+ Дх 2 (Р( + Сг) + Ду 2 В’,! ;
1	1	3

Ытр = 51П фт2 (Р; + 6()~—СОЗ фт2^-

I	I

(VI.?)

Таблица VI.2

Геометрические характеристики свода (при четырех клиньях полусвода)

№ шва	Хт т	«т		51ПФ,,,	с°5 Ф„,	Лт	,3 л/л	1	12  'т 4	1+ут	0  Ут	(1+дт>*
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
0	*•	До	Фо	51П фо	СО5 фо	Ло	"о	12	* +До	•А	(1+ДоР
1		Д1	Ф1	51П фд	’СО5 ф1	Л1		12 л?	1+Д1	О  У\	(1^Д1)2
2	х2	Да	Фг	81П ф»	СО8 ф»	л2	й|	12  Л3 "2	1+Дз	0  До	(1+Д2)9
3	*3	Уз	Фз	51П фз	СО5 фз	лэ		12  Л3 "з	1-1-Дз	Уз	(1+Дз)9
4		Да	Фо	51П ф4	СО5 ф4	л«	А4	12	1^04	й	(1*Д4)9
В формулах (VI.?)

Рт, Ет, От — соответственно вертикальная, горизонтальная нагрузки
и собственный вес обделки (рис. VI.3);

рт, ет и §пг — плечи вышеуказанных сил относительно центра каж-
дого шва.

6.	При помощи табл. VI. 4 и VI. 3 и выражений ^1.8 и VI.10) опре-
делить значения единичных д1к и грузовых А[р перемещений основной
системы путем суммирования соответствующих табличных значений по

Таблица VI.3

Усилия от нагрузок в основной системе (заполняется по аналогии с табл. У1.2
для каждого шва)

Продолжение табл. VI.3

| № шва	<	аГ	X <	5  т— 1  У1 Е1	о.	2(₽/+с<) 1	ьГ еРЯ-	X е с	т 1	И'ПР
1	13	14	15	16	17	18	19	го	21	22
0	-1	—	—	—	—	—	—	—	—	—
1	Определяют- ся графиче- ски по чер- тежу круп- ного масшта- ба (1 : 20 или 1:25)		—	—	—	—	—	Значения з!п <рт и соб<р,„ берутся из таблицы VI.2		—
2			Вычисляются							—
3			—	—	—	—	—			—
4			—	—	—	—	—			—
Перемещения основной системы

Таблица VI .4

формуле (VI-12) или (VI.13), в зависимости от числа клиньев полусвода.
Выражения для определения перемещений имеют вид:

й — /V П+Ул»)* ь V с05~ Фй\
Е /т Рт Г

\ О	о	/

(У1.8)

(У1.9)

Лп

д

(VI.10)

(VI.И)

В указанных выражениях цифры под знаком 2 означают номера
вертикальных колонок табл. VI. 4, которые подлежат суммированию.
Формулы для численного интегрирования:

•Симпсона — при четном числе клиньев п

2=-г- [Л'о + 4 (Л\ +	+	+

О

+2(ЛГ8 + ЛГ< + ...+ЛГпт9) + ^п].	(VI.12)

где М — значение величин, подлежащих суммированию.

Котеса — при числе клиньев п = 5.

2 = 5[^№ + "з)++ +	+ М • (',1-13’

[_лОО	УО	1'^‘г

7.	Произвести проверку правильности определения перемещений,
пользуясь выражениями (VI.8) и 0/1.9), (VI. 10) и (VI.! 1). Безошибоч-
ность их вычисления подтверждается соблюдением равенств:

бя8 = би + 2б12 + бг2;

△ар ~ △трЧ" △«₽•

0/1.14)

8.	Определить значения углов поворота и горизонтальных смеще-
ний пяты свода по формулам (VI. 15):

Т1 = Т~Г :

и1—Тг=0;

—	соз2 а

и« =-------;

Лс

Мар сов а

И,. =---------

' Ы1ака

0/1.15)

где йо, Ь и /о — соответственно высота сечения пяты свода, ширина
сечения пяты вдоль тоннеля (обычно принимаемая
равной единице), момент инерции пятового сечения;

а — угол наклона пяты свода к вертикали;

ка — коэффициент упругого отпора породы под пятой
свода (см. приложение);

Мар и №ар — момент и нормальная сила в пятовом сечении свода
в основной системе, определяемые по формулам (VI.?).

9.	Подставить числовые значения величин, найденные по формулам
0/1.8), 0/1.10) и (VI. 15) в выражения 0/1.6) и (VI.5) и путем совмест-
ного решения уравнений (VI.5) определить неизвестные Хг и Хг.

10.	Посредством табл. VI.5 и формулы (VI. 16) определить искомые
расчетные усилия Мт и Л/т в системе свода от действия внешних на-
грузок. Искомые расчетные усилия в любом сечении свода опреде-
ляются по формулам:

Мт — Мтр 4- + ут Х2; |

^«^р + ^СОвфт. I	' }
Таблица VI .5

Расчетные усилия в сечениях свода от нагрузок

№ шва	М/Пр	Х1		"т	',л	«'/Лш	^тр	X а СОЗ Ц>т	
						1т			
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
6—4	Берется из табли- цы (У1.3)	Х^ и Х« оп- ределяются из решения уравнений (VI.5)		Опреде- ляется по фор- муле (VI. 16)	Вычисляются. Значение /„, берется из табл. (VI .2)		Берется из табл. Р1.3)	Вычисляют- ся	

формулам

11. Произвести проверку правильности расчетов по
(VI. 17) и табл. VI.5

^2^+т-0;

Ут Мт ।	С05 Фт \ । с ।	_0

Е	/т	Гт )'ГП'Г

(VI. 17)

где 7 и и — окончательные значения смещений пятовых сечений сво-
да, определяемые по формуле 0/1.4).

12. Определить несущую способность тоннельной обделки [8,
стр. 121].

§ 29, Свободный свод, опирающийся
на вертикальные стены

Конструкция обделки в виде свободного свода, опертого на вер-
тикальные стены, применяется в случае расположения тоннеля в
скальных породах (/	3), не оказывающих бокового горного дав-

ления.

Метод статического расчета такой обделки разработан доцентом
С. Н. Наумовым [8]. Сущность метода заключается в расчленении тон-
нельной обделки на свод и вертикальные стены с учетом их упругого
взаимодействия. При этом свод рассчитывается, как бесшарнирный.
Упругость заделки его пят определяется смещениями верхнего сече-
ния вертикальной стены, работающей как балка на упругом основании
(схема № 5 табл. VI.!). Подошва стены горизонтальных смещений не
получает из-за значительных сил трения в основании. Достоинством
этого метода является возможность получения достоверной эпюры
отпора породы в стенах обделки непосредственно расчетным
путем.

Статический расчет верхней части обделки, т. е. свободного свода
(рис. У1.4), производится аналогично предыдущему (см. §28).

Единичные и грузовые перемещения определяются по ранее
приведенным формулам (VI.8) и (VI.10) и таблице (У1.4).
Рис. VI.4. Основная си-
стема

В связи с опиранием свода на стены зна-
чения у2, ур, иъ й2 и ир определяются
не по формулам (VI. 15), а по формулам
(У1.20) и (VI.21).

Угловые -у и линейные и смещения верх-
него сечения стены, а следовательно, и пят
свода находятся в зависимости от характе-
ристики жесткости а вертикальной балки
и от ее приведенной длины Л

^1.18)

(VI. 19)

где Е и I — соответственно модуль упругости материала балки и
момент инерции ее сечения;

I и Ъ — соответственно высота балки от ее подошвы до пяты
свода и ширина балки, принимаемая равной 1 м;

к — коэффициент упругого отпора породы.

При % > 1 указанные выше смещения при действии единичных сил
определяются по формулам:

Т1=—А;

Г1 Аз3 1
-	-	2 .

(VI.20)

«2

А,

где а— характеристика жесткости балки;

А1г А2, Ав — гиперболо-тригонометрические функции параметра Л,
значения которых приведены в 18, стр. 105].

При действии внешних нагрузок смещения пят свода определяются
с учетом эксцентриситета:

Ур (^ар Vар ®) Т1 "4" ар Тг» |

Чр ~ У^ар ^ар ®) арI

(VI .21)

где Мар — изгибающий момент в пятовом сечении свода в основной
системе;

Яар и УОр — соответственно распор и вертикальная составляющая
в пяте свода в основной системе;

е — эксцентриситет, вызванный несовпадением осей свода
и стен.

Вычисленные по формулам (VI.8), (VI. 10), (VI.20) и (VI.21) зна-
чения перемещений подставляются в систему уравнений деформации
174
(VI.5), в результате совместного решения которых определяются ис-
комые неизвестные Хх и Х2.

Расчетные усилия в сечениях свода определяются по формулам
(VI. 16).

Расчет нижней части обделки, т. е. вертикальных стен, производит-
ся после предварительного определения сил, действующих в верхнем
сечении стены. ЗЙги силы возникают в пятовом сечении свода и пере-
даются на стены с эксцентриситетом е:

М = Л4пр—К^еЧ-Хх-ь/Хз;

Я = Яор + Х2;

(VI.22)

Расчетные усилия Л4Х и Мх и упругий отпор ол. в любом сечений
стены, работающей как балка на упругом основании, определяются
по формулам и числовым значениям гиперболо-тригонометрических
функций, приведенным в учебнике [8, стр. 106—107].

§ 30.	Подъемистый свод в упругой среде

Конструкция обделки в виде подъемистого свода в упругой сре-
де применяется при расположении тоннелей в скальных и полускаль-
ных породах, характеризуемых коэффициентом крепости /> 1.

В слабых податливых породах (/<1), не способных оказать сопро-
тивления деформациям обделки, расчет производится без учета сил от-
пора. В этом случае в число активно действующих нагрузок вводится
боковое горное давление. Впервые расчет подъемистого свода с учетом
упругого отпора был разработан Г. Г. Зурабовым и О. Е. Бугаевой.
Вывод расчетных формул дан в 123].

Характерной особенностью указанного метода является произволь-
но задаваемая эпюра отпора, очертание которой принимается в виде
двух парабол, плавно сопрягающихся в сечении с максимальной орди-
натой Верхняя нулевая точка отпора принимается приближенно
в сечении обделки, наклоненном под углом нижняя нулевая —
в пятовом сечении свода.

Величина перемещения обделки бл, соответствующего наибольшей
ординате эпюры отпора, определяется расчетом. Расчет сводится к
определению неизвестных Хх (изгибающий момент) и Х2 (нормальная
сила) от воздействия на обделку внешних нагрузок и сил отпора
породы. Развернутые числовые примеры расчета подъемистого свода
в упругой среде по указанному методу приведены в [5, 6, 23].

Метод Г. Г. Зурабова и О. Е. Бугаевой обычно используется при
вариантном проектировании.

На стадии технического проекта применяется получивший наиболь-
шее практическое значение метод Метрогипротранса, отличающийся
известной универсальностью. С его помощью можно рассчитывать об-
делки любого очертания, начиная с пологого свода и кончая замкну-
тыми конструкциями.
Рнс. У1.5. Подъемистый свод в упругой среде:
а) расчетная схема; б) основная система

Сущность метода заключается в замене криволинейного очертания
обделки вписанным многоугольником, сплошной нагрузки — сосредо-
точенными в узлах силами, а упругой среды — упругими опорами, при-
ложенными во всех вершинах многоугольника за исключением распо-
ложенных в предполагаемой «зоне отлипания» (рис. VI.5, а). Действи-
тельное расположение последней устанавливается в процессе расчета
путем ряда последовательных приближений. Расчет ведется методом
сил. В качестве основной системы принимается многоугольник с введен-
ными шарнирами во всех узлах, кроме двух, ближайших к замку. Для
удобства расчета основная система расчленяется на две части: трехшар-
ннрную арку 1—0—1 и шарнирную цепь 1—5, прикрепленную опор-
ными стержнями к земле. За лишние неизвестные приняты парные
изгибающие моменты в шарнирных узлах (рис. VI.5, б).

Необходимые расчетные формулы приведены в примере расчета
обделки однопутного железнодорожного тоннеля методом Метрогипро-
транса (см. § 32).

§ 31.	Обделки кругового очертания

Расчет обделок кругового очертания при их расположении в слабых
породах (ил, плывун, пески, слабые глииы н пр.), не обладающих упру-
гими свойствами, производится без учета сил упругого отпора породы.
Такая обделка рассчитывается как свободно деформируемое кольцо,
находящееся под воздействием внешних нагрузок (вертикальное
и боковое р горное давление, собственный вес конструкции Я. гидро-
статическое давление воды <7П) и уравновешивающих реакций по-
роды д' (схема 11, табл. VI.!). Необходимые расчетные формулы при-
ведены в [6, 23, 62].

При заложении тоннелей в породах, обладающих упругой сопро-
тивляемостью, обделка кругового очертания рассчитывается как коль-
цо в упругой среде (схема 12, табл. VI-1). Для приближенных расчетов
176
при сравнении вариантов можно рекомендовать ускоренный метод
расчета, разработанный Г. Г. Зурабовым и О. Е, Бугаевой, изложенный
в 16, 23, 24, 62]. Для окончательных расчетов наибольшее распростра-
нение получил упомянутый выше метод Метрогипротраиса. Принци-
пиальные положения метода, сформулированные в § 30, остаются в си-
ле и для обделок кругового очертания.

При расчете круговой обделкн методом Метрогипротраиса окруж-
ность обычно заменяется шестнадцатиугольником, что обеспечивает
достаточную точность получаемых результатов. Усилия в основной си-
стеме и перемещения последней определяются точно так же, как ука-
зано в примере расчета обделки подковообразного очертания (см. § 32).

Искомые неизвестные, приложенные в шарнирных узлах, опреде-
ляются решением аналогичной системы канонических уравнений
(VI.23). В последнем уравнении угол поворота принимается равным
нулю уп = 0.

Окончательные расчетные усилия в элементах кольца определяют-
ся по формулам, указанным в 18, стр. 112].

Для облегчения расчета обделки, преобразованной в шестнадцати-
угольник на 13 упругих опорах, С. Н. Наумовым составлены вспомога-
тельные таблицы для определения усилий в основной системе и пере-
мещений по направлению неизвестных [39].

Расчет сборных обделок тоннелей кругового очертания в настоя-
щем пособии не рассматривается. Методика их расчета достаточно
подробно разработана канд. техн, наук С. А. Орловым [43].

§ 32. Пример расчета обделки
однопутного
железнодорожного тоннеля
методом Метрогипротраиса

/ .Основные данные

Конструкция обделки с
основными геометрическими
размерами указана иа
рис. VI .6. Материал конструк-
ции — бетой марки 200.ч

Угол ф0, характеризую-
щий зону возникновения упру-
гого отпора породы, предвари-
тельно задан равным 70°
(рис. VI. 7). Окончательное
значение этого угла опреде-
ляется путем последователь-
ных приближений.

Основная система получе-
на посредством замены криво-
линейной оси обделки шарнир-
ным многоугольником, при-
крепленным стержнями к земле
(рис. VI.8). В качестве вспомо-
гательного состояния выделена
трехшаринрная арка 1—0—1.

Рис. VI.6. Конструкция обделкн железнодорож-
ного тоннеля
Рис. У1.7. Расчетная схема об-
делки

Рис. VI.8, Основная система: трехшар-
пнрная арка (/—0—/) и шарнирная
цепь (/—2—3—4)

Тоннель проходит в сланцах средней крепости, характеризуемых коэффици-
ентом крепости по Протодьяконову = 3, оказывающих преимущественно вер-
тикальное давление. Поэтому горизонтальное давление в запас прочности в
расчете не учтено. Угол внутреннего трения сланцев <р = 70°, объемный вес у =
= 277.М3.

Коэффициент упругого отпора породы: за стенами к = 3х КНТ/л®, под по-
дошвой к = 4 X 10* 77л3.

Модуль упругости бетона нормативный Ед = 2,65 X 10е Т/м-. Расчет-
ный модуль упругости бетона Ео = 1,65 • 10°.

Расчетное сопротивление бетона сжатию при изгибе 1?ц = 900 Т/мг.

Расчетное сопротивление бетона на растяжение /?р = 64 Г/л3.

Предельная растяжимость бетона ер = 0,0001.

Расчет произведен в соответствии с учебником [8] и методическим посо-
бием [40].

Рнс. У1.9. Трехшарнирная арка '(состоя-
ние р)
178

2.	Определение усилий
в основной системе
от действия внешней
нагрузки

Расчет производится на ус-
ловную вертикальную нагрузку
интенсивностью д = I Т/м- с по-
следующей проверкой на горное
давление и собственный вес об-
делки.

Геометрические характери-
стики конструкции приведены в
табл. У1.6. Среднее значение длин
стержней в верхней части свода
определилось равным 1,25 м, в
нижней — 1,52 м.
Т аблнца У1.6

Геометрические характеристики обделки

№  точек	Х1	у.	Ко стерж- ней	ДХ(	ДУ{	Длине стержней, к		ДУ, дх.	
						каждого	средняя		
0	0  1 оп	0  П Я5	0	1,20	0,35	1,25		0,2917	16° 18'
с  1»	о и?	V, ОО 1 17	а	0,95	0,82	1,25	1,25	0,8632	40’48'
о	х, ю	О 20	ь	0,51	1,15	1,26		2,2549	66“06'
с 1	х,оо я пп	X гох	с	0,34	1,20	1,25		3,5294	74’12'
о	О 1 п	О* Ох 5 Л5	1	0,10	1,53	1,53		15,300	86’16'
х О	о, 1и О ой	Д 57	2	—0,12	1,52	1,52	1,52	—	94’31'
О  4	2,82	0,0»  8,07	3	—0,16	1,50	1,51		—	96’05'

Опорные реакции в трехшарнирной арке 1—0—1 (рис. VI. 9):

Ур=Хх= 3,00 Т Нр = -^-= „ 9	= 1,2784 Т.

*	р 2УХ 2 X 3,52

Усилия в элементах арки от распора Нр = 1,2784 Т указаны ниже
(табл. VI.7).

Т аблнца VI.7

Изгибающие моменты и нормальные силы в трехшарнирной арке
от внешней нагрузки

						"р=«	р соз в+Х з1п е			
№ точек  1		"Ру	_Х= 2	МР	№ стер- жней	е	соз в	з!п в	нрсоз е	X з!п в	"р
0 а	0 0,4474 1,4957 2,9659 4,5000	0 —0,7200 —2,3112 —3,5378 —4,5000	0 —0,2726 —0,8155 —0,5719  0	0 а	16’18' 40’48'	0,9598  0,7570	0,2807 0,6534	1,2270 0,9677	0,3368 1,4048	1,5638  2,3725
Ь с  1				ь с	66’06'  74’12'	0,4051 0,2723	0,9143  0,9622	0,5179 0,3481	2,4320  2,8866	2,9499  3,2347

Усилия в опорной части обделки

Силы, действующие на узел 1 (рис. VI. 10, а):

в

Р1=Тсо$

1,52 х 0,0651

2

= 0,0495 7;

принято Р1=0,05 7; Ур=3,00 Т; Нр = 1,2784 Т и неизвестные А^р К1Р.

Проектируя все силы иа ось /—I, нормальную к направлению силы /?1р,
получим

(Ур4-Р1) соз 9®46' — Ы1р соз 6’02' + Нр зш 9’46' =0,
откуда

(Ур+Л) соз 9’46' +НР81П 9’46'	з,05х 0,9853+1,2784 X 0,1696

”1Р =---------------------------------=--------------------------------

соз 6 02'	0,9944

= 3,2401 7.
Рис. У1.10. Шарнирная цепь (состояние р)

Сумма проекций сил на ось И—II, совпадающую с направлением силы К1р,
—&1р+Нр соз 9’46' —(Ур +-Р1) 51п 9’46' -ЬЛ^р^п 6°02' =0,
откуда

Г*й 1П1Р=Нр соз 9’46' +Л\р «л 6’02' — (Ур-ЬЛ) зт 9’46' =
= 1,2784 X 0.9653 + 3,2401 X 0.1051—3,05 X 0,1696= 1,0828 Т.

Силы, действующие на узел 2 (рис. VI. 10, б):

Р2=Р1=0,05 т, М1р=3,2401 Т и неизвестные Р2р н

Сумма проекций сил на ось I—I

Р2 соз 0°24' +1У1р соз 4°08' —М.р соз 4°07' =0,
откуда

Р.Уоз;0’24' +ЛГ1„ соз 4’08 '	0,05 X 1 +3,2401 X 0,9976 „

М2„ = —— -------- —-------------=-------------------------= 3,2908 Т.

соз4°07'	0,9974

Сумма проекций сил на ось II — II

—Ргр + Р2 8*п 0°24' +7/^ 8111 4°08' +М»р з!п 4°07' =0,
откуда

Р2р = Р2 з1п 0’24' -$-М1Р 81п 4’08' +^2р 51 п 4°07' =

= 0,05 X 0,007 + 3,2401 X 0,0721 +3,2908 X 0.0718 = 0,4702 Т.

Силы, действующие на узел 3 (рис. VI. 10, в):

УУ2р=3,2908 Т и неизвестные силы №зр и К3р.
Сумма проекций на ось I—I

—Ы3р соз 0°47' + Ыйр соз 0°47' = О,

откуда

сов 0“47'

/У3р = —----------=М,„=3,2908 Т.

сох 0°47'

Сумма проекций сил на ось II—II

№3р 51П 0°47' -|-Л^зр 81п0°47' —К3р = 0,
откуда

Пзр = (Му,+Ы3р) $ш 0®47' = 6,5816 X 0,0137= 0,0902 Т.

Силы, действующие на узел 4 (рис. VI. 10, г):

Л^зр = 3,2908 7 п неизвестные 1?4р и П6р.

Сумма проекций сил на ось I — I

!43р соз 6’05' —К4р =0,
откуда

Ър=М»р соз 6°05' = 3,2908 X 0,9943 = 3,2720 Т.

Сумма проекций сил на ось 11 — II

/?Вр—1У3? 31П 6°05' =0,
откуда

/?бр = М8/, 31П6’05' =3,2908 X 0,106 = 0,3488 Т.

Проверка правильности вычисления усилий в опорной
части обделки

2 Л = — /?1Р соз 9’46' —/?2р соз 0°24' — К3р соз 5°18' +Пг>р+Нр =
= —1,0828 X 0,9853 —0,4702 х 1—0,0902 х 0,9957 4-0,3488 4>-
+1,2784 = — 1,6272 4-1,6269 = 0,0003.

„	2(1,6269—1,6272) гпп л

Невязка —,	• 100= 0,02%.

1,62694-1,6272

2 У = Ур + Р1Ч1- Рг+ #1р 81п 9°46' — Я2р з 1П 0°24' — /?Э/, з!п 5° 18' — 1?*р =
= 3,14- 1,0828 X 0,1696—0,4702 X 0,007—0,0902 X 0,0924 — 3,2720=

= 3,2836 —3,2836 = 0.

3.	Усилия в основной системе от единичных
парных моментов

Состояние 0 (рис. VI.II)

Распор в узле 1 от единичного момента Мо = 1, приложенного в узле 0,
н°—гг—

Усилия в элементах арки от Мо= I, приложенного в узле 0.
=3,52

Рис. VI.II. Трехшарнирная
арка (состояние 0)

Изгибающие моменты:

/Иоо = 1 Тм,
—	0,35

Л4ао=1—71^=0.9006 Тм.
3,52

Л4ПО=1---^^ = 0.6677 Тм,

3,52

—	2,32

Мм=1-—- = 0.Э41° Тм'

5,3/

Л4ю= 0-

Нормальные силы:

лГ С05е

—	0,9598

#оо= —77Г= -0,2726 Т,

0,7570
3,52

= — 0,2150 Г,

#во=

#С0 =

0,4051
3,52

0,2723
3,52

= —0,1151 Т.

= —0,0773 Т.

Усилия в опорной части обделки от Л40=1, приложенного в узле О.

Силы, действующие на узел 1 (рис. VI, 12, а):

Но= —0,2840 Т и неизвестные Л10 н #х0.
Сумма проекций сил на ось I—I

—#ю соз 6’02' ^гН0 51 п 9°46' = 0,
откуда

лг„—°.гмхо,169б 0г

СО5 6°02'	0,9944

Сумма проекций сил на ось II—II
“~/?ю+#о соз 9°46' +#ю 51 п 6°02/ =0,
откуда

7?ю=#о соз 9’46'	81П 6°02' = —0,284 X 0,9853— 0,0485 X

X 0,1051 = —0,2849 7.

Силы, действующие на узел 2 (рис. VI,12,6):
#и=—0,04857 и неизвестные /?»о и Л'ы.
Сумма проекций сил на ось I—I

—#2о с°5 4’07' +#ю соз 4°08' =0,
откуда

_Лг10соз4°08
соз 4°07'

—0,0485X0,9974

0,9974

= —0,0485 Т.

Сумма проекций сил на ось II—II

•—4°08' "Ф"Л^2о51п 4°077 =0,
откуда

1?*>о=Л/1о зхп 4°08 Ц-Л/до 51п 4°07' =

= —0,0485 X 0,0721 —0,0485 X 0,0718=—0,00707.

Силы, действующие на узел 3 (рис. У1.12.а):

Л,20 = —0,0485 Т и неизвестные /?30 и .Ызо-

Сумма проекций сил на ось I—I

—Л'зо соз 0°47' +/У20 соз 0°47'=0,
откуда

^□0=^20=—0,0485Т.

Сумма проекций сил на ось II—II

— ЛзоЧ“Л^2о 51П 0°47' Ч-Л^зо з1 п 0°47л=0,
откуда

йзо=Л^«о з!п 0°47' Ч-Л^о 31П 0’47' =
= — 0,0485 X 0,0137 — 0,0485 X 0,0137= —0,0013 Т.

Рнс. VI. 12. Шарнирная цепь (состояние 0)
Силы, действующие на узел 4 (рнс. VI.12, г):

#зо=—0,0485 7 и неизвестные /?40 и 7?в0-

Сумма проекций сил на ось I—I

#30 соз 6°05' — /?4о = 0,

откуда

Я4о=Л'зоС05 6°05' = —0,0485 X 0,9943 =—0,0482 Т.

Сумма проекций сил на ось П—II

#зо—Л/30 81п 6°05'=0,

откуда

Коо=#зо 81П 6°05' = —0,0485 X 0,106= —0,0051 Т.

Проверка равновесия опорной части обделки
2Х = —-/?|осоз9°46# —	соз0°24' — ^зоСозб0^7 + /?зо+#о =

= 4-0,2849X 0,9853 + 0,0007 X 1+0,0013 X 0,9957 — 0,0051 — 0,2840 = 0,2890—
—0,2891 = 0,0001.

,,	2(0,2890— 0,2891) 1ЛЯ п пп0,

Невязка ------—-————- 100 = 0,03%.

0,2890 + 0,2891

БУ = /?1о8т 9°46' + 1?м ем 0°24' + Я3о81п5°18' — /?40=

= —0,2849 X 0,1696 — 0,0070 X 0,007—0,0013 X 0,0924 + 0,0480 =

= — 0,0484 + 0,0482 = 0,0002.

„	2(0,0482 -0,0484) 1лл п л0/

Невязка -----------------• 100=0,4%.

0,0482 + 0,0484

Состояние I (рнс. VI.13)

Распор в узле / от единичного момента Л4Х = 1, приложенного в узле 1,

"=^=Т^-0’2840Г-

Усилия в элементах арки от М1=1, приложенного в узле /.

Изгибающие моменты:

Ма1 =

МЬ1=

Л/С1 =

0,35

3,52

1,17

3,52

2,32

3,52

= 0,0994 Тм,

= 0,3323 Тм,

= 0,6590 Тм,

Рис. У1.13. Трехшаринрная арка (состояние 1)
184

Мц= 1,0000 Тм.
Рис. VI.14. Шарнирная цель (состояние 1)

Нормальные силы:

*-т-.

		соз 16’18'	0,9598  Л О79А Т
		
/У(ц —	3,52	— Л 1г  3,52
		соз 40’48'	0,7570
На1 =		-= ’	=0,2150 Т,
	3,52	3,52
	соз 66’06'	0,4051
"Ьх —	3,52	— « г-Л — ОДю! Г, 3,52
лГ	соз 74’12'	0,2723 ’	л п77Ч т
/УС1 —	3,52	3,52

Усилия о опорной части обделки от ^=1, приложенного в узле I.
Силы, действующие на узел 1 (рис. VI. 14, а):

Их = 0,2840 Т;

—=--------—=0,6578 Т и неизвестные /?..

аа 1,52	11

иМц.

Сумма проекций сил на ось I—I
_ „ , 1 „ _

И131П 9 46 + — з!п 6 02' —Л/, |С0з 6 02 = 0,
ая

откуда

й _ Н1 51П 9°46 + ~ 5|П 6 02 _ о>284о х 0| 1696+0,6578 X 0,1051

11	соз 6’02'	0,9944

= 0,1179 Т.
Сумма проекций сил иа ось II—II

— 1 . - . - - .

—#11+—со5б°02 4-Я1 созЭ’46 +1Уц$1п6 02 =0,
°н

откуда

! = 0,6578 X 0,9944 + 0,2840 X 0,9853 + 0,1179 X 0,1051 = 0,9463 Т.

Силы, действующие на узел 2 (рис. VI. 14, б):

- 1 — —

Д',  =0,1179 Т; — = 0,6578 Т и неизвестные #21 и /?»!•
ая

Сумма проекций сил на ось I — I

— 1 -

#. । соз4’08'-Ь— 51П4°08' —ЛЦсоз 4’07 =0,

Он

откуда

В„«»<-08-+^-51пт'

/V «а —		—	 	О.1

соз 4’07'	0,9974

Сумма проекций сил на ось II—II

— - 1 —

—Яод+М,. з!п 4° 08' —— соз 4о08' 4-ЛА>1 зт 4’07' =0,
он

откуда

— — 1 —

/?л=#п 51п4о08'——соз 4’08' +Мд 51П 4’07 = 0,1179 x 0,0721 —
ав

—0,6578 X 0,9976+ 0,1654 X 0,0718= —0,6358 Т.

Силы, действующие на узел 3 (рис. VI. 14, е):

/Уг1=0,1653 Т и неизвестные Л'з! и /?31.

Сумма проекций снл на ось I—I

— #зх соз 0°47'+#21 соз 0°47' = 0,
откуда

#31 ==Д/21=0,1654 Т.

Сумма проекций сил на ось II—II

— #31+#31 5>п 0*47'+#м51П 0°47' =0,
откуда

#31 = #Э15>п 0°47'+Л<21 5*п 0°47' = 0,1654 X 0,0137+

+ 0,1654 X 0,0137 = 0,0045 Т.

Силы, действующие на узел 4 (рис. VI. 14, г):

#31=0,1654 Т и неизвестные /?81 и

Сумма проекций сил на ось 1 — 1

#эх соз 6°05' — /?в1 = 0,
откуда

= ^31 СОЗ 6’05' = 0,1654 X 0,9943 = 0,1644 Т.

Сумма проекций сил на ось II—II

—#3131п 6’05'+/?б1=0,
откуда

^ = #315т6’05'=0,1654 X0,106=0,0175 Т.
Проверка равновесия опорной части обделки

2 X = —Н11 соз 9°46' — соз 0°24' —соз 5° 187 +/?ц| +Н =

= —0,9463 X 0,9853 + 0,6358 X 1—0,0045.x 0,9957 + 0,0175 + 0,2840=
= —0,9369 + 0,9373 = 0,0004.

„	2(0,9373 — 0,9369)	...

Невязка —п	. .....— • 100 = 0,04%.

0,9373 + 0,9369

=	51п9°46'— 7?21з1п0°24' — Лаз1п5о18' — Я« =

= 0,9463 X 0,1696 + 0,6358 X 0,007—0,0045 X 0,0924 — 0,1644=

= 0,1649 —0,1648 = 0,0001.

„	2(0,1649 - 0,1648) ппе0,

Невязка —,	— = 0,06%-

0,1649 + 0,1648

Состояние 2

Изгибающий момент Л42=1 приложен в узле 2.

Силы, действующие на узел 1 (рис. VI. 15, л):

1 ‘ — —
—=0,6578 Т и неизвестные и /?12

Сумма проекций иа ось I—I
- ,1

—МоСоз6°02 ——з1п6°02 =0,
аи

откуда

1 „ ,
—31П 6 02

соз6°02'

0.6578 X 0,1051

~	0,9944

= — 0,0695 7.

Сумма проекций иа ось II—II

—/?12—-—соз 6°02' +/У12з1п6°02'=0,

Пн

откуда

Я12 = —— соз 6°02' + Л\2 з1п 6°02' = —0,6578 X 0,9944—
°н ,

—0,0695 X 0,1051=—0,6614 7.

Силы, действующие иа узел 2 (рнс. VI. 15, б):

Л\2 =—0,0695 7; — = 0,6578 7 н также неизвестные /?22 и Л<22-
°и

Сумма проекций иа ось I—I
— 11 - ,
—Л,22соз4°07'——51п4°08 + —з1п4°07 +Л,12соз4°08 =0,
Он	ан

откуда
1 1 , —
---------------------з1п 4 08 +— з!п 4 07 + Мц соз 4°08

—0,6578 X 0,0721+0,6578 X 0,0718 —0,0695 X 0,9974
Рис. VI.15. Шарнирная цепь (состояние 2)

Сумма проекций на ось II—II

—+~ соз 4°08' 4=-— соз 4°07' 4- IV12 з!п 4°08' 4=-Л'гз ®1п 4°07' = О,
ая	ап

откуда

/?аг=-— соз 4°08'	соз 4°07' 4хЛ^12 5>п 4°08' 4-Л';2 зш 4°07' =

ая	яп-

= 2 X 0,6578 X 0.9974— 0,0695 X 0,0721 — 0,6697 X 0.0718 = 1,3022 Т.

Силы, действующие на узел 3 (рис. VI. 15, в):

- 1 - -
#2,= —0.0697 Т; —=0,6578 Т н неизвестные Л'э« и /?3«.

Сумма проекций на ось I—I
- 1 „ ,
соз 0°47 —соз 0°47' 4- — з1п 0 47 = 0,
°н

откуда

-	—0.0697 X 0.99994-0.6578 X 0.0137	п „

------------------------------= —0.0607 7.

Сумма проекций на ось II—II

_ 1 _ _ _

—Лзг—— соз 0°47' 4-^а® 51П (Г47 4-Л^з® 51П 0^47 =0.
сн
откуда

- 1 „ , - . —

/?з» = —— соз 0^47 -ф-Л/«2 51П 0°47 +/У3.> 51П 0°47' =

= —0.6578 X 0.9999 — 0,0697 Х 0,0137— 0.0607 X 0,0137= —0.6594 Т-

Силы, действующие иа узел 4 (рнс. VI. 15, г):

Л^32= —0.0607 Т и искомые 7?4в и /?38.

Сумма проекций иа ось I—I

А^зз соз 6°05'— 1?42=0,
откуда

Яе = №8соз 6°05' = —0,0607 X 0,9943= —0,0603 Т.

Сумма проекций иа ось II — II

1?Б2—1У38 81П 6°05' = 0.
откуда

Кв8=^38 51П 6°05' = — 0,0607 X 0.1060= —0,0064 Т.

Проверка равновесия опорной части

2 X = —/?12 соз 9°46'— /?82 соз 0’24'—/?32 соз 5°18'+

= 0.6614 X 0,9853—1,3022 +0.6594 X 0.9957—0,0064= 1.3083—1,3086 = 0,0003.

Невязка

2(1,3083 — 1,3086)
1.3083+1.3086

100 = 0,03%.

2 У — Кц з!п 9°46' — /?В2 з1п 0°24' —/?3« з1п 5°18'—/?*2 =
= —0.6614 X 0.1696—1.3022 X 0,0070 + 0.6594 X 0,0924+ 0,0604=

= —0,1212 + 0.1213 = 0.0001.

Невязка

Состояние 3

2(0,1213—0.1212)

0,1213 + 0,1212

100=0.07%.

Изгибающий момент Л43=1 приложен в узле 3.

Силы, действующие на узел 2 (рис. VI. 16. а):

—=0,6578 Т и искомые Я23 п Л'гэ-
яи

Сумма проекций иа ось I—I

—	соз 4°07' ——— з1п 4°07' = 0,

яи

откуда	з,п4°07	0.6578 x 0.0718  соз 4^07'	0,9974	0’0473Т'

Сумма проекций на ось II—II
_ 1 -
— /?,3—— соз 4°07' + Л<гэ 8*п 4°07 = 0,

откуда

Д8Э= — — соз 4°07' + /У23 $1п 4°07'= —0,6578x 0,9974—
°н

—0.0473 X 0.0718= —0,6595 Т.
Рис. VI. 16. Шарнирная цепь (состояние 3)

Силы, действующие на узел 3 (рис. VI. 16, б):

— = 0.6578 Т и искомые Я33 и 14ая.
сн

Сумма проекций на ось I — I

—Л733соз0’47'фУУ23соз0°47'—— з1п0’47' 4- — зт0°47' = 0,
Лц	Од

откуда

^аэ=^»8=—0,0473 Т.

Сумма проекций на ось II—II

- 1 - —

—ЯзэЧ-2 — соз 0’47' 4^23 51П 0°47' 4-ЛГ89 5>п 0°47' =0.

°и

откуда

«33 = 2 — соз 0’ 47' +(Л?»э + ^зз) 51П 0°47' =2 X 0,6578 X 0,9999—
вя

 —(0,04734-0,0473) X 0,0137= 1,3141 Т.

Силы, действующие на узел 4 (рис. VI. 16. в):

— 1 — —

Л^зз=—0.0473 Т и —=0.6578 Т, а также неизвестные /?83 и «43.
«я

Сумма проекций на ось I — I

14аа соз 6’05' — К43—— 51П 6’05' = 0,
«я

откуда

Я«з =Йэз соз 6’05' —— 51П 6’05' = —0,0473 X 0,9943 —
°н

—0,6578 X 0.1060=—0,1167 Т.
Сумма проекций на ось II — II

₽58 —	СОЗ 6°05' —Л/аз 51П 6°05' =0,

откуда

/?м = —- соз 6°05' Ч-Л'зз 6°05' =

= 0.6578 X 0.9943— 0,0473 X 0.106 = 0,6490 Т.

Состояние 4

Изгибающий момент Д44 = 1 приложен в узле 4.

Силы, действующие на узел 3 (рис. VI. 17, а):

1 - —

—=0,6578 Т и подлежащие определению #94 и ?/з4-
аи

Сумма проекций на ось I—I

—Л^э4 соз 0’47' —З1п 0°47' = 0,

откуда

*Э4 =

— — з1п0°47'
дп_____________

соз 0°47'

0,6578 X 0.0137 ЛЛППЛ„
—-------------= —0,0090 Т.

0,9999

Сумма проекций на ось II—II

—^34—-—соз 0°47'4-/Уа48т0о47/ = 0,
сн

откуда

- 1 , —

/?м=------соз 0°47 + Л/34 31П 0°47 =

ан

= —0,6578 X 0,9999 — 0,009 х 0,0137= —0.6578 Т.

Силы, действующие на узел 4 (рис. VI. 17, б):

—0,009 Т; —=0.6578 Т и неизвестные Ри и /?м.
ая

Сумма проекций иа ось I—I

— . — 1

^соз6в05 —/?м + — 81п6°05'=0,

Рис. У1.17. Шарнирная цепь (состояние 4)

откуда
-	-	,1

Т?м = Л/34 соз6°05 4- —81Пбв05' =
°н

= — 0,009 X 0.9943 + 0,6578 X 0,106 = 0,0608 Т.

Сумма проекций на ось II — II

/?64 + —соз 6°05' —Л/3151п 6°05' =0.
пп

откуда
1 , _
= —— СО5 6°05	51П 6°05 = —0.6578 X 0.9943—

—0,009 x 0,106=—0.6549 Т.

Эпюры усилий в шарнирной цепи приведены на рис VI. 18. Складывая уси-
ли я от всех единичных воздействий, получим суммарную эпюру 5.

4. Определение перемещений

Канонические уравнения метода сил будут иметь вид:

1.	Л40 6(ю4"Л416(ц-|-/И3 бо2-|-Л4д бод-|-Л4д 6о4"Ь^Ор=0;

2.	/Ио 61о4"Л4| бц+ЛМ $12+^3 613+Л/4 6ц + ^^ = 0;

3.	Л43 630+^1 6о| +Л4« 632+Л43 63з+Л44 634+ △2р=б!

4.	Л40 63о4^631Ч*^2 6зз+Л4а 633+Л44634+^зр — 0:

5.	Л1о 640+^1641+М. 645+^3643+М, (644 + у4)+Д4/,=0; .

(VI .23)

Общее количество перемещений с учетом равенства побочных равно:

,гн(п+3)
2

^±^ = 20

2

где п—число неизвестных.

Из этого количества перемещений пять расположены по главной диагонали,
десять по побочным и пять перемещений (грузовых) по вертикали.

Равными между собой будут следующие побочные перемещения:

6о4=6ц; 602 = 630; 603=630! 643=631; 604 = 640!

618 = 631! 614 = 641! 633 = 632! 634 = 642! 634=643.

Каждое перемещение состоит из трех членов, учитывающих влияние дефор-
маций изгиба, обжатие стержней нормальными силами и осадку упругих опор

Каждый из этих членов необходимо вычислять отдельно, так как методика
их определения и проверка различны.

Перемещения от изгиба (увеличенные вЕ раз)
Единичные

Формула для подсчета перемещений

Ебм= I	=	[Л1в( Мм+Мы Мак+2 (м^М^Мы МЬ11)]

4 ‘т	Ь/т

(см. табл. У1.8, VI.9 и рнс. VI. 18 и VI.19)
Таблица VI .8

Расчетные характеристики элементов обделки

№ стерж-я Г		гт=йср	Лгп ср	77	• _ 12	°т	а (по- стель)	Е °т	
				/	4 3  т ЛСр	Чн			
О	0,41	0,0689	3,049	174,1654	36,28				1,250
А	0,45	0,0911	2,778	131,7233	27,44	—	—	1,250
	0,49	0,1176	2,551	102,0408	21,26	—	—	1,250
/	0,52	0,1406	2,404	85,3485	17,77	—	—	1,250
/  2	0,55	0,1664	2,764	72,1154	18,27	1,385	63,7786	1,385
	0,65	0,2746	2,338	43,6999	11,06	1,52	58,1140	1,520
4	0,85	0,6141	1,788	19,5408	4,95	1,52 0,90	58,1140  73,6111	1,520  0,900

Примечание. Длина постели принята равной: для стержня 1 — расстоянию между
центрами стержней с и /. для стержней 2 н 3 — длине стержней 2 и 3; для стержня 4 — ши-
рине подошвы фундамента тоннеля.

Таблица У1.9

Перемещения от изгиба, увеличенные в Е раз

Состо- яние		лЛ( °п1	$2	$3	.М	лЛГ &пр
0	336,4545	82,0227	0	0	0	—148,6079
1	82,0227	152,5398	18,2700	0	0	— 89,6085
2	0	18,2700	58,6600	11,0600	0	0
3	0	0	11,0600	32,0200	4.9500	0
4	0	0	0	4,9500	9,9000	0

Е6<ю = 36.28 [0,9006 + 0,90064-2 (1 +0.90068Л + 27.44 [0,9006 X 0,6677 +
+ 0,6677 х 0,9006 + 2 (0.9006®+ 0.6677®)]+21,26 [0,6677 х 0,3410+
+ 0.3410Х 0,6677 + 2 (0,6677®+0.3410®)]+17,77 X 2 X 0,3410®= 196,7609 +
+101.9780+ 33,5823+ 4,1333 = 336,4545.

пряжению эпюр изгибаю-
щих моментов

Е6Х1 = 36,28 X 2 X 0,0994= + 27,44 [0,3323 х 0,0994 +
+ 0,0994x0,3323 + 2 (0,3323®+0,0994аД+
+ 21,26 [0,6590x0,3323 + 0,3323 x 0,6590+
+ 2 (0,6590® +0,3323®)] +17,77 [0,6590 + 0,6590 +
+2 (1®+0,6590®)]+ 18,27x 2= 152,5398.

Ебох=36,28 (0,0994 + 2 x 0,9006 x0,0994) +
+27,44 [0,6677x 0,0994 + 0,9006 X0,3323 + 2 (0.6677Х
Х0,3323+ 0,9006 x 0,0994)] + 21,26 [0,3410 x 0,3323+
+ 0,6677x 0,6590 + 2.(0,3410 x 0,6590 +0,6677Х
Х0,3323)] +17,77(0,3410 + 2 X 0,3410 x0,6590) =
= 82,0227.

Е613= 18,27x1 = 18,2700.

Еб»8=11,06x1 =11,0600.

^34 = 4,95X1 = 4,9500.
Еб.2= 18,27x2 ч»-11,06x2 = 58,6600.
Е633 = 11,06x 24-4,95 x 2 = 32,0200.

Е644 = 4,95x2 = 9,9000.

Еб«о ~~ Ебдо = Ебз1 Е643=Еб41=Е64а	.

Проверка вычисленных перемещений

Формула для проверки

Ебвв = 2Ебц.

УЕ6оА. = Е&оо 4- Я601 + Е602 + Ебм 4- Еб04 = 336,4545 4- 82,0227 = 418,4772.

Е60в = 36,28 [0,9006 4-14- 2 (0,9006 +1)14-27,44 [0,6677 +
4-0,90064-2(0,6677-|-0,9006)1+ 21,26 [0,3410+0,6677+
4-2 (0,34104-0,6677)] 4-17,77(0,3410+ 2 x0,3410)=418,4772.

Невязка равна нулю

2 Ебу) =Еб10+Еб11+Е6п+Е618 + Е614 = 82,0227 +152,5398 +
+18,2700 = 252,8325;

Еб18 = 36,28 (0,0994 + 2 x0,0994) + 27,44 [0,3323+0,0994 +
+ 2 (0,3323 + 0,0994)1 + 21,26 [0,6590 +0,3323 + 2 (0,6590 +0,3323)] +
+ 17,77 [1+0,6590 + 2 (1 +0,6590)] + 18,27x 3 = 252,8326.

Невязка равна 0,0001.

2Е6гЛ = Е6йо+Еб21+Е6га+Еб2а+Е624= 18,2700 + 58,6600 +11,0600 = 87,990;
Еб28= 18,27x 3+11,06x 3 = 87,990.

Невязка равна нулю.

2 ЕбаЛ = Е6ао +Е681+Е6аа+Ебза+Е6М= 11,0600 +32,0200 + 4,95 00 = 48,0300;
Е638 = 11,03x 3 + 4,93x 3 = 48,0300.

Невязка равна нулю.

2 Е64Л=Е640+^б41+Е64«+Е648+Е644=4,9500+9,9000= 14,8500;

Е648 = 4,9500 x 3= 14,8500.

Невязка равна нулю.

Грузовые перемещения

ЕЬ9р= —36,28(0,2726 + 2x 0,2726x 0,9006)—27,44(0,8155 + 0,2726 +
+ 2(0,8155x 0,6677 + 0.2726 x 0,9006)]—21,26 [0,5719X 0,6677 +
+0,8155x0,3410 + 2(0,5719x0,3410 + 0,8155x0,6677)] —
— 17,77X 2 (—0,5719 x 0,3410)=—148,6079.

ЕД1р= —36,28 x 2 x 0.2726 x 0,0994 — 27,44 [0,8155 x 0,0994 +
+ 0,2726х 0,3323 + 2 (0,8155 X 0,3323 + 0,2726 X 0,0994)] —
— 21,26(0,5719 x 0,3323+0,8155 x 0,6590 + 2(0,5719 x 0,6590 +
+ 0,8155 X 0,3323)] —17,77(0,5719 + 2x 0,5719 x 0,6590)=—89,6085.

Е&2р = ^Дэр ~	= 0.

Проверка вычисления грузовых перемещений

Формула для проверки

Е Дзр = ЕЕ6(р.

ЕАвр=—36,28x 3 x 0,2726 — 27.44(0,8155 + 0,2726 +

+ 2(0,8155 + 0,2726)1—21,26(0,5719 + 0,8155 + 2(0,5719 +

+ 0,8155)] —17,77 X 3X0,5719=—238,2185;

2 Дгр= — 148,6079— 89,6085= —238,2164.

Невязка

2(238,2164—238,2185)

238,2164 + 238,2185

• 100 = 0,0009%.
Перемещения от сжатия стержней
Формула для подсчета

со,-й = 2 —	а,„.

г т

Для удобства расчета все перемещения от сжатия стержней представлены в
табличной форме (табл. VI. 10—VI. 14).

Т аблнца VI. 10

Еб"=Е^п^-

№ стерж- ня	“т	боо	б01	6?2	603	604	 Л’
0	3,049	0,2265	—0,2265	0	0	0	—1*2997
а	2,778	0,1283	—0,1283	0	0	0	— 1,4170
ь	2,551	0,0336	—0,0336	0	0	0	—0,8653
е	2,404	0,0142	—0,0142	0	0	0	—0,6011
1	2,764	0,0065	—0,0158	0,0093	0	0	—0,4343
2	2,338	0,0055	—0,0187	0,0079	0,0053	0	—0,3731
3	1,788	0,0042	—0,0143	0,0052	0,0041	0,0008	—0,2853
		0,4188	—0,4514	0,0224	0,0094	0,0008	—5,2758

Таблица VI.! 1

’	г т

№ стерж- ня	*ч| а э |г		°12	.К “13	“14	Л1Р
0	3,049	0,2265	0	0	0	1,2996
а	2,778	0,1283	0	0	0	1,4171
ь	2,551	0,0338	0	0	0	0,8661
с	2,404	0,0142	0	0	0	0,6010
1	2,764	0,0384	—0,0226	0	0	1,0559
2	2,338	0,0638	—0,0269	—0,0183	0	1,2725
3	1,788	0,0488	—0,0176	—0,0139	—0,0027	0,9731
		0,5538	—0,0671	—0,0322	—0,0027	7,4853

Еб" =Х/У2Л„^
__________________

Таблица VI.12

№ стержня	Гт	Л	\	®23	.Д' ®24	*2р
1	2,764	0,0132	0	0	—0,6224
2	2,338	0,0112	0,0077	0	—0,5362
3	1,788	0,0066	0,0051	0,0009	—0,3571
		0,0310	0,0128	0,0009	—1,5157


№ стерж- ня	Л5	,И  <>зз	Ь34	м	№  Дз„	стерж-  ня	ат	.М 644	д|р
2  3	2,338  1,788	0,0051  0,0039	0 0,0007	—0,3639	я  —0,2782	1,788	0,0001	—0,0529
		0,0090	0,0007	—0,6421		0,0001	—0,0529

Таблица VI. 15

Суммарные перемещения от сжатия стержней (увеличены в Е раз)

Состоя- ние		6П1	.К би2	бпЗ	,К °п4	.М дир
0	0,4188	—0,4514	0,0224	0,0094	0,0008	—5,2758
1	—0,4514	0,5537	—0,0671	—0,0322	—0,0027	7,4853
2	0,0224	—0,0671	0,0310	0,0128	0,0009	— 1,5157
3	0,0094	—0,0322	0,0128	0,0090	0,0007	—0,6421
4	0,0008	—0,0027	0,0009	0,0007	0,0001	—0.0529

Суммарные перемещения от сжатия стержней приведены а табл. VI. 15.

Проверкой правильности определения перемещений от сжатия стержней слу-
жит равенство

2^"=о.

Используя данные табл. VI.15. получим

2 ЕбГк= 1,1068—1,1066 = 0,0002.

„	12(1,1068—1,1066)

Ншика 1.1068+13066

100 = 0,018%.

Перемещения от осадки упругих опор

Формула для подсчета перемещений

От

где О,ц = кЬат (см. табл. VI.8).

Эти перемещения, увеличенные в Е раз, приведены в табличной форме
(табл. VI. 16 — VI.20).

Суммарные перемещения от осадок опор приведены в табл. VI.21.

Проверка 5	= 514,2490— 514,2490 = 0;'

20Д?„= —98,7954 + 98,7938 = 0,0016.

Горизонтальная жесткая опора приложенная в узле 4, заменяет силу
трения, препятствующую сдвигу низа стены по породе. Ее численное значение
необходимо.только для проверки равновесия нижней части обделки.

Суммарные перемещения от изгиба, сжатия и осадок опор, увеличенные
вЕраз, приведены в табл. VI.22I именуемой матрицей канонических уравнений.
®0п_ 2У?о/?п

№ стерж- ня	Е	К 600	601	-Я б02	боз	*04	&ор
1	63,7786	'5,1768	—17,1948	12,0179	0	0	—19.6749
2  3	58,1140  58,1140	0,0028	0,2586	—0,5297	0,2683	0	— 0,1912
4	73,6111	0,0001	— 0,0003	0,0498	—0,0992	0,0497	— 0,0068
		0,1710	— 0,5833	0,2139	0,4140	—0,2157	—11,6092
		5,3507	—17,5198	11,7519	0,5831	—0,1660	—31,4821

Таблица VI. 17

®/п —	рт

№ стерж- ня	Е	6 и	612	°13	«Я ®14	.я л/р
1	63,7786	57,1126	—39,9179	0	0	65,3510
2	58,1140	23,4921	—48,1148	24,3678	0	—17,3733
3	58,1140	0,0011	— 0,1724	0,3436	—0,1720	0,0236
4	73,6111	1,9895	— 0,7297	—1,4122	0,7358	39,5966
		82,5953	—88.9348	23,2992	0,5638	87.5979

Таблнца VI.18

___Е

$2п= 2К2₽п

№ стержня	Е	•Я °22	в23	-Я 024	.Я л2р
1	63,7786	27,8999	0	0	—45,6758
2	58,1140	98,5453	—49,9083	0	35,5828
3	58,1140	25,2684	—50,3567	25,2071	— 3,4564
4	73,6111	0,2676	0,5180	—0,2698	—14,5235
		151,9812	—99,7470	24,9373	—28,0729
6з„ = ЕЛз^



№ стерж- ня	Е	633	3-1	Зр
2	58,1140	25,2761	0	— 18.0209
3	58,1140	100,3546	—50,2346	6.8883
4	73,6111	1,0025	—0,5223	—28,1078
		126,6332	—50,7569	—39,2404

№ стерж- ня	Е	«Я  644	
3	58,1140	25,1459	—3,4481
4	73,6111	0.2721	14,6440
		25,4180	11,1959

Таблица VI.21

Суммарные перемещения от осадок опор (увеличены в Е раз)

Состо-Й янис Н	6ло	&	6п2	6пЗ	®л4	ДЯ '1р
0	5,3507	—17,5198	11,7519	0,5831	—0,1660	—31,4821
1	— 17.5198	82,5953	—88,9348	23,2992	0,5638	87,5979
2	11,7519	—88,9348	151,9812	—99,7470	24,9373	—28,0729
3	0,5831	23,2992	—99,7470	126,6332	—50,7569	—39,2404
4	—0,1660	0,5638	24,9373	—50,7569	25,4180	11,1959

Таблица VI .22

Матрица канонических уравнений

№ урав- нения	Состояние	6л0	6гИ	вл2	впЗ	6л4	Ьпр
1	0	342,2240	64,0515	11,7743	0,5925	—0,1652	—185,3658
2	1	64,0515	235,6888	—70,7319	23,2670	0,5611	5,4747
3	2	11,7743	—70,7319	210,6722	—88,6742	24,9382	—29,5886
4	3	0,5925	23,2670	—88,6742	158,6622	—45,8062	—39,8825
5	4	—0,1652	0,5611	24,9382	—45,8062	35,3181 + +^Т4'	11,1430

* Учет упругой заделки стены в точке 4 (см. последнее каноническое уравнение в си-
стеме VI.23):

Е 2,С510‘-12

Лп-'п = 4-10«-0.93

1090,5349,



то гда

= 35,3181 + 1090.5349=1125,8530.

5.	Определение лишних неизвестных,
нормальных сил и упругих реакций

Решение системы канонических уравнений производится последовательным
исключением неизвестных в табличной форме при помощи алгоритма Гаусса
или на ЭЦВМ по стандартной программе обращения матрицы. При ручном
счете необходимо из матрицы канонических уравнений (см. табл. 91.22)
переписать все уравнения в табл. VI.23 в следующем порядке:
Решение системы уравнений (прямой ход)

3 е  ” с.	№ уравне- ния и множитель	Л1„	ЛЬ	ЛЬ	М,	ль	Си ободный  леи	5	Подсчет множите лей
1	[	342,2240	64,0515	11,7743	0,5925	—0,1652	— 185,3658	233,1113	64,0515  Ню=_" 342,2240—“0,1871625
2	2	64,0515	235,6888	—70,7319	23,2670	0,5611	5,4747	258,3112	
3	НюХ 1	—64,0515	— 11,9880	—2,2037	-0,1109	0,0309	34,6935	—43,6297	
4	II	0	223,7008	—72,9356	23,1561	0,5920	40,1682	214,6815	11.7743
5	3	11,7743	—70,7319	210,6722	—88,6742	24,9382	—29,5886	58,3900	Ню— 342,2240	У.’ЛЯ'ИКй
6	НгоХ I	— 11,7743	—2,2037	—0,4051	—0,0204	0,0057	6,3775	—8,0203	72,9356  141 — 223,7008 —0,3260408
7	Ш1ХП	0	72,9356	—23,7799	7,5498	0,1930	13,0965	69,9950	
8	III	0	0	186,4872	—81,1448	25,1369	—10,1146	120,3647	—0,5925
9	4	0,5925	23,2670	—88,6742	158,6622	—45,8062	—39,8825	8,1588	Нао — 342,2240	й,0иI /313
10	Изо XI	-0,5925	-0,1109	—0,0204	0,0010	0,0003	0,3209	-0,4036	—23,1561
11	М-31 X11	0	—23,1561	7,5498	—2,3969	—0,0613	—4,1579	—22,2224	141 — 223,7008 	1035,3/
12	ИэаХШ	0	0	81,1448	—35,3079	10,9376	—4,4011	52,3734	81,1448
13	IV	0	0	0	120,9564	—34,9296	—48,1206	37,9062	Иза “ 186,4872“
14	5	—0,1652	0,5611	24,9382	-45,8062	1125,8530	11,1430	1116,5239	0,1652 Л Пао — 342,2240 “0.0004827  —0,5920
15	!ЧоХ1	0,1652	0,0309	0,0057	0,0003	—0,0001	—0,0895	0,1125	
16	Н41Х11	0	—0,5920	0,1930	—0,0613	-0,0015	—0,1063	-0,5681	На 1 — 223,7008 	0,0026463
17  18	XIII Щ#Х1У	0  0	0  0	—25,1369 0	10,9376  34,9296	—3,3882  —10,0869	1,3633  —13,8962	— 16,2242  10,9465	Н«- 186.4872 =-0.1347915
19	V	0	0	0	0	1112,3763	— 1,5857	1110,7906	34,9296  Наз = 120,9564 “0'2337784
в строку 1 — первое; в строку 2 — второе; в строку 5 — третье; в строку
9 — четвертое п в строку 14 — пятое. Затем из уравнения I и из последователь-
но преобразованных уравнений II, III и IV определить множители р10; |1»0; |.13о;
Мзь Рзь Пэг! Що!	11 Шз-

На множитель |и10 умножаются члены уравнения I. Полученные произведения
подписываются под уравнением 2 в строку 3. Путем алгебраического суммирова-
ния уравнения 2 с преобразованным уравнением |л10 X I (строка 3) исключается
неизвестное Мй (см. строку 4).

Под уравнением 3 (см. строку 5) в строку 6 заносится уравнение I, члены ко-
торого умножаются на рго» а 0 строку 7 уравнение II, умноженное на р*!- В ре-
зультате суммирования уравнений 3, р20 X I и р81 X II получают уравнение III
(строка 8), в котором исключены уже два неизвестных Мо и Мр

Исключение неизвестных /VI2, М3 и /И4 производится аналогично.

Решение системы уравнений (обратный ход) приведено в табл. VI. 24.

Т абл в и а VI.24

Решение системы уравнений (обратный ход)

Ке урав- нения	к'М,	к’М3	к'М-	к'М,	Д1/>	5
IV	—0,0498							—48,1206	—48,1704
111	0.0358	—32,3118	—	—	— 10,1146	—42,3906
11	0,0008	9,2207	— 16,5783	—	40,1682	32,8114
I	0,0002	0,2359	2,6763	—9,3963	— 185,3658	—191,8497

Искомые изгибающие моменты, действующие в узлах системы:

1,5857

/Иэ =

1112,3763

48,1704

= 0,001426 Гл;

Мй=

М1=

Л10

120,9564
42,3906

186,4872

—32,8114
223,7008
191,8497

342,224 '

= 0,3982 Гл;

= 0,2273 Тм;

= —0,1467 Гл;

= 0,5606 Гл.

М,=

С целью дополнительного контроля задача была решена на ЭЦВМ «Иаирп»
при помощи стандартной программы решения системы линейных алгебраичес-
ких уравнений, содержащихся в памяти машины. При этом были получены сле-
дующие результаты с точностью до восьмого знака после запятой:

Мо = 0,56059158;

=—0,14667080;

Л43 = 0,22733112;

Л4Э = 0,39824632;

/И4 = 0,00142543.

Изгибающие моменты в трехшарнирной арке (см. рис. VI.18):

М„ = —0,2726 + 0,9006 Л40 + 0,0994 Л41 = —0,2726 + 0,9006 x 0,5606 —

—0,0994 X 0,1467=—0,2726 + 0,5049 —0,0146 = 0,2177 Гл;
Мь = —0,8155 + 0,6677 ^0 + 0,3323^!= —0,8155 + 0,6677x 0,5603 —
— 0,3323 x 0,1467= —0,8155 + 0,3743— 0,0487= —0,4899 Тм;

Д4С=—0,5719 + 0,3410Л4о + 0,6590 Л1!= —0.5719 + 0,3410X 0,5606 —
—0,6590x 0,1467=—0,5719 + 0,1912 —0,0967=—0,4774 Т.«.

Проверка правильности решения уравнений производится путем подстанов-
ки числового значения моментов в каждое из лих.

Уравнение 1

342,2240 Л1о+64,О515М1+ 11,7743 Л++0.5925 М3 — 0,1652 М3 —185,3658 = 0;

342,2240 X 0,5606 —64,0515 X 0,1467+ 11,7743 X 0,2273 +
+ 0,5925 X 0,3982 — 0,1652 X 0.001426—185,3658= 191,8507 —
— 9,3963 + 2,6763 + 0,2359 — 0,0002— 185,3658 =194,7629 —
— 194,7623 = 0,0006.

Уравнение 2.

64,0515 Л1о+235,6888 Л4г—70,7319 Л4г + 23,267ОЛ4Э+ 0,5611 Л44 + 5,4747 = 0;

64.0515Х 0,5606— 235,6888 X 0,1467 —70,7319 X 0,2273 +

+ 23,2670 X 0,3982 + 0,5611 X 0,001426 + 5,4747 = 35,9073—34,5755—
— 16,0774 + 9,2649 + 0,0008 + 5,4747=+50,6477 — 50,6529 = 0,005.

Уравнение 3.

11,7743 Л40 —70.7319 Л4!+ 210,6722 М,—88,6742 Л43 +
+ 24,9382	—29,5886 = 0.

11,7743 X 0,5606 + 70,7319 X 0,1467 + 210,6722 X 0,2273—
— 88,6742 X 0,3982 + 24,9382 X 0,001426 —29,5886 = 6,6007 +
+10,3764 + 47,8858 —35,3101+0,0355—29,5886 = 64,8984 —
—64,8987 = 0,0003.

Уравнение 4.

0,5925 Л/о +23,2670 АЛ—88,6742 М, +158,6622 Л43+45,8062 Мл — 39,8825 = 0.

0,5925 х 0,5606 —23,2670 X 0,1467 —88,6742 X 0,2273 +
+ 158,6622 X 0,3982 — 45,8062 х 0,001426—39,8825 = 0,3321 —
— 3,4133 — 20,1556 + 63,1793— 0,0653—39,8825= 63,5114 —63,5167 = 0,005.

Уравнение 5.

— 0,1652 Л10 + 0,5611 Л4Х + 24,9382 М,—55,8062 М3 +1125,8530 Л4* +11,1430 = 0;

—0,1652 х 0,5606 — 0,5611 X 0,1467 + 24,9382 X 0,2273 —
—45,8062 X 0,3982+1125,8530 X 0,001426+11.1430= —0,0926 —
— 0,0823 + 5,6684—18,2400+1,6055+11,1430= —18,4149+
+18,4169 = 0,002.

Искомые упругие реакции Вт и нормальные силы Л% приведены в табл.
VI. 25 и VI. 26.

Таблица У1.25
Искомые упругие реакции
_________________________Вт = Втр + 2МпЦт11

К« точки	КМ,	км1	км,	КМ,	км.	Вщр	«Щ. Т
1	—0,1597	—0,1388	—0,1503				1,0828	0,6340
2	—0,0039	0,0933	0.2960	—0,2626	—	0,4702	0,5930
3	—0,0007	—0,0007	—0,1499	0,5233	—0,0009	0,0902	0,4613
Таблица VI .26

Искомые нормальные силы

Мщ— МтР +

№ стержня	нма	НМ,	НМ.	нм,	нм.	М/Пр	Ляг Т
0	—0,1528	—0,0400			_					1,5638	1,3710
а	—0,1205	—0,0315	—	—	—	2,3725	2,2205
ь	—0,0645	—0,0169	—	——	—	2,9499	2,8685
с	—0,0433	—0,0113	—	—	—	3,2347	3,1800
1	—0,0272	—0,0173	—0,0158	—	—	3,2401	3,1800
2	—0,0272	—0,0243	—0,0158	—0,0188	—	3,2908	3,2047
3	—0,0272	—0,0242	—0,0138	—0,0188	0	3,2908	3,2068

6.	Проверка решения статически
неопределимой системы

Для проверки правильности решения задачи необходимо вычислить вели-
чину Д2 (смещение упругой опоры /?2, приложенной в точке 2) по двум различ-
ным формулам, указанным ниже, и сопоставить значения этих величин между
собой. Равенство их или незначительное расхождение (менее 5%) укажет на пра-
вильность решения.

Для этого к участку свода 0—2, заделанного в точке 0, необходимо прило-
жить силу, равную 1 по направлению искомого перемещения и определить мо-
менты н нормальные силы от действия этой силы (рис. VI. 18 и VI. 20, а
табл. VI. 27)

Сопрягая полученные таким путем единичные эпюры моментов и нормальных
сил с соответствующими окончательными эпюрами в статически неопределимой
системе (см. рис. VI. 18 и VI. 20, б), можно вычислить искомое смещение Д2.

О)

Рис. У1.20. Схема для проверки:

а) основная система; б) статически неопределимая система
д,=2

Л1Л4

МУ



т-

Д2 = 36,28(0,2177 X 5,05 + 0,5606 X 4,70 + 2 (0,2177 X 4,70 + 0,5606 X
X 5,05) ] — 27,44(0,4899 X 4,425 + 2 X 0.4899.Х 3,88 — 0,2177х 4,425 — 2 х
X 0,2177 х4,70) — 21,26 [0,4774 X 3,88 + 0,4899 X 2,73 + 2(0,4774 X 2,73 +
+ 0,4899 X 3,88)1 — 17,77(0,1467 X 2,73 + 0,4774 X 1,53 + 2(0,1467 X 1,53 +
+0,4774 X 2,73)]—18,27(—0,2273X1 + 0,1467 X 1 +2X0,1467Х 1,53)—3,049 X
X 1,3710 X 0,9598 —2,778 x 2,2205 x 0,7570 — 2,551 X 2,8685 X 0,4051 —2,404х
X 3,18 X 0,2723 — 2,764 X 3,18 X 0,0651 = 415,1375 — 380.6825= 34,4550.

По другой формуле осадка опоры равна

Д., = — =0,5930 x 58,1140 = 34,4616.
*

Относ нтельная ошибка составит:

2(34,4616—34,4550)

34,4616 + 34,4550

100=0,019%.

Таблица VI.27

Моменты и нормальные силы иа участке 0—2 свода

ЛЪ точек	В осиовиоП системе (рис. VI.20. а)			В статически неопределимой системе (рис. VI.20.б)	
	М	77		М	
0	5,05	—0,9598		0,5606	1,3710
а	4,70			0,2177	
		— 1,7570			2,2205
ь	3,88			—0,4899	
		—0,4051			2,8685
с	2,73			—0,4774	
		-0,2723			3,1800
1	1.53			’ —0,1467	
		—0,0651			3,1800
2	0			0,2273	

7.	Построение эпюр М, П и К

В результате расчета оказалось, что первоначально заданный угол зоны отпо-
ра породы (ф0 = 70°) больше вычисленного (<р0 = 66°) на 4°.

Так как в верхней опоре / отсутствуют растягивающие усилия (/?! > 0),
а отклонение в углах незначительно, повторного расчета с измененным углом Фо
можно не производить. Небольшой избыток вычисленных моментов пойдет в за-
пас прочности конструкции обделки. Результативная эпюра моментов и нор-
мальных сил от нагрузки, равной I, приведена на рис. VI. 21.
204
Рис. У1.21. Эпюры моментов п нор-
мальных сил

Интенсивность отпора породы с„,=-- определена из расчета длины пос-

ат

тели для каждой упругой опоры;

0,6340
о^Т^7 = 0>3602Т/л"-'
1 , / Ои

0,5930

о» = ——-=0,3901 Т1м-;

1.52

0,4613

Оз=——=0,3034 Т/л2.

1,52

Полученная эпюра отпора имеет ступенчатый характер (рис. VI. 22, а).
Примерный вид действительной эпюры изображен на рис. VI, 22, б.

8.	Определение предельной нагрузки
по образованию трещин в шелыге свода

Определение несущей способности обделки производится в наиболее опас-
ном сечении. Таким сечением является сечение шелыгк.

Распор в шелыге статически неопределимой системы

1>2784_ о^+о.^ о8г

у г	3,52

Эксцентриситет в шелыге

Сечение шелыги внецентренно сжато с большим эксцентриситетом, так как
еш > 0.225А, т. е. 0,52 > 0,225 - 0,4. Предельная нагрузка в этом случае опре-
деляется по образованию трещин при условии использования предельной растя-
жимостн бетона в растянутой зоне. Высота сжатой зоны сечения бетона опреде-
ляется из уравнения нейтральной оси

Ер
Др*р

[/с — врс] +	= 0 .

Подставляя численные значения входящих в формулу величин, получим:

Еоер 1,6510°-0,0001

/?р	“	64

= 2,58;

хр=(Л—хс);

ерс = —	=0>52-ф'Л*с —0,2 = 0,32+хс;

3рМ = (А— хс) ( еш + -у ^ = (0,4 —хс) (0,52 + 0,5 хс);

2,58 Г хс

0,4—хс [ 3

у (0,32 4-хс)1+(0,4—хс) (0,52 + 0,5хс) = О,

0,07 х? —0,29 хг —0,3 хс 4- 0,083 = 0.

Откуда хс=0,2м (высота сжатой зоны сечения),
Хр=0,4—0,2 = 0,2 м (высота растянутой зоны).

Предельная нормальная сила в сечении шелыгн свода
м»--(-^	’! *

\ «р*р	1	\	'{р-^-р	'

0.2«	\

= 1,9-64 I 2,58—т---0,2 =7,067.

\	2-0,2	)

Предельная нагрузка по образованию трещин в шелыге

А'пр '< .06 с ГС Т, 2

?пр =	= — = 6,56 Т/м2

Пщ * > V©

Горное давление с учетом коэффициента перегрузки 1,5 (СНиП П-Д. 8—62,
стр. 10);

/ <р \	/	70° \

Л=Ь4-2/г01е( 45°—~ )=6,6О+2Х7,47Х»Й I 45’—~) =

= 6,60 + 2 x 7,47 x 0,1763 = 9,23 м.

Ь

2!

9,23

2X3

1,54 м.

д = у/^к = 2,0 X 1,54 X 1,5 = 4,62 Т/м2.
Собственный вес обделки с учетом коэффициента перегрузки:

ё = 0,4 X 2,3 X 1,2 = 1,10 Т/м-.

Расчетная нагрузка ц + § = 4,62 4- 1,10 = 5,72 Т/м-.

<7пр > <7 + е, т. е. 6,56 > 5,72 Т/м-.

Следовательно, несущая способность обделки в замковом сечении обеспече-
на. Остальные сечения находятся в более благоприятных условиях п потому в
проверке не нуждаются.

§ 33. Принципы расчета тоннельных конструкций
по предельным состояниям

В соответствии с действующими нормами конструкции транспорт-
ных тоннелей рассчитываются по предельным состояниям.

Этот, предложенный и разработанный в СССР, прогрессивный ме-
тод расчета сооружений наиболее полно отражает особенности свойств
материала и статической схемы тоннельной конструкции, взаимо-
действующей с окружающей средой. Одновременно методом предель-
ных состояний в необходимой степени учитываются условия производ-
ства работ и последующей эксплуатации тоннеля, а также ряд других
важных факторов. К числу последних относится степень обоснованно-
сти исходных нормативных данных и соответствия теоретических пред-
посылок, полагаемых в основу принятой расчетной схемы, отобража-
емой ими реальной системы «обделка тоннеля — окружающая среда».

В результате расчет по предельным состояниям обеспечивает воз-
можность проектирования экономичных тоннельных конструкций,
полностью соответствующих требованиям несущей способности, надеж-
ности и долговечности.

Предельным называется такое состояние конструкции тоннеля,
при наступлении которого дальнейшая нормальная эксплуатация со-
оружения становится невозможной. Тоннельные обделки рассчитыва-
ются по следующим видам предельных состояний: а) первому — по не-
сущей способности; б) второму — по деформациям и перемещениям;
в) третьему — по местным нарушениям. В СНиПе определяются цели
расчета по каждому из названных предельных состояний. По пер-
вому— обеспечение прочности, а также устойчивости формы и положе-
ния тоннельных конструкций в возможно неблагоприятных условиях
их работы в период строительства и эксплуатации. По второму — огра-
ничение деформаций или перемещений конструкции в условиях нор-
мальной эксплуатации. По третьему — недопущение трещин или огра-
ничение величины их раскрытия (также и стыков) с тем, чтобы экс-
плуатация сооружения не была затруднена или нарушена вследствие
коррозии, потери водонепроницаемости и местных повреждений
(рис. VI.23).

В применении к тоннельным обделкам расчет по предельным состо-
яниям имееттри особенности. Первая из них—многообразие возможных
статических схем предельных состояний, обусловливаемое различным в
разных условиях характером статической работы конструкции во взаи-
модействии с окружающей средой, особенностями производства работ
и эксплуатационными требованиями; вторая—то, что прочность тон-
нельной обделки определяется работой материала в пределах всего
сечения элемента конструкции. Проверка ее расчетом производится с
дифференцированным назначением величин расчетных коэффициентов
в зависимости от ниже рассматриваемых условий; третья особенность
вытекает из многократной статической неопределимости системы
«обделка — порода», при которой наступление предельного состояния
по прочности в одном или нескольких (с определенными ограниче-
ниями) сечениях еще не означает исчерпания несущей способности
конструкции’ в целом, но лишь приводит к соответствующим измене-
ниям ее статической схемы.

Согласно СНиПу расчет по первому предельному состоянию про-
изводится с применением коэффициента перегрузки (л) к нормативным
нагрузкам, коэффициента однородности материала (к) к нормативным
сопротивлениям (/?„) и коэффициента условий работы (т). Временная
подвижная нагрузка при этом учитывается с коэффициентом динамич-
ности.

По второму предельному состоянию тоннельные конструкции рас-
считываются па нормативные нагрузки без коэффициента динамично-
сти, а по третьему — на нормативные или расчетные нагрузки в зави-
симости от характера и степени влияния трещин, раскрытия стыков
н других местных разрушений на условия эксплуатации сооружения.

Расчеты по первому предельному состоянию обязательны для всех
типов обделки. При этом для некоторых из них решающим является
условие прочности (например, для монолитных обделок из водопрони-
цаемого бетона со сплошной гидроизоляционной эластичной мембра-
ной), для других решающей может стать устойчивость: формы (напри-
мер, тонкостенная чугунная, набрызг-бетонная или стальная обделка),
или положения (например, обделка в виде полого свода, опирающегося
на массивные стены).

Расчеты по второму и третьему предельным состояниям и их раз-
новидностям производятся в случаях, определяемых конструкцией
тоннеля, эксплуатационными требованиями к нему, а иногда и техно-

Рис. У1.23. К расчету обделок по предельным состояниям конструкции
203
логическими особенностями производства работ. По прогибу (для кру-
говых обделок — по эллиптичности) необходимо, например, прове-
рять все обделки, в работе которых в наибольшей мере используется
упругий отпор породы — тонкостенные всех типов и сборные с шар-
нирными стыками. По осадкам и смещениям рассчитываются преиму-
щественно монолитные бетонные обделки незамкнутой конструкции.
Расположение их в относительно слабых породах заставляет считаться
с возможностью осадки и поперечного сдвига фундаментов стен,
которые должны быть полностью исключены конструктивными меро-
приятиями.

Наибольшие возможные деформации в стыках следует определять
в ходе расчета сборных обделок с плоскими стыками. Получаемые
значения деформаций сравниваются с их допускаемыми для данного
случая значениями, определяемыми общими соображениями или осо-
бенностями работы данной конструкции тоннеля, например, дефор-
матнвнон способностью гидроизоляционной мембраны. При некоторых
типах гидроизоляции, в том числе создаваемых на основе компаундов
из эпоксидных смол, эластичность мембраны и допустимое раскрытие
стыков, тем более радиальные смещения в них, могут быть тесно вза-
имосвязаны. Сказанное в полной мере относится также к сборным об-
делкам из водонепроницаемого материала, где деформативность швов
(стыков) должна быть ограничена по условиям сохранения свойств во-
донепроницаемости стыкового уплотнения, например, расчеканки швов.

Расчет по третьему предельному состоянию с проверкой раскрытия
швов применяется в общем в тех же случаях, что и предыдущий —
по деформациям в стыках. Проверка на трещинообразование в обделке
производится в зависимости от способа и типа ее гидроизоляции.
В случае водонепроницаемого бетона должна исключаться возможность
образования каких-либо трещин при воздействии нормативных нагру-
зок, а при обделке с гибким гидроизоляционным покрытием, а также
при отсутствии гидростатического давления допускается раскрытие
трещин до величины не более 0,2 мм.

Основная формула расчета по предельным состояниям:

< Лвр = Р (3; Я„; к; т). (VI .24).

Здесь Мр — полное расчетное усилие для какого-либо элемента
или сечения обделки, равное сумме частных усилий от всех учитыва-
емых нормативных нагрузок и воздействий умноженных на со-
ответствующие коэффициенты перегрузки

7Упр — предельное усилие, представляющее собой определенную
функцию от геометрических размеров рассчитываемой системы 5, проч-
ностных свойств ее материала, характеризуемых нормативным сопро-
тивлением 7?п, постоянства этих свойств, характеризуемых коэффи-
циентом однородности материала к и коэффициента условий работы т.

Анализ расчетных коэффициентов п, к и т показывает пути дальней-
шего совершенствования тоннельных обделок с улучшением их экономи-
ческих показателей. Коэффициенты перегрузки п приводятся в СНиП.
Из помещенных там значений должны быть выбраны величины, боль-
шие или меньшие единицы в зависимости от того, ухудшает или улучша-
209*
ет данная нагрузка либо воздействие условия статической работы со-
оружения. Отличие п от единицы определяется степенью достовер-
ности нормативных нагрузок. Поэтому постепенное уточнение методов
определения действующих на тоннельные обделки нагрузок и воздей-
ствий, достигаемое в результате накопления опытных данных и прове-
дения научно-исследовательских работ, способствует повышению эко-
номичности обделки.

Коэффициенты однородности материалов к всегда являются пра-
вильной дробью. Чем ближе эти величины к единице, тем экономичнее
конструкция обделки.

Прямой путь увеличения коэффициента однородности материа-
лов— индустриализация строительства, внедрение максимальной сбор-
ности конструкций и дальнейшее повышение общей культуры про-
изводственных процессов в тоннелестроении.

Коэффициентом условий работы т оцениваются особенности работы
конструкции, а также условия ее изготовления, возведения и эксплу-
атации. Кроме того, он должен учитывать степень точности применен-
ного метода расчета и то, насколько в расчете отражается действитель-
ное поведение тоннельной обделки под влиянием действующих нагру-
зок и воздействий.

Например, применительно к обделке нз железобетонных блоков,
коэффициент условий работы должен отражать влияние пластических
деформаций на работу обделки, начальных деформаций обделки и
раскрытия стыков блоков, а также концентрацию напряжения на
поверхностях контакта последних [8]. В равной степени должно быть
учтено влияние нагнетаемого за обделку раствора, способы проведе-
ния гидроизоляционных работ и пр.

Образование трещин в наиболее напряженных сечениях обделки
иногда сопровождается переломами упругой оси и возникновением пла-
стических шарниров. При этом происходит изменение статической
схемы с постепенным выходом из работы внутренних связей конструк-
ции до тех пор, пока останется их необходимый минимум, а за-
тем произойдет разрушение получившейся статически определимой
конструкции.

Последовательное рассмотрение стадий работы конструкции обделки
под действием возрастающих нагрузок посредством расчетов по пре-
дельным состояниям позволяет, как это показано в 18, 9], правильно
оценить действительную несущую способность тоннельной обделки
с тем, чтобы использовать ее значительные резервы.

Определенная посредством расчетов по предельным состояниям
несущая способность тоннельных обделок получается существенно
большей, чем при проверке ее по ранее применявшейся и до сих
пор используемой в ряде зарубежных стран методике допускаемых
напряжений.

В заключение следует отметить, что при последовательном расчете
тоннельных обделок с учетом постепенного образования пластических
шарниров неприменим принцип независимости действия сил. Обделка
должна рассчитываться на одновременное действие всех учитываемых
при проектировании нагрузок и воздействий.
$ 34. Применение ЭЦВМ при проектировании
обделок тоннелей

Тоннельные обделки, работающие совместно с окружающей их по-
родой, представляют собой многократно статически неопределимые сис-
темы. Точные способы расчета таких систем требуют применения со-
временной вычислительной техники.

Применение электронных цифровых вычислительных машин зна-
чительно облегчает труд проектировщиков н сокращает время выполне-
ния расчетов. ЭЦВМ дают возможность быстро рассчитать несколько
вариантов предлагаемого проектного решения и выбрать лучший.
При этом повышается точность расчетов и автоматизируется весь про-
цесс их выполнения.

Без ЭЦВМ практически весьма затруднительно, а в некоторых слу-
чаях даже невозможно произвести достаточно точный расчет обделки
с учетом различных сочетаний многочисленных факторов, определя-
ющих взаимодействие системы «обделка— массив породы». В частности,,
без помощи ЭЦВМ очень трудно осуществить учет влияния на стати-
ческую работу конструкции различных комбинаций неравномерного
и несимметричного бокового и вертикального горного давления, неод-
нородности породы, переменной жесткости обделки и т. д.

ЭЦВМ не только сокращают время и трудоемкость расчетов, но так-
же служат мощным средством научных исследований, позволяя опера-
тивно решать такие сложные вопросы, как определение наиболее не-
благоприятной схемы загружения обделки несимметричными нагруз-
ками, отыскание рационального очертания обделки, определение
наиболее вероятной зоны действия упругого отпора и т. д.

В настоящее время составлено множество программ для расчета
на ЭЦВМ различных строительных конструкций. Применительно к рас-
четам тоннельных обделок большая работа проведена И. А. Бас-
лавским, А. П. Даушвилн, С. Н. Наумовым, Р. А. Резниковым,.
С. Б. Христовым, Н. Н. Шапошниковым и др.

Программы отличаются поставленными задачами, степенью общно-
сти их решения, исходными предпосылками и возможностями вы-
числительных машин того или иного типа. В основе программ лежат
алгоритмы и блок-схемы, разрабатываемые применительно к принятой
расчетной схеме и методу расчета.

Наиболее общей является программа, составленная С. Б. Христо-
вым, в которой заложены возможности расчета многих типов обделок на
различные сочетания симметричных и несимметричных нагрузок при
изменяющемся по высоте обделки коэффициенте упругого отпора.

Удобной является также программа, составленная на основе ме-
тода перемещений Н. Н. Шапошниковым [67].

Определенный интерес представляет программа, разработанная в
Сибгипротрансе и использованная при проектировании некоторых си-
бирских тоннелей. Ниже приводится общая характеристика и прннци- •
пиальная блок-схема этой программы.

Программа составлена для расчета монолитных бетонных обделок
железнодорожных тоннелей подковообразного очертания с иезамкиу-
тым контуром по методу Метрогнпротранса для ЭВМ БЭСМ-4 и М-20.
Программа позволяет выполнять расчет обделок на все сочетания
нагрузок, указанные в СНиП П-Д.8—62 с подбором размеров сече-
ний обделки. Кроме этого, программа позволяет производить провер-
ку сечений обделки, рассчитанной другими методами. Весь расчет по
имеющейся программе на ЭВМ БЭСМ-4 занимает 4—5 мин чистого ма-
шинного времени для одного сочетания нагрузок. Время на подготов-
ку исходных данных прн готовой программе 1—1,5 ч.

Алгоритм решает задачу расчета симметричной относительно верти-
кальной осн тоннельной обделки на весь комплекс действующих сим-
метрично нагрузок с автоматическим поиском нулевой точки безотпор-
ной зоны («зоны отлипания») и формированием расчетной схемы по вво-
димым главнейшим параметрам внутреннего очертания обделки и фи-
зико-механическим характеристикам породы и материала обделки.

Исходными данными для формирования расчетной схемы являются
параметры внутреннего очертания обделок, которые в зависимости от
соотношения радиусов подразделяются иа три типа (рис. VI.24): тип — I
/?1 С /?а; тнп — II /?х = Аа; тип — III

Каждый тип обделки разделен на два варианта: с наклонными внут-
ренними гранями стен и с прямыми вертикальными стенами. Наруж-
ная грань стен во всех вариантах принята вертикальной. В соответ-
ствии с заданной минимальной высотой сечения в замке свода и иа ос-
нове геометрических параметров внутреннего очертания назначается
расчетная криволинейная ось обделки, которая автоматически разби-
вается иа 38 участков и заменяется ломаным незамкнутым много-
угольником (рис. VI.25), для которого определяются все геометрические
параметры в каждой точке перелома (координаты, площади и моменты
инерции сечений, длины участков и т. д.).

Автоматический поиск нулевой точки безотпорной зоны производит-
ся путем анализа знака первой реакции породы (точка п). Расчетная
схема становится «динамической», непрерывно изменяющейся до момен-
та изменения знака реакции породы в узле п с минуса на плюс. Как
только знак реакции становится положительным, расчет продолжается.

Рис. VI.24. Расчетные параметры внутреннего очертания обделки
212
т. е. следует проверка прочности
сечения обделки по полученным
для этого случая усилиям.

При этом имеется в виду, что
действительная нулевая точка без-
отпорной зоны лежит между точ-
ками п и п—1.

Реакции упругого отпора поро-
ды считаются направленными по
биссектрисам углов многоуголь-
ника.

Внешние силы приняты прило-
женными в углах многоугольника,
коэффициент упругого отпора по-
роды принят неизменным во всех
точках многоугольника.

Блок-схема алгоритма, пред-
ставленная на рис. VI .26, состоит
из 13 основных блоков.

Блок 1 осуществляет перевод
исходных данных из десятичной

Рис. У1.25. Расчетная ось обделки

системы счисления в двоичную и засылает их для каждого типа об-
делки в рабочие ячейки памяти машины.

Блок 2 анализирует количество исходных данных и выдает группу
исходных данных, необходимых для расчета рассматриваемого типа
обделки.

Блок 3 по заданным главнейшим характеристкам внутреннего очер-
тания обделки определяет геометрические параметры обделки.

Блок 4 позволяет определить внешнюю нагрузку и формирует со-
четания нагрузок (основные, дополнительные, особые) в зависимости
от заданных исходных данных и факторов, присущих каждому соче-
танию.

Блок 5 включает вычисления узловых нагрузок, определение из-
гибающих моментов Мр, нормальных сил №р и реакций в узлах рас-
четной схемы обделки от вертикальных и горизонтальных внешних
нагрузок.

Блок 6 служит для последовательного приложения единичных мо-
ментов М = 1 в шарнирах расчетной схемы и нахождения усилий ЛГ
Л\ и #1 во всех единичных состояниях.

Блок 7 позволяет определить единичные 6,й и грузовые и
перемещения. Здесь формируется матрица перемещений для системы
канонических уравнений, общий вид которых выражает условие равен-
ства нулю суммарного относительного угла поворота 1-того узла от дей-
ствия всех неизвестных усилий и внешних нагрузок в основной си-
стеме. В общем виде это условие определяется выражением

Мк $1к + &1р +	= 0.

где п — число неизвестных в системе канонических уравнений.
Рис. У1.26. Блок-схема алгоритма программы

Блок 8 осуществляет решение систем канонических уравнений с пе-
ременным числом неизвестных и определяет изгибающие моменты, нор-
мальные силы и реакции упругих опор.

Блок 9 устанавливает правильность задания границ безотпорной
зоны путем анализа упругой реакции в узле п. Если границы зоны за-
вышены, происходит автоматическое понижение нулевой точки и управ-
ление передается на перерасчет блоку 5. После установления границ
безотпорной зоны управление передается на блок 10.

Блок 10 служит для проверкнтфочностн обделки. Если напряжения
в бетоне не превосходят заданных, то управление передается блоку 11.
В противном случае увеличивается высота сечений в обделке.
После изменения сечений обделки управление передается вновь на
блок 3 для перерасчета.

Блок 11 готовит данные для вывода результатов иа печать и опреде-
ляет проектные объемы работы по разработке породы и кладке обделки
на 1 м тоннеля. При этом на печать выдаются результаты для каждого
сочетания нагрузок и воздействий.

Назначение блоков 12 и 13 ясно из рис. VI.26.

Отмечая высокую эффективность применения ЭЦВМ в практике
проектирования, необходимо всегда иметь в виду, что при их помощи
конструкции рассчитываются, как правило, по предварительно состав-
ленным расчетным схемам, с использованием той или иной методики
расчетов. Поэтому неправильный выбор расчетной схемы или задание
неточной исходной информации может привести к ошибочным результа-
там и выводам, сводя на нет все достоинства так называемых «точ-
ных» методов расчета.

Особенно строго следует относиться к назначению величины и ха-
рактера распределения горного давления, физико-механических ха-
рактеристик горных пород и других параметров, достоверность опре-
деления которых в наибольшей степени влияет на результаты расчета.
Гл аса V?!

ПРОИЗВОДСТВО ТОННЕЛЬНЫХ РАБОТ

§ 35.	Горный способ с раскрытием выработки
по частям

Способы раскрытия тоннельной выработки относительно мелкими
частями, закрепленными временной крепью (чаще всего деревянной),
весьма трудоемки, имеют ограниченные возможности механизации ра-
бот и, как правило, не позволяют обеспечить высокие скорости проход-
ки. Однако необходимость быстрейшего закрепления выработок в сла-
бых, мягких и полускальных породах приводит к достаточно широкому
применению этих способов, особенно при сооружении тоннелей неболь-
шой длины, а также сооружении околоствольных дворов, монтажных
и демонтажных камер, подземных складов ВВ, дренажных перекачек,
камер съездов, вентиляционных камер и др.

Следует иметь в виду, что благодаря развитию техники тоннеле-
строения горные способы с раскрытием выработки по частям в их «клас-
сическом» виде теперь применяются в крайне редких случаях. Обычно
каждый нз способов модернизируется в той или иной мере как за счет
прогрессивных методов разработки породы (высокочастотные пер-
фораторы, короткозамедленное взрывание), так и за счет механизации
погрузочных и откаточных работ (погрузочные машины, электровозы
и пр.). Эти мероприятия при небольшой протяженности подземных вы-
работок делают применение горных способов экономически целесооб-
разным.

Ниже приводится краткое описание лишь способов, которые реко-
мендуются СНиПом.

Способ опорного ядра применяется в слабых, обводненных мало-
устойчивых породах (пески, супеси, суглинки, пластичные глины),
проявляющих значительное горное давление = 0,5 4- 2).

Отличительным признаком этого способа является ядро породы,
которое оставляется до полного окончания кладки стен и свода и слу-
жит опорой для временных крепей.

При разработке больших поперечных сечений (двухпутный желез-
нодорожный или двухполосный автодорожный тоннели) в породах с
коэффициентом крепости / = 1 работы начинаются с проходки нижней,
штольни / (рис. VII.!) и поперечных штолен 2, располагаемых в шах-
матном порядке, из которых ведется разработка боковых штолен 3
и возведение нижних участков стен 4 первого яруса. В штольнях 3'
вне пределов габарита стен укладываются узкоколейные пути, по ко-
торым транспортируется порода и бетон через штольню I.

После достижения бетоном стен 25% проектной прочности прохо-
216
дятся штольни 5 и производится бетонирование верхних участков стен
6 второго яруса. Вслед за этим при соблюдении тех же условий осу-
ществляется проходка верхней штольни 7, калотты 8 и сооружается
свод 9.

В заключительную стадию работ входит разработка ядра 10, до-
работка части профиля 11 и сооружение обратного свода 12 после дости-
жения бетоном верхнего свода и стен 60% проектной прочности. Креп-
ление выработок производится аналогично указанному на рис. VII.2.

В целях соблюдения правил техники безопасности калотта 8 рас-
ширяется отрезками по длине тоннеля, равными 3—4 м, с оставлением
между ними нетронутых целиков такой же длины. После окончания
бетонирования свода н выстойки бетона производится разработка
калотт в целиках с последующим бетонированием свода. Разборка
ядра ведется после сооружения свода на протяжении 20—30 м.

На рис. VII.2 представлен способ опорного ядра, применяемый
в малоустойчивых обводненных породах = 0,5) при разработке ма-
лых сечений (рудничные дворы, склады ВВ и пр.). Работы начинаются
с непосредственной проходки штолен 1 нижнего яруса с последующей
укладкой бетона стен 2 обратным ходом. Разработка штолен 3 второго
яруса допускается после соответствующей выстойки бетона стен 2
первого яруса. Затем производится бетонирование участков стен 4,
проходка верхней штольни 5, раскрытие калотты 6 и сооружение свода
7, опирающегося пятами на сооруженные ранее стены. Разработка
ядра 8, части профиля 9 и сооружение обратного свода 10 производят-
ся после достижения бетоном верхнего свода и стен 60% проектной
прочности. Длина кольца (вдоль тоннеля) принимается равной Зм,
в пределах которого выполняется весь цикл работ, начиная от разра-
ботки породы и кончая обратным сводом.

Сюда же можно отнести несколько измененный способ опорного яд-
ра, который применяется в относительно надежных грунтах калотты
и в слабых неустойчивых грунтах штроссы (рисАШ. 3). В этом случае
производится разработка штольни 1 и калотты 2 с временной деревян-
ной крепью. .Из калотты ведется разработка колодцев 3, стенка кото-
рых ограждается забивной крепью. В колодцах устанавливается опа-
лубка и бетонируются стены 4. После выстойки бетона сооружается
свод 5, разрабатывается ядро 6, часть профиля 7 и возводится обрат-
ный свод 8.

Способ полностью раскрытого профиля (рис. VI 1.4) применяется для
сооружения тоннелей в слабых породах, но при отсутствии притока
грунтовых вод (/ = 1 4- 1,5).

Сущность способа состоит в расширении выработки на полный про-
ектный профиль и закреплении ее системой веерообразных рам, под за-
щитой которых сооружается обделка тоннеля, начиная с фундамента
и кончая сводом.

Первой проходится нижняя штольня 1. Она предназначается для
геодезических работ по установлению продольной оси тоннеля, а так-
же для откатки породы и доставки материалов в тоннель. В ней укла-
дываются трубы для вентиляции, сжатого воздуха и водоотлива, а так-
же электрические н телефонные кабели и другие коммуникации.
Рис. VII.!. Способ опорного ядра для разработки больших сечений

Рис. У11.2. Способ опорного ядра для разработки малых сечений
Рис. УП.З. Комбинированный способ проходки

Рис. VI 1.4. Способ полностью раскрытого профиля
Верхняя штольня 2 предназначается для расширения малой 3 и боль-
шой 4 калотт. После раскрепления верхнего сечения выработки про-
изводится разработка средней 5 п боковых 6 штросс с одновременной
установкой крепи. Бетонирование стен 7 и свода 8 и лотка 9 произво-
дится после разработки породы по всему профилю.

Разновидностью способа полностью раскрытого профиля при соору-
жении тоннелей в устойчивых породах (/ = 2 4- 3), не развивающих
значительного горного давления, является способ разработки по схеме,
представленной на рис. VI 1.5.

Отличительная его особенность состоит в разработке на полный
профиль только одного кольца длиной от 2 до 4 м.

Первой пробивается нижняя штольня 1, после чего раскрытие вы-
работки ведется сверху вниз отдельными частями профиля 2, 3, 4, 5 и
затем 6.	'

Обделка возводится аналогично способу полностью раскрытого
профиля. Заключительной стадиен работ является разработка части
профиля 9 и сооружение обратного свода 10.

Способ опертого свода иаходнт применение в породах, разрабаты-
ваемых взрывным способом (/ = 3 4- 6), а также и в более слабых поро-
дах (/=14-3), способных выдержать давление от пят свода обделки.
При этом способе вначале сооружается бетонный свод, опертый на по-
роду, а затем по мере разработки нижележащих частей профиля под его
пяты подводятся стены из монолитного бетона.

Работы указанным способом могут осуществляться по одноштоль-
невой и двухштольневой схемам.

В первом случае (рис. VII. 6) вначале проходится верхняя штольня
1, раскрывается калотта 2 и возводится свод 3. Затем разрабатывается
средняя штросса 4, боковые штроссы 5 и 7 и производится бетонная
кладка стен 6 н 8 отдельными участками по 2—3 я, располагаемыми в
шахматном порядке.

Рис. УП.5. Вариант способа полностью раскрытого профиля в устойчивых
породах
Рис. УП.6. Способ опертого свода (одноштольневой)

Рнс. VI 1.7. Способ опертого свода (двухштольневой)
Во втором случае (рис. VII. 7) работы ведутся аналогично с той
лишь разницей, что вначале проходится нижняя штольня 1, из которой
при помощи фурнелеп открываются дополнительные фронты работ,
количество которых находится в зависимости от пропускной способ-
ности штольни.

Остальные работы выполняются в той же последовательности
(2—10). В кольцах, смежных с забетонированным сводом, приступать
к раскрытию калотты допускается при достижении бетоном 60%
проектной прочности.

§ 36.	Горный способ с раскрытием выработки
сплошным забоем

Разработка и транспортировка породы.

Способ сплошного забоя без передовой штольни применяется при
сооружении тоннелей в скальных устойчивых породах VI категории
с временным креплением выработки в скальных трещиноватых породах
и без крепления в монолитных.

Основными видами временной крепи при проходке тоннелей спосо-
бом сплошного забоя следует считать металлическую арочную и анкер-
ную крепь.

В отличие от горных способов, предусматривающих разработку вы-
работки по частям, в способе сплошного забоя разработка породы про-
изводится сразу на полный профиль, для чего применяется специаль-
ное горнопроходческое оборудование в виде буровых подмостей,
самоходных буровых рам, самоходных буровых установок СБУ
(рис. VII. 8 и 9) и буровых агрегатов БА-1 (рис. VII. 10).

Уборка породы из забоя осуществляется породопогрузочными ма-
шинами (табл. VII.!). Особенно хорошо зарекомендовали себя машины
с парными нагребающими лапами (рис. VII. 11), успешно конкури-
рующие с машинами ковшового типа (рис. VII. 12). В зависимости от
типа породопогрузочной машины погрузка породы может производить-
ся в вагонетки (табл. VI 1.2), автосамосвалы и думперы. В выработках
большого сечения для уборки породы целесообразно использовать экс-
каваторы.

При рельсовом транспорте породы в качестве локомотивов наиболь-
шее распространение в тоннельном строительстве получили электро-
возы контактного и аккумуляторного типов.

Обслуживание электровозной откаткой участка тоннеля, не обору-
дованного контактным проводом, производится контактно-кабельны-
ми электровозами.

Аккумуляторные электровозы применяются во взрывоопасных по
газу выработках, а также при постройке тоннелей небольшой высоты,
когда подвеска контактного, провода на минимально допустимой высо-
те невыполнима по габаритным условиям.

Техническая характеристика контактных и аккумуляторных элек-
тровозов приведена в табл. VI 1.3.
1

Рис. VI 1.8. Самоходная буровая установка СБУ-2:

/ — бурильные машины вращательно-ударного действия; 2 — манипуляторы;
3 — тележка: 4 — тележка гусеничного хода; 5 — бурильная машина а ниж-
нем положении

Рнс. УП.9. Самоходная буровая установка СБУ-4:

/ — нижняя платформа; 2— верхняя подъемная платформа; 3 — стрела; 4 —
трубчатая тяга; 5 — манипулятор; 6 — механизм поворота бурильной машины;
7 — рама; 8 — тележка гусеничного хода
Рис. VI 1.10. Буровой агрегат БА-1:

1 — бурильной машина БУ-1; 2 — рама агрегата; 3 — кран-балка; 4 — припоя перелпнжепня; 5 — выдвижной упор
Таблица VII.!

Техническая характеристика погрузочных машин

	Единица  11ЯМСРС1ИГЯ	Отеместиснных марок					Иностранных марок		
		косшоиие				с нагребаю* ЩПМП лапами	кошпоиыс		е нагребаю- щими лапами
		МПР-6	ппм-з	ЭПМ-1	ПЛ-2	ПНБ-ЗК	КонпеП ЮО(США)	ЭПмко 40 (США)	14-1311  ДжоП (США)
Тип привода ....	—	Электрический			Пневмати- ческий	Электри- ческий	Электри- ческий	Пневматический	
Емкость ковша . . .	м3	0,38	0,25	0,2	0,35	—	0,75	0,38	—
Ширина машины . .	Л1М	1870  1830	1650  1290	1600  1400	1700  1640	1950	1981	1600	1880
Длина машины . . .	г>	6530	7740	2200	3200	8120	11275	6312	6100
Высота машины . .  Ширина фронта по-	»	2500  2150	2150  1650	2045  1518	2275  1700	1750	3780	2387	8-10
грузки 	  Ширина рельсовой	м	3,9	4	2,2	2,2	—	6,1	4,5	1,9
колен 		мм	750—900	600—900	600	600—750	Гусеничный ход	—	Гусеничный ход	—
Расход воздуха . . .	ма/мин	—	—	—	10—12	—	—	—	—
Давление воздуха Двигатели (число н	ат	—	—	—	6	—	—	—	—
мощность) ....	л. с.	2x10,5	1X6	2Х 14,2	2x20	4 общей мощи. 88 кет	2 общей мощи.  130 кет	4 общей, мощи.  48 л. с.	5 общей мощи.  34,5 л. с.
Масса машины . . . П ропзводительност ь	III	8,8	8,5	5,15	6	17	22	7,2	8,15
(теоретическая) . .	,иа/ч	70—90	35-45	30—40	50	180	180	60	160
Рис. VII.! 1. Породопогрузочная машина ПНБ-ЗК с парными на
гребаюшнмн лапами

7-735

1650	65. .____^00

МПР-6

гат

Рнс. VII.12. Породопогрузочные машины ковшового типа
Таблица VII.2

Техническая характеристика вагонеток

	Емкость кузова, л’ с	г=-^-  Габаритные		размеры, мм		Жесткая база, лш	Наименьший радиус вписывания, л	Масса ваго- , иеткп, кГ
		колея	длина по буферу	ширина	высота от голов- ки рельса			
Опрокидные								
ВО-0,75	  во-з 		0,75	600—  —750	2112	1296	1245	600	6	419
	0.80	600	1636	1200	1265	500	5	750
ВО-9 	  ВО-5 		0,90	600—  —750	2885	1195	1162	850	8,5	985
	1	750	2650	1215	1270	800	8	1254
Т-54 . . ' 		3	750	4190	2014	1732	1500		2360
Главтоннельметростроя .	3	900	—	1850	1460		—	1711
Саморазгружающиеся  ВОК-160 		1,6	750	3080	1326	1182	900	9	1711
ВОК-250 		2,5	750	3180	1350—  1600  1700	1500	—		2600
Большегрузная ....	4	750	5250		1650					4350
СВП-2		1.3	900	2400	1200	1300	800	—	
Глухие								
ВШ-5Т 		3	900	3450	1320	1300	1100			1908
Г л автоинельметростроя	1.5	600	2200	1000	1290	600			760
ВГ-5 		2	900	3080	1250	1200	1000	10	1664
ВГК-200 		2	750	3070	1262	1200	1000	10	2186
Тюбпнговозка		—	600—  —750	1884	850	340	500	—	—

Т аблнца VII.3

Техническая характеристика электровозов							
Показатели	С е  Ш	измерения  1	Типы электровозов				
			контактные			аккумуляторные	
			4КР-1	7КР-1у	10КР-2	4.5 АРП-2М	8 АРП-3
Сцепной вес . .  Колея 	  Скорость часового ре- жима 	  Сила тяги часового ре- жима 	  Мощность часового ре- жима 		т мм  км/ч  кГ  кет		4,5  600; 900  5,5  900  2X10.2	7 ;6ОО; 750; 900  10,5  1700  2x50	10  600; 750;  900  10,5  1700  2x50	4,5  600; 900  4,75  750  2x6	8  600; 900  6,8  1150  2x11,2
Продолжение табл. УП-З

Показатели	Единица	Ц  1П\ГпплНня	с > X	Типы электровозов				
			контактные			аккумуляторные	
			4КР-1	7КР-1У	ЮКР-2	4,5 АРП-2м	8АРП-3
Напряжение	  Тип двигателя	  Емкость аккумуляторных  Высота	  Ширина на колею 600  Ширина иа колею 750 и  900 •	  Длина		в  .1МГ н		250 эдр-и  1511  1000  1300  3120	250 ЭДР-25  1500  1032  1332  4500	250 ЭДР-25  1500  1040  1340 4500	80 ЭДР-6  300  1300 1000  1300  3300	100; 120 ЭДР-10  350 1425 1050  1^50 4518

Сооружение обделки

При сооружении обделки тоннеля из монолитного бетона применя-
ются, как правило, передвижные металлические кружала и опалубки.

Опалубка изготовляется в виде отдельных секций для возмож-
ности их перемещения, установки и раскружаливания. Она состоит нз
стальной оболочки и несущей конструкции. Несущая конструкция
представляет собой кружальные металлические ребра в виде арок или
решетчатых ферм.

Перемещение секций опалубки осуществляется при помощи спе-
циальной самоходной тележки, на которой размещены горизонтальные
и вертикальные винтовые домкраты для установки секций в проектное
положение и раскружаливания после бетонирования (рис. VII. 13).

Благодаря наличию шарниров секциям опалубки может быть при-
дано рабочее положение, в которое они устанавливаются перед бето-
нированием обделки, и транспортное — при перемещении их на оче-

Рис. УП.13. Металличе-
ская передвижная скла-
дывающаяся опалубка:
а) секция опалубки а рабо-
чем и б) в транспортном
положении: / — кожух опа-
лубки. 2— тележка для пе-
ремещения секции
Таблица VI 1.4

Техническая характеристика пневмобетоноукладчиков

Наименование показателен	ПБУ-1	ПБУ-2	11 БУ-3	ПБУ-1
Производительность, м31ч		8	8	8	20—30
Наибольшее рабочее давление, кг/см-  Расход сжатого воздуха при макси- мальной дальности транспортирова-	6	7	8	7
иия, л3 на 1 л8 бетона	  Дальность транспортирования, м	80	80	80	90—100
по горизонтали 		200	300	300	200
по вертикали		20	30	30	20
Емкость рабочей камеры по загрузке, л	250	300	350	750
Внутренний диаметр бетоновода, мм . .	150	150	150	150
Наибольшая крупность заполнителя, мм Мощность электродвигателя привода	45	45	45	80
подъема, кет ............  Габаритные размеры, лыс:	5.5	5.5		—
длина 		3240	4320	1100	1810
ширина 		960	900	900	1240
высота 		1520	1580	1200	2020
с поднятым ковшом		1780	2020	—	—
Ширина колен, л( 		600	600	—	—

редкой участок. Число секций опалубки устанавливается в соответ-
ствии с объемом укладываемого бетона, скоростью бетонирования
н сроком распалубки.

Бетонирование обделки производится посредством пиевмобетоно-
укладчнков (табл. VII.4) или бетононасосов (табл. УП.5), размещаемых
на специальных самоходных тележках (рис. VII. 14).

Таблица УП.5

Техническая характеристика бетононасосов

Показатели	Единица измерения	Тип бетононасоса		
		С-296	Б-8	БНШ-5
Производительность		м31сек	10	8	5
Мощность электродвигателя		кет	14	4,5	Н.4
Габаритные размеры: длина 		мм	2500	1795	3127
ширина 		»	1350	1)35	1193
высота		в	1950	1145	1870
Диаметр бетоновода (внутренний)	»	150	150	114
Масса		т	1,8	—	2,3
Дальность подачи бетона: по горизонтали 		м	240	50	150
по вертикали 		»	40	—	20
Рис. VII. 14. Тележка для бетонирования обделки ТБ-2:

/ — рама тележки; 2 — бетононасосы; 3 — перемешпаающие устройства; 4 — кран консоль-
ный; 5 — гаситель; 6 — воздухосборник; 7 — бетоновод; в — привод передвижения

Пневмобетоноукладчики загружаются бетонной смесью из контей-
неров, доставляемых к месту укладки на специальных тележках.
В длинных тоннелях бетонная смесь доставляется непосредственно в
пневмобетоноукладчиках, загружаемых на бетонном заводе, распо-
ложенном за пределами тоннеля.

На месте укладки к пневмобетоноукладчикам последовательно под-
ключается бетоновод, и бетонная смесь нагнетается за опалубку. После
окончания работы пневмобетоноукладчики промываются водой.

Технологические схемы производства работ

В зависимости от порядка выполнения операций различают следу-
ющие технологические схемы производства тоннельных работ.

а)	Последовательная схема (рис. VII. 15, а), при которой выработка
раскрывается на всю длину тоннеля, а затем сооружается обделка.
Преимущество этой схемы заключается в том, что в тоннеле одновре-
менно сосредоточивается минимальное количество механизмов с пол-
ным исключением временных помех. Это позволяет применить крупно-
габаритные механизмы, обладающие наиболее высокой производитель-
ностью, и облегчает возможность обеспечения их бесперебойной ра-
ботой.

Последовательную схему целесообразно применять при сооружении
коротких тоннелей, прорезающих скальные устойчивые породы с ко-
эффициентом трещинной пустотности кТр. п = 2-4-5% (см. табл. 11.5).
Скорость проходки при этом достигает 110—120 м в месяц.

б)	Параллельная схема (рнс. VII. 15, б) применяется в длинных тон-
нелях сечением ие менее 40—45 аг в неустойчивых скальных породах
(ктр. п = 5-? 10%), в которых выработку нельзя оставлять без обделки
длительное время.
При этой схеме проходка и возведение обделки ведутся одновремен-
но, но бетонные работы отстают от забоя на 200—300лI с целью рассре-
доточения фронта работ. Благодаря этому сроки нахождения выработ-
ки на временной крепи и разрыв между окончанием проходки и воз-
ведением обделки сокращаются.

Параллельная схема накладывает ограничения на габариты при-
меняемого строительного оборудования. Оно должно быть приспособ-
лено для пропуска транспорта на всем протяжении строящегося тон-
неля. Последнее обстоятельство связано с необходимостью уменьшения
междупутья откаточных путей, что в свою очередь снижает емкость
транспортных средств и приводит к увеличению затрат на погрузку и
уборку породы.

При указанной схеме требуется четкое соблюдение графика работ,
так как откатка породы и доставка бетона осуществляются по одним
и тем же путям.

в)	Совмещенная схема (рис. VII.15, в} предусматривает одновре-
менное выполнение проходческих и бетонных работ, но при этом транс-
портировка породы и бетона осуществляется по разным выработкам.
Работы по этой схеме могут выполняться при наличии вспомогатель-
ной штольни, по которой транспортируется порода из забоя и материа-
лы в забой, а подача бетона для возведения обделки осуществляется
по тоннелю.

Эта схема обладает достоинствами первых двух схем: участки про-
ходческих и бетонных работ полностью разделяются, но работы ве-
дутся одновременно в непосредственной близости друг от друга.

Рис. УП.15. Технологические схемы производства работ:

а) последовательная; б) параллельная; в) совмещенная; г) по замкнутому циклу; I—гор-
нопроходческое оборудование; 2 — транспорт породы: 3 — бетоноукладочное оборудование;

4 — передвижная опалубка; 5 — транспорт бетона; 6 — обгонная штольня
Наименование работ  бурение шпуров  Погрузка породы МПР-б и откитки 0агрне1. повкидка породы  крепление копили и боков металличес- кой сеткой на анкерах  Уклобко временного узкоколейного пути сяк- ледующеи розбйркай и укладнойямеянногопут	Едини- ца из- море- ния шт.  ином  м3  мг  погл	Овьем рабп  31 чооль 275 22.5  70  10	Норма оремав мам иная чел-ч  ОМ  0.56 1.55  1.0В  1,78	Ыт петь нцвео тем чел.-ч  703,3  126,0 34,87  75,95  12,8	1 сутки						2 сутки					
					1 смена		2 смена Зсм	ена 4 смена			1 смена		2. смен	а Зсмел	а 4 смена	
					а 1   а 1	ааиывв ЦЕЛИ  ЩП| 111-11	2 3455123  7| 1 '  I	4 1  Ъ  1  -4-  1  ! '	>3\4  1	  |	5 6	/ 23  ~10  3	45 6 1  3  1  5 1  8! ‘	23 4	561234  — Т-ГЛ  !	5 5 1\2\3 йТТ '"т	иа Ч III ш ш
Демонтаж металлической опалубки  Мантам металлической опалубки  Установка и снятие ториевой защиты  Разборка и наращивание пути лов телек ко бетононасоса	1 секция  1 секция  / знамя  ЛОО.М	5  5  2  5	9.3  17.5  19.87  1.55	48,5  87,5  38.04  7.75			_ _ 1 № В И  .3		(5	1  4—  1  1	—	—  1  I  1	I	8	|	4 0		7
Устройство дренажной, нанавки Технологический перерыв при заряжании	паем  раз	5  2	1.8  180	9.0  38,0	-	1	и	—!—	1	й			к	3  _ ИИ№._	—	
Технологический перерыв при взрыве и проветривании  Перемещение укладчика ни зон	раз  1лерет тение	2  4	9.8  0.17	№.0 0,88	5	1	!! 1  —|	1--		и ! 1	л	Й  5  1			' 1 ' ! ! !		и  4 |
Оборка забоя	(цикл чрохоА	г г	6,0	12.0	5		1 1	।	1	। ।  । 1 । ।			5					
Крепление металлической опалубки анкерами Текущий ремонт механизмов и машин	/ анкер  чел-ч	30	0,57	15,6  2.01		• I-	1	11'. 1  1	Л 1  1	1	1 1  -|4-  1 1				/ 1	- — —
бетонирование тоннельной об белки со Всеми видами работ  Итого:	м3	37.5	3.08	138  864		' ‘ д		мяк	[л		|_1	—и	7		ш	1Ь

Рис. VII.16. Циклограмма работ на сооружение 5 м однопутного железнодорожного тоннеля
План

Рис. VII.17, Сооружение тоннеля сплошным забоем:

/ — погрузочная машина ППМ-4; 2 — буровые подмости; 3 — перестаиовщпк вагонеток; 4 — вагонетка емкостью 1,5 л’;
чнк
Дополнительные затраты на проведение вспомогательных вырабо-
ток, при тоннелях большой длины, окупаются за счет сокращения
общего срока строительства.

г)	Схема работы по замкнутому циклу (рис. VII. 15, г) применяется
в условиях разрушенных пород на участках интенсивного нараста-
ния горного давления. При этом все основные виды проходческих и бе-
тонных работ выполняются на призабойном участке. Как правило,
сборная обделка возводится вслед за разработкой породы. С примене-
нием монолитной бетонной обделки эта схема менее эффективна и ис-
пользуется в редких случаях.

Каждая из указанных схем предусматривает определенную после-
довательность технологических операций по строительству тоннеля.
Комплекс повторяющихся операций именуется циклом.

В результате выполнения цикла сооружается участок тоннеля опре-
деленной длины. Цикл может охватывать либо полный комплекс техно-
логических операций, либо основные его части (проходческий цикл,
цикл бетонных работ).

Отдельные операции внутри цикла выполняются последовательно
или совмещаются во времени.

Опыт строительства тоннелей с раскрытием сечения иа полный про-
филь показывает, что такие операции проходческого цикла, как буре-
ние шпуров и уборку породы, лучше производить последовательно,
а установку временной крепи, наращивание и перенос рельсовых путей
и другие вспомогательные работы по возможности совмещать с основ-
ными.

На рис. VII.16 приведена циклограмма работ, а на рис. VII. 17 при-
мер технологической схемы по сооружению однопутного железнодорож-
ного тоннеля способом сплошного забоя.

Опыт применения способа проходки тоннелей с раскрытием забоя
на полный профиль на строительстве крупных железнодорожных тон-
нелей на линии Абакан — Тайшет и на Кольском полуострове позво-
лил значительно увеличить скорость сооружения тоннелей по сравне-
нию с классическими методами. Уже в начальной стадии освоения
способа в кристаллических скальных породах были достигнуты следую-
щие темпы: при последовательной схеме организации работ— 110 м
в месяц, при совмещенной 70—80 м и при организации работ по
замкнутому циклу — 50—60 м.

Примеры проходки тоннелей с раскрытием
на полный профиль

Железнодорожный тоннель на Кольском полуострове, залегающий в апати-
товых породах, сооружался с раскрытием сечения на полный профиль. В креп-
ких скальных породах с незначительной трещиноватостью проходка велась без
временного крепления, в более слабых — с креплением выработки анкерами.
В монолитной скале обделка не сооружалась. В трещиноватых породах применя-
лась временная крепь арочного типа и возводилась бетонная обделка толщиной
30 см.

Схема производства работ в крепких скальных породах показана на
рис. VII. 18. Бурение осуществлялось высокочастотными перфораторами ПР-24
234
Рис. VII. 18. Сооружение тоннеля по последовательной технологической схеме:

1 — погрузочная машина КоивеЛ-100; 2 — буровая рама; 3 — пластинчатый транспортер; 4 — подвижной состав
И ПР-30, установленными на двухъярусной буровой раме. Конструкция рамы
предусматривала свободный пропуск под нею породопогрузочных машин. Рама
передвигалась по рельсовой колее шириной 2800 мм.

Погрузка породы велась машиной типа Конвей-100 по всей ширине тоннеля.
С погрузочной машины порода перегружалась на пластинчатый транспортер
длиной 14,5 м, установленный иа повышенном уровне, под который подавались
вагонетки для загрузки. Благодаря этому затраты времени на обмен вагонеток
были сведены к минимуму.

Бурение шпуров и уборка породы производились последовательно. Перед
взрыванием оборудование отгонялось от забоя на расстояние 40—50 м. Применя-
лось короткозамедленное взрывание н пневмоводяная завеса, ускорявшая провет-
ривание забоя после взрыва. Центральные врубовые холостые скважины
диаметром 100 мм бурили при помощи станка БА-100.

Темпы проходки тоннеля достигали ПО ж в месяц.

Железнодорожный тоннель № 1 на лпнин Абакан — Тайшет в устойчивых
гранитах и диоритах IX—XI категории (за исключением участка в слабых
глинистых грунтах) сооружался с разработкой забоя на полный профиль по
схеме замкнутого цикла (рис. VII. 19).

Оборудование состояло из передней и задней технологических тележек,
сборно-разборной опалубки, двух погрузочных машин МПР-6, перестанов-
шнка вагонеток и бетоноукладочной тележки.

Передняя технологическая тележка располагалась в забое. Она имела два
яруса н была снабжена выдвижными консолями для обуривания забоя. На тележ-
ке устанавливался тюбингоукладчнк, предназначенный для монтажа опалубки.
На задней технологической тележке размещался такой же тюбингоукладчнк, при
помощи которого производилась разборка опалубки. Обе технологические те-
лежки передвигались по рельсам, прикрепляемым к консолям опалубки на уров-
не пят сводов.

Сборно-разборная опалубка представляет собой арки, состоящие из пятнад-
цати стальных тюбингов, сваренных из прокатных листов толщиной 20 мм. В ка-
честве монтажных связей применялись болты диаметром 30 мм. По мере продви-
жения фронта работ арки опалубки, отстоящие на расстоянии 40—50 м от забоя,
демонтировались, внешняя поверхность тюбингов очищалась от цементного рас-
твора н смазывалась отработанным машинным маслом, тюбинги перевозились
к забою, где производился их монтаж. Помимо болтовых связей, дополнитель-
ную жесткость опалубке придавали анкеры и распорки.

Поперечный перестановщнк вагонеток располагался под задней техноло-
гической тележкой. Он представляет собой рамную конструкцию, шарнирно сое-
диненную с одной стороны с корпусом тележки, с другой с пиевмоцплиндром,-прн
помощи которого раме придается уклон (поперек тоннеля) в нужную сторону.
По раме на роликах передвигается каретка, к которой подвешивается вагонет-
ка. При включении пневмоцилиндра каретка приподнимается настолько, чтобы
реборды вагонеток не задевали за рельсы, и под действием силы тяжести пере-
мещается влево или вправо, в зависимости от наклона рамы. Перестановщнк
обеспечивал возможность погрузки породы двумя машинами, работавшими одно-
временно.

Бетонная смесь подавалась в опрокидных вагонетках, кузова которых кра-
ном поднимались иа бетоноукладочную тележку с двумя бетононасосами С-296.
Бетоновод выводился за опалубку через люки в тюбингах (при бетонировании
стен) и через проем, образуемый удалением замкового тюбинга (при укладке
бетона в свод).

При такой организации работ бурение верхней половины забоя совмещалось
во времени с погрузкой породы. По окончании уборки породы производилась
перестановка опалубки. При этом выдвижные консоли тележки убирались.
После уборки опалубки (обычно переставлялось две секции) производилось до-
балчнванне опалубки, ее рихтовка и установка анкеров с одновременным обури-
ванием нижней части забоя.

Бетон укладывался непрерывно с приостановкой работ лишь на период взры-
вания и проветривания забоя.

Скорость сооружения тоннеля описанным методом составила 50—60 м в
месяц.
Рис. VI 1.19. Сооружение тоннеля по схеме замкнутого цикла:

/ — выдвижные консоли; 2 п в —рычаги тюбннгоукладчнков; а—передняя технологическая тележка; -/ — погрузочная машина; 5 —
сборно-разборная опалубка; б — перестаношцнк вагонеток; 7 — задняя технологическая тележка; 9 — бетонопод; /0 — бетоноукладочпая
тележка	1
Следует иметь в виду, что схема замкнутого цикла имеет ряд существенных
недостатков. Сосредоточение проходческих и бетонных работ в забое создает по-
мехи транспорту и приводит к потерям времени на сборку и разборку опалубки,
что ограничивает темпы строительства. В узком и глухом пространстве за опалуб-
кой должны находиться рабочие для очистки пазух от породы. Опалубка при
взрыве деформируется. Конфигурация бетоновода очень сложна н не позволяет
укладывать бетонную смесь непрерывно с вытягиванием конца бетоновода по
мере бетонирования. Поэтому указанную схему рекомендуется применять лишь
в породах, требующих немедленного возведения обделки.

Железнодорожный тоннель № 2 на той же линии, залегающий в кристал-
лических сланцах и известняках, во многих местах нарушенных густой сетью
трещин тектонического происхождения, сооружался в основном способом ра-
скрытия на полный профиль.

Состав оборудования горно-проходческого комплекса: буровая рама, две
погрузочные машины ППМ-4, тележка с перестановщиком, бетоноукладочная те-
лежка с бетоноукладчиками и бетоноводом, шарннрно-складывающаяся пере-
движная опалубка и тележка для ее перестановки.

В забое производилась разработка и уборка породы и установка временной
крепи — арочной пли анкерной, в зависимости от степени нарушенное™ мас-
сива. Бурение шпуров и погрузка породы выполнялись последовательно, так как
буровую раму можно было подогнать к забою лишь после уборки всей породы.
Установка временной крепи совмещалась по времени с бурением. Темпы про-
ходки тоннеля достигали 70—80 м в месяц.

Обделка сооружалась с отставанием от забоя до 800—900 м, что позволило
организовать бетонирование по совмещенной схеме. Бетоноукладочная тележка
располагалась впереди опалубки, бетоновод заводился за ее торец и по мере ук-
ладки бетонной смеси постепенно выдвигался из-за опалубки, перемещаясь впе-
ред вместе с бетоноукладочной тележкой.

Шарннрно-складывающаяся опалубка переставлялась при помощи специ-
альной тележки.

Схема организации работ, примененная на данном объекте, позволяет уве-
личить скорость проходки н бетонирования до 100—120 м в месяц, при условии
приближения участка бетонирования обделки к забою до 150—200 м.

§ 37. Буро-взрывные работы

Разработка породы при проходке тоннелей в полускальных и скаль-
ных породах осуществляется обычно буро-взрывным способом.

Существуют два основных метода ведения взрывных работ—обыч-
ное взрывание н профильное («гладкое»), различающиеся количеством
и расположением шпуров, весом н конструкцией шпуровых зарядов,
типами взрывчатых веществ.

Основные параметры буро-взрывных работ. К основным параметрам
обычно относят: выбор типа и количества бурильных машин, определе-
ние глубины, количества, диаметра шпуров и составление схемы их рас-
положения, расчет величины зарядов, составление паспорта буро-
взрывных работ.

Выбор типа бурильных машин определяется прежде всего механи-
ческими характеристиками буримой породы (прочностью, абразив-
ностью).

Вращательное бурение ручными и колонковыми электросверлами
обеспечивает высокие скорости бурения в мягких и средней крепости
неабразивных породах с коэффициентом крепости / = 1 -? 6. При вра-
щательном бурении требуются большие усилия подачи и наблюдается
повышенный износ резцов.
Ударно-поворотное бурение, осуществляемое пневматическими бу-
рильными молотками (перфораторами), эффективно в крепких и очень
крепких породах при / = 7 -? 20. Оптимальными являются небольшие
усилия подачи, но при этом снижается скорость бурения. Увеличение
усилия подачи, обеспечивая более высокие скорости, ведет в то же вре-
мя к повышению износа буровых коронок. Однако по сравнению с дру-
гими способами при ударно-поворотном бурении отмечается меньший
износ буровых коронок.

Установки вращательно-ударного бурения наиболее целесообразно
применять в крепких и средней крепости породах (/ = 6	12). Затуп-

ляемость резцов при вращательно-ударном бурении ниже, чем при вра-
щательном, но выше, чем при ударно-поворотном бурении.

В зависимости от условий применения пневматические бурильные
молотки ударно-поворотного действия делятся на ручные, колонковые
и телескопные (табл. VI 1.6).

Таблица VII-6

Техническая характеристика пневматических бурильных молотков

Тип молотка	Марка	О  <. ас	Число ударов а мии —			Расход | сжатого й воздуха, 11 м3/>шн	Рекомендуемые условия применения
Ручные: легкие	ПР-10	11,5	3750	1,9	Породы [ < 8; длина
	ПР-18Л	18	2400	2,5	шпура /ш<2 м;
средние	ПА-23	23	1865	2,45	Г = 8-5-12;
	ПР-24Л	24	2600	3,5	= З-т-4 м
тяжелые	ПР-ЗОЛ	31	1700	3	То же
Телескопные	ПР-35 ПТ-45м	28  46	1690  1750	2,65 3,6	Бурение шпуров снизу
	ПТ-36	38	3000	4,2	вверх
Колонковые	ПК-75	75	1400	5	Породы ^>12;
					/ш>3 лг, диаметр шпу- ров 4 >40 мм

Одной из основных характеристик бурильной машины является вре-
мя чистого бурения 1 м шпура. В таблице VII.7 приведены данные,
рекомендуемые для использования при проектировании. В условиях,
отличных от стандартных, время чистого бурения определяется по фор-
муле

0 МгЛз*4

где кх — коэффициент, зависящий от веса и типа бурильной машины
(табл. VI 1.8);

— коэффициент, учитывающий влияние давления сжатого воз-
духа (табл. VI 1.9);

к3 — коэффициент, учитывающий влияние диаметра головки бура
(табл. VII.10);

кл — коэффициент, учитывающий глубину шпура (табл. VI 1.11).
Время чистого бурения 1 м шпура в стандартных условиях

Коэффициент крепости по Прото- дьякон ооу	Г рулпа грунтов II пород по СНиПу	Время чисто- го бурения 1 м шпура. мин	Коэффициент крепости ло Прото- ДЬЯКОНОВУ	Г рулпа грунтов и пород ло СНиПу	Время часто- го бурения 1 м шпура, мин
25		32	10-12		9—11
22—25	XI	25—32	8—9	VII	8-9
20—22		20—25	6—7		6—8
16—19	X	17—20	4—6	VI	4—6
14—16	IX	13—17	2-4	V	3,3—4
12—14	VIII	11—13	1,5—2	IV	3-3

Примечание. Таблица составлена на основе Единой классификации горных пород
по буримости (ЕШБ). о которой приведены данные для стандартных условий: перфоратор
ручной среднего веса (ПА-23), давление воздуха 4,5 кГ/см-. головка буров армирована пла-
стинкой твердого сплава ВК-15, диаметр головки 42 мм, форма долотчатая, угол прностре-
ния 110°, бурение производится на глубину I л.

Таблица УП,8

Значения коэффициента к^

Типы бурильных машин	Масса. кГ	
Колонковые тяжелые без салазок 		40—60	2,5
Колонковые среднего веса без салазок ....	35—40	1.75
Ручные тяжелые 		25—35	1.3
Ручные среднего веса		20—25	1
Ручные легкие		до 20	0,8

Т а б л и ц а УП.Э

Значения коэффициента кг

Давление, кГ/см-	4	4.5	6	5,5	6	6,5	7
	0,8	1	1,15	1.3	1.5	1,65	1,75

Таблица VII.10

Значения'коэффицпента к&

Диаметр шпуров.	34	38	42	45	50	55	60
	1,25	1,15	1	0,8	0,64	0,53	0,45
Значения коэффициента й4

Глубина шпура. с.н	100	150	200	300	400	500
а4	1	0,97	0,95	0,9	0,85	0,8

В расчетах буро-взрывных работ, кроме времени чистого бурения,,
следует учитывать время, затрачиваемое на вспомогательные операции
/в (смена буров, смазка буровых машин, переход на новые шпуры, про-
дувка). На основе практических данных это время составляет 10—15%
времени чистого бурения, т. е. /в = (0,10	0,15) 10 мин.

Количество бурильных машин в забое должно назначаться в зави-
симости от его площади и рода поддерживающих устройств.

Площади забоя на одну бурильную машину, установленную на:

Пневмоподдержке............................. 2,5 м"

Горизонтальной колонке...................... 3—3,25 м"

Вертикальной »	..................... 2,5—3 »

Буровой раме или каретке............... до 5 .и®

При проходке тоннелей на полный профиль сплошным забоем в
породах с / = 6 ч- 12 наиболее эффективным является применение
самоходных бурильных установок на гусеничном ходу СБУ-2 и СБУ-4
(см. рис. УИ.8 и У11.9), оснащенных пневматическими бурильными ма-
шинами БУ-1 вращательно-ударного действия (табл. VI 1.12).

Т абл ина VII.12

Технические данные самоходных буровых установок

Показатели	СБУ-2	СБУ-4	Показатели	СБУ-2	СБУ-4
Число бурильных машин	2	4	Ширина обуриваемого		
Частота ударов в минут)'	4000	4000	забоя с одной пози-		
Расход сжатого воздуха			шт, м 		6	8
на одну бурильную ма-			Скорость бурения одной		
шину, ма!лтн ....	8—10	8—10	бурильной машиной,		
Масса установки, т . .	6,7	27	м/мин при:		
Высота обуриваемого			/=34-4	2,5—2	
забоя, .и 		6,5	12	/=64-8	...	1,6-	-1,2
			/=124-14		0,8-	-0,6

При сооружении железнодорожных тоннелей высокая скорость
проходки достигнута при помощи бурового агрегата БА-1, представля-
ющего собой тяжелую самоходную раму с шестью буровыми установка-
ми БУ-1 (см. рис. VII. 10). На агрегате смонтирован станок БА-100
для бурения центральных врубовых скважин диаметром 100 мм, а так-
же устройство для установки арок временной крепи. При креплении
кровли анкерами бурение шпуров под анкерную крепь н ее установка
производятся с верхней площадки бурового агрегата. Бурение анкер-
ных шпуров ведется телескопными перфораторами.

Заряжание шпуров выполняют два-три штатных взрывника, ко-
торым помогают три-четыре специально обученных проходчика, име-
ющих «Единую книжку взрывника». Перед взрыванием буровой агре-
гат БА-1 откатывается от забоя на 70—80 м. 

Агрегат БА-1 успешно применялся при строительстве тоннелей же-
лезнодорожной линии Абакан — Тайшет, обеспечивая скорость про-
ходки до 85 м в месяц в гранитах и базальтах (/ = 16).

Подобный агрегат на пневмоходу разработан и для проходки выра-
боток большого сечения — двухпутных железнодорожных и автодорож-
ных тоннелей.

Типы шпуров. Врубы. Все параметры взрывного комплекса должны
обеспечивать расчетное продвижение забоя (заходку), максимальное
использование длины шпуров, оконтуривание выработки, близкое к
проектному, равномерное и достаточное дробление породы, удобное
для погрузки, и небольшую длину отброса породы от забоя (не бо-
лее 5 л). Эти условия обеспечиваются прежде всего рациональным
расположением шпуров, правильным выбором типа и количества ВВ,
конструкцией зарядов и способом взрывания.

Особенность подземных взрывных работ, ведущихся сплошным за-
боем, состоит в том, что взрываемая порода зажата со всех сторон (кро-
ме плоскости забоя). В этих условиях, особенно при малых сечениях
выработки, для более эффективного использования энергии взры-

Рпс. VI 1.20. Типы шпуров:

1—6 — врубовые; 1—24 — отбойные; 25-

38 — контурные; 39—46 — подошвенные

ва, уменьшения расхода ВВ и
снижения сейсмического воздейст-
вия на окружающий массив по-
роды необходимо образовать до-
полнительные свободные плоско-
сти — так называемые плоскости
обнажения.

В связи с этим шпуры по своей
роли разделяются на врубовые,
контурные и отбойные, распола-
гающиеся между врубовыми и кон-
турными (рис. VII. 20).

Образование дополнительной
поверхности • обнажения достигает-
ся путем первоочередного взрыва-
ния более глубоких врубовых шпу-
ров, имеющих заряд повышенной
мощности. Эти шпуры, располо-
женные по определенной схеме,
образуют во взрываемом массиве
полость-вруб, который и служит
дополнительной поверхностью об-
нажения, обеспечивая более благо-
приятные условия работы осталь-
ных шпуров.
Рис. VI 1.21. Виды врубов:

о) односторонний; б) клиновой вертикальный; в) прямой

Существуют различные схемы расположения врубовых шпуров, за-
висящие от крепости, трещиноватости и слоистости породы, размеров
выработки и применяемого бурового оборудования. Можно выделить
три основные группы врубов: односторонние, клиновые (из сходящих-
ся шпуров) и прямые (рис. VII.21).

Односторонние врубы применяются в породах с явно выраженной
слоистостью и трещиноватостью. В этом случае врубовые шпуры бурят-
ся поперек слоев породы, обеспечивая при взрыве перебивание этих
слоев.

Клиновые врубы (табл. VII. 13) в практике тоннелестроения полу-
чили наибольшее распространение. Они обеспечивают хороший выброс
породы из врубовой полости, одиако при этом наблюдается большой
разброс породы. В выработках малых сечений глубина наклонных вру-
бовых шпуров весьма ограничена.

Таблица VII.13

Характеристика клиновых врубов

Коэффициент крепости породы	Расстояние между		Угол наклона шпуров к плоскости забоя а. град	Число врубовых шпуров Л'вр
	парами шпуров. Л1	шпурами в РЯДУ* лг		
2—6	0,5	2	70	4
6-8	0,45	2	68'	4—6
8—10	0,40	2	65	6
10—13	0,35	2	63	6
13—16	0,30	1,8	60	6
16-18	0,25	1.5	58	6
20	0,20	1.5	55	6-8
Прямые врубы не ограничивают глубину заходки и обеспечивают
образование хорошей врубовой полости, но требуют бурения холостых
шпуров или скважин, играющих роль первичной дополнительной по-
верхности обнажения при взрыве врубовых шпуров.

В горизонтальных выработках рекомендуется применение верти-
кальных клиновых и прямых призматических врубов. В очень ши-
роких выработках более целесообразны горизонтальные клиновые
врубы. При этом следует иметь в виду, что бурение наклонных шпуров
более трудоемко.

В результате взрыва заряда стенки шпура разрушаются не на всю
длину. Отношение разрушившейся части шпура I к его полной длине /ш
называется коэффициентом использования шпура (к. и. ш.).

11-7-.	(VII. 2)

«ш

В горизонтальных выработках т) обычно составляет 0,8—0,9.

Проекция отбойных и контурных шпуров на продольную ось гори-
зонтальной выработки называется глубиной комплекта шпуров /к.

Объем взорванной породы определяется глубиной заходки V/, кото-
рая зависит от коэффициента использования шпура

1Г = /кЛ.	(VII .3)

При заданной глубине заходки длина отбойных шпуров определя-
ется коэффициентом использования шпуров и углом наклона их к плос-
кости забоя. Концы всех отбойных и контурных шпуров должны лежать
в одной плоскости, перпендикулярной продольной оси выработки.
Длина врубовых шпуров должна превышать на 10—15% длину ком-
плекта шпуров.

Устья контурных шпуров располагаются в 10—20 см от проектного
очертания выработки, а концы их должны находиться на проектном
контуре. Расстояние между контурными шпурами определяется в за-
висимости от крепости породы и типа ВВ и колеблется при обычном
методе взрывания от 0,8 до 0,4 м.

Отбойные шпуры располагаются между врубовыми и контурными
таким образом, чтобы на каждый шпур приходился примерно одинако-
вый объем взрываемой породы при условии достаточного ее дробле-
ния.

Глубина, количество и взаимное расположение шпуров уточняются
пробными взрывами.

Количество шпуров в забое зависит от прочности, плотности и вяз-
кости пород, формы и размеров сечения выработки, свойств ВВ,
диаметра шпуров и патронов, степени заполнения шпура ВВ.

Для транспортных тоннелей с сечением выработок свыше 40—50 м-
при ведении взрывных работ обычным методом с короткозамедленным
взрыванием количество шпуров /V можно определить [53] по формуле

Л' =	(VII.4)
где <70 — удельный расход ВВ, кПм3 (см. табл. VII. 16);

5 — площадь поперечного сечения выработки, л?;

— диаметр патрона ВВ, слг,

кя — коэффициент заполнения шпура (см. табл. VII. 17);

Д — плотность ВВ, Пел? (см. табл. VII.15);

— коэффициент, учитывающий уплотнение порошкообразных
и пластичных ВВ в процессе заряжания (/?д = 1,05—1,15).

Количество отбойных и контурных шпуров

Л'ото^-^р-	(VII.5)

Назначение глубины шпуров производится с учетом свойств пород,
принятой механизации буровых и погрузочных работ, способов заря-
жания и взрывания зарядов ВВ. При этом особое внимание следует
обращать на обеспечение устойчивости выработки после взрыва ком-
плекта шпуров. Зачастую приходится ограничивать глубину заходки
по этому условию (табл. VI 1.14), хотя с точки зрения бурения, взрыва-
ния и погрузки целесообразнее большая глубина заходки.

Наиболее правильным следует считать установление глубины ком-
плекта шпуров в зависимости от продолжительности цикла буро-
взрывных работ с учетом всех входящих в него операций [8, стр. 148].

Однако полученное расчетное значение
1К и соответствующая ей заходка № = /1{т)
должны быть близки к данным табли-
цы VII. 14. При несоблюдении этого усло-
вия следует изменить исходные данные
(продолжительность цикла, количество и
тип бурильных машин, тип погрузочных
машин).

Взрывчатые вещества. Наибольшее
распространение в тоннельном строитель-
стве получили аммониты (смесь аммиачной
селитры е нитропроизводными). Они без-
опасны в обращении и экономичны. Прес-
сованный аммонит № 6 и особенно аммо-

нит скальный № 1 обладают повышенной водоустойчивостью и мощ-
ностью, не уступающей наиболее мощному ВВ — динамиту. Аммо-
ниты ПЖВ-20, № 6 ЖВ н № 7 ЖВ, динафталит ЖВ также водо-
устойчивы, но обладают меньшей мощностью. Аммониты № 6 и № 7
применяются в сухих забоях (табл. VII. 15).

Важнейшей характеристикой буро-взрывных работ является удель-
ный расход ВВ, т. е. количество ВВ, обеспечивающее разрушение 1 м9
породы в массиве. Удельный расход ВВ д0 зависит от трещиноватости
и прочности породы, площади сечения выработки, типа ВВ и других
факторов.

Существует несколько эмпирических формул для определения ц0.
Наиболее близкие к практическим результатам величины удельного
расхода ВВ получаются по формуле ЦНИИСа [8, 53]. Прн проектирова-
245

Т а бл и ца VII.14

Ориентировочные значения
допускаемой глубины
заходки по устойчивости
кровли выработки

Коэффициент крепости породы I	Глубина заходки их, л
2-4	1—1,5
4—6	1,5—2
6-8	2—2,5
>8	2,5—3,5
Характеристика взрывчатых веществ

Наименование ВВ	Плотность в патронах Д. Г/см3	Диаметр патрона </п. .4.11	Длина патрона массой 200 Г /п> м
Аммонит № 1 скальный прессованный	1.45—1.5	36	0,135
Динамит 62%			1,4—1,45	32	0,18
Аммониты № 6 и № 6 ЖВ порошкооб-			
разные		1,0—1,15		——
Аммонит № 6 прессованный		1,25—1,35	34	0,17
Аммонит ПЖВ-20		1,05—1,20	36	0,2

нни могут быть использованы также усредненные данные табл. VII. 16,
составленной на основании обобщения практики ведения буро-взрыв-
ных работ.

Таблица VII. 16

Удельный расход ВВ д0 на обуренный объем породы в массиве, кПм3

Наименование ВВ	Коэффициент крепости по Протодьякоиову						
	13-16	10—12	8—10	6—6	4—й	3-4	2—3
Аммонит № 1 скальный прес- сованный 		1,45	1,35	1,05	0,9	0,75	0,65	0,55
Динамит 62% 		1,55	1,45	1,15	1	0,8	0,7	0,6
Аммониты № 6 и 6ЖВ порош- кообразные 		1.7	1,6	1,25	1,05	0,9	0,75	0,65
Аммониты № 6 и № 7 прессо- ванные 		1,7	1.6	1,25	1,05	0,9	0,75	0,65

Примечания. 1. К значениям удельных расходов ВВ, указанным в таблице, вво-
дится поправочный коэффициент 0,6 при двух открытых поверхностях забоя (уступ).

2. Таблица составлена для выработок сечением 3—40—50 м-. При проведении выработок
большего сечения указанное в таблице значение удельного расхода следует умножить на
коэффициент р.: при 3—70—90 лР р-0,75, при 3—100—120 л’ ц-0.67.

Потребное количество ВВ на заходку при обычном взрывании:

фвв = Сото + Свр> Фото = ^<п(Л#Г»	(VI 1.6)

для порошкообразных ВВ

Ъ = о,О1 Л8рДУ;	(VII.?)

для натренированных ВВ

91=^.	№1.8)

1п

Здесь д1 — вес ВВ, приходящийся на 1 я шпура с учетом степени его
заполнения, кГ\

к3 — коэффициент заполнения шпура (табл. VII. 17);

р — коэффициент уплотнения заряда, принимаемый для аммони-
тов равным 1;

△ — плотность ВВ в патронах. Г/см3 (см. табл. VII. 15);

V — объем 1 я цилиндрического заряда, ся3/я-,

В — масса патрона ВВ, кг;

/п — длина патрона, я.
Таблица VII.17

Коэффициент заполнения шпура к3 (при диаметре шпура 32—36 мм)

Коэффициент крепости пород	1-1,5	2—3	4-6	7-9	10-14	15—20
	0,3—0,5	0,5—0,6	0,55—0,65	0,65—0,7	0,7—0,75	0,75—0,8

Масса заряда одного отбойного шпура

7отс = (71/к •	(VI 1.9)

Масса заряда врубового шпура, работающего в условиях большего
зажима, принимается на 15—20% больше

7вр = (1,15 4- 1,25) <7отб,	(VII.10)

Электрический способ взрывания зарядов. В тоннельном строитель-
стве, за редким исключением, применяется электрический способ взры-
вания зарядов. Инициирование основного заряда осуществляется при
помощи электродетонаторов.

В зависимости от типов электродетонаторов различают мгновенное,
замедленное и короткозамедленное (миллисекундное) взрывание. В пер-
вом случае все заряды взрываются одновременно, во втором — отдель-
ные группы зарядов взрываются последовательно с относительным
замедлением в 0,25 4- 0,5 сек, в третьем — с замедлением от сотых до-
лей секунды до 0,25 сек.

К недостаткам мгновенного взрывания (особенно при большом ко-
личестве зарядов) относятся: низкий коэффициент использования шпу-
ра, большой разброс породы, опасность повреждения крепей мощной
ударной волной и отброшенной породой, неудовлетворительное окон-
туривание выработки и значительное сейсмическое воздействие на
окружающий массив породы.

Замедленное взрывание устраняет некоторые недостатки мгновен-
ного, но в то же время отличается большим количеством отказов (не-
взорвавшихся зарядов), дает большой выход крупных фракций взо-
рванной породы, не может применяться в выработках, опасных по
взрыву газов или по пыли, а также оказывает относительно большое
сейсмическое воздействие.

Наиболее эффективным считается короткозамедленное взрывание,
при котором благодаря малым интервалам замедления происходит
взаимодействие взрывных волн отдельных серий, что способствует
уменьшению энергии, необходимой для разрушения породы. При этом
способе взрывания (в сравнении с мгновенным) увеличивается коэффи-
циент использования шпура на 15—40%, сокращается количество шпу-
ров на 10—12%, уменьшается разброс породы на 30—40% (по длине
выработки), снижается расходов на 10—30%, уменьшается трудоем-
кость бурения на 10—30%, снижается трудоемкость погрузки породы
на 12—25% (в связи с большим ее измельчением).
В практике обычно применяется пять основных серий электродето-
наторов замедленного действия (ЭД-ЗД) с замедлением: 0,5; 0,75; 1;
1,5 и 2 секунды. Детонаторы короткозамедленного действия имеют
замедления 25, 50, 75, 100, 150 н 250 миллисекунд (миллисекунда со-
ставляет 0,001 сек).

Более подробные сведения о способах, взрывания, детонаторах,
электровзрывных приборах и сетях приведены в работах (3, 8, 17,
36, 46].

Метод профильного взрывания. При разработке породы обычным
взрывным способом невозможно обеспечить точное оконтуривание
выработки, близкое к проектному очертанию. В зависимости от сече-
ния выработки и свойств горных пород образуются переборы или не-
доборы. Первые вызывают необходимость дополнительной доработки
контура до проектного очертания, вторые требуют повышенного рас-
хода бетона на обделку. В крепких скальных породах переборы неред-
ко достигают 15—20% площади сечения выработки, что влечет за собой
увеличение расхода бетона против проектного на 30—80%.

При сборной обделке тоннеля переборы очень осложняют монтаж
колец и обеспечение проектного геометрического очертания обделки.
Кроме того, для заполнения пустот за обделкой требуется большой
объем смесей, нагнетаемых в заобделочное пространство.

Кроме перерасхода бетона переборы вызывают дополнительные
затраты на погрузку и транспортировку излишних объемов по-
роды.

Стремление максимально приблизить получаемый при взрывании
контур выработки к проектному привело к разработке нового ме-
тода ведения взрывных работ—профильного, пли гладкого взры-
вания.

От обычного метода профильное взрывание отличается особой
конструкцией заряда контурных шпуров и их взаимным распо-
ложением, соотношением диаметров шпуров и патронов ВВ, очеред-
ностью взрывания, применением нпзкобризантных ВВ в контурных

Рис. VI 1.22. Схема определения
ядра сечения

шпурах.

Метод профильного взрывания поз-
воляет снизить линейные размеры пере-
боров до 5 см и менее, уменьшить пере-
расход бетона в 1,5—2 раза и сократить
затраты на погрузку и транспорт поро-
ды на 5—7%. При этом, несмотря на
несколько большую стоимость собст-
венно буро-взрывных работ по методу
профильного взрывания (на 10—15%),
общая стоимость сооружения единицы
длины тоннеля снижается на с20—40%
по сравнению с обычным способом взры-
вания. Кроме того, более ровная по-
верхность выработки улучшает усло-
вия временного крепления выработки
анкерами, арками и набрызг-бетоном.
Меньшее сейсмическое воздействие способствует сохранению устой-
чивости окружающих пород и резко уменьшает опасность вывалов
породы.

Улучшенные показатели метода профильного взрывания объясня-
ются применением низкобризантных ВВ, патроны которых рассредо-
точены по длине контурных шпуров. Воздушные промежутки между
патронами способствуют более равномерному распределению энергии
взрыва на взрываемый массив, тормозя скорость развития начального
воздействия ВВ и направляя разрушающее усилие по линиям наимень-
шего сопротивления, т. е. внутрь и по контуру выработки.

При профильном взрывании еще большее внимание следует уде-
лять правильному назначению типа вруба, количества и расположения
врубовых шпуров. Строгое соблюдение паспорта буро-взрывных работ,
бурение шпуров только после предварительной н тщательной размет-
ки, правильное назначение очередности взрывания, применение де-
тонаторов короткозамедленного действия — таковы основные обяза-
тельные условия успешного применения метода профильного взры-
вания.

Количество шпуров М для профильного взрывания определяется
по формуле

Л/ =	+	+У37,	(VII.11)

а0

где Ро — периметр выработки по проектному наружному очертанию
обделки, по которому расположены ослабленные рассре-
доточенные контурные заряды, лг;

а0 — расстояние между контурными шпурами, определяемое пред-
варительно по табл. VII. 18 и уточняемое при пробном взры-
вании, м;

Рг — длина линии подошвенных шпуров, заряжаемых усиленны-
ми зарядами (аналогично врубовым), м; .

— расстояние между подошвенными шпурами, принимаемое
равным (0,4 4- 0,5) глубины заходки, м;

5' площадь ядра сечения тоннеля (площадь всего сечения за
вычетом площади выработки, взрываемой контурными шпу-
рами), лГ2 (рис. V11.22).

Остальные обозначения — см. формул}' (VI 1.4).

Площадь ядра сечения выработки определяется (при предваритель-
но принятом п0) исходя из условия

ю =	№1.12)

III

где ю — линия наименьшего сопротивления, равная расстоянию от
продольной оси контурного шпура до поверхности обнаже-
ния, образованной взрывом зарядов отбойных шпуров, сосед-
них с контурными;

т — коэффициент сближения зарядов, принимаемый для крепких
пород в пределах 1,14-1,3, для слабых трещиноватых 0,8—0,9.

Контурные шпуры при профильном взрывании располагаются
равномерно по всему периметру на минимально возможном расстоя-
249
Ориентировочные расстояния между контурными шпурами а0
при профильном методе взрывания, м

Коэффициент крепости породы /	Степень трещиноватости		пород
	монолитные	слаботрещннопатые	сн.пьиотрещниоватые
6-8  8—10  10—12	0,45—0,35 0,35—0,3  0,3—0,25	0,55—0,45 0,45—0,4  0,4—0,35	0,65—0,55  0,55—0,5  0,5-0,4

нии от проектного контура выработки. Расстояние между ними зави-
сит от крепости и степени трещиноватости породы и окончательно уста-
навливается опытным путем (пробными взрывами).

Расстояние между линией контурных шпуров и соседним рядом
отбойных зависит от крепости породы и применяемого в отбойных шпу-
рах ВВ. Ориентировочно это расстояние можно принимать равным
ш 4- (0,2 4- 0,3) м для крепких пород и ау + (0,4 -4- 0,5) м для слабых
трещиноватых.

Для зарядов врубовых и подошвенных шпуров применяются
высокобризантные ВВ — скальный аммонит № 1, детониты 15-АН,
15 АП-10 (бризантность 19—27 мм). Отбойные шпуры заряжаются ВВ
с меньшим бризантным действием (14—19 мм) — аммониты № 6, В-3
и детонит 6. Контурные шпуры заряжаются низкобризантными ВВ
(10—13 мм) типа серного аммонита № 1 и аммонита ПЖВ-20, за исклю-
чением донных патронов, в которых применяется высокобризант-
ное ВВ.

В монолитных крепких породах для контурных шпуров рекомен-
дуется конструкция заряда, состоящая из двух патронов ВВ повышен-
ной бризантности (один из них — боевик), располагаемых в донной
части шпура (рис. VII. 23, а).

Опальные патроны (ВВ пониженной бризантности) отделяются
один от другого деревянными прокладками, длина которых опреде-
ляется гарантийным расстоянием передачи детонации для применяе-
мого ВВ (5—8 см). Концентрация такого заряда составляет 0,5—
0,7 кГ на I м длины шпура.

В породах слабых (а при глубоких шпурах и в крепких) применяет-
ся заряд, состоящий также нз спаренных донных патронов при рассре-
доточении остальных патронов на 20—30 см один от другого
(рнс. VII. 23, б). В этом случае детонация передается детонирующим
шнуром. Такая конструкция заряда обеспечивает концентрацию ВВ
0,35—0,5 кГ1м.

Трудоемкость и время заряжания шпуров при использовании от-
дельных прокладок могут быть уменьшены за счет предварительного
монтажа заряда на специальной деревянной рейке (рис. VII.23, в).
Особенностью такой конструкции заряда является необходимость
бурения шпуров большего диаметра или уменьшения диаметра па-
тронов.
Рис. VI 1.23. Конструкция зарядов контурных шпуров:

а) в крепких породах; б) и в) в слабых трещиноватых породах; /—донные патроны;
2 —боевик; 3 — патроны пизкобризаптного ВВ; 4 — деревянные прокладки; 5 —забой-
ка; 6 — детонирующий шнур; 7 — деревянная рейка; 8 —воздушный промежуток

Взрывание зарядов контурных шпуров (рис.У11.24) осуществляется,
как правило, при помощи электродетонаторов короткозамедленного
действия (ЭД-КЗ) одной серии замедления. В отдельных случаях до-
пускается применение электродетонаторов замедленного действия
одной из двух первых степеней замедления (0,5 или 0,75 сек).

Одновременность взрывания зарядов контурных шпуров в значи-
тельной степени повышает эффект профильного взрывания.

Отечественный и зарубежный опыт ведения проходческих работ
методом профильного взрывания показывает, что окончательный выбор
параметров взрывания должен осуществляться на основе пробных
251
взрывов, а указанные рекомендации должны рассматриваться как
ориентировочные.

Паспорт буро-взрывных работ. Основным документом при проход-
ке тоннелей взрывным способом является паспорт буро-взрывных ра-
бот, который составляется начальником участка п после корректиров-
ки пробными взрывами утверждается руководителем буро-взрывных
работ или главным инженером строительного подразделения. Отступ-
ления от паспорта разрешаются только по письменному распоряжению
руководителя, утвердившего паспорт.

Утвержденный паспорт буро-взрывных работ выдается под распис-
ку руководителю буро-взрывных работ, начальнику участка, сменным
инженерам. Экземпляр паспорта с расписками этих лиц хранится
в техническом отделе.

Все проходчики и взрывники, работающие непосредственно в забое,
также под расписку должны быть ознакомлены с паспортом. Кроме
того, в забое вывешивается схема расположения шпуров со всеми не-
обходимыми размерами н параметрами.

В паспорте буро-взрывных работ указываются: категория выработ-
ки по газу или пыли; проектное сечение выработки; тип и количество
бурильных машин, коронок и резцов; расположение (в трех проекциях)
и количество шпуров; заходка за цикл, величина и тип забойки, оче-
редность взрывания, коэффициент использования шпура; тип ВВ
и детонаторов, способ взрывания и тип взрывной машинки; вес заряда
на шпур и на весь комплект шпуров, конструкция заряда; время про-
ветривания и тип вентиляторов.

Пример. Рассмотрим порядок составления паспорта буро-взрывных работ
и основные этапы проходческих операций при проходке однопутного железно-
дорожного тоннеля сечением 44,7 м- методом профильного взрывания в слабо
трещиноватых увлажненных породах с коэффициентом крепости [ = 7 4-8 (по
шкале Протодьяконова).

1. Составление паспорта буро-взрывных работ

Расчет основных параметров взрыва составлен с учетом приведенной ниже
технологии ведения горнопроходческих работ сплошным забоем методом про
фнльного взрывания заходками по 2 м.

В качестве ВВ применяется патроннрованный аммонит № 6 ЖВ (отбой-
ные шпуры), скальный аммонит № I (врубовые и подошвенные шпуры), аммонит
ПЖВ-20 (контурные шпуры) и электродетонаторы короткозамедленного дей-
ствия с шестью ступенями замедления (от 0 до 150 мсек).

Удельный расход ВВ^0 = 1,25 кг/м9 определен по табл. VI. 16 применитель-
но к аммониту № 6 ЖВ. Для более точных подсчетов можно пользоваться форму
лой ЦНИИСа — см. [8, стр. 146)).

Количество шпуров для профильного короткоэамедлениого взрывания опре-
делено по формуле (VII. И) по данным:

Ро = 17,4 м; а0 = 0,5 м; Р, = 6,2 лг; а( = 0,85 м; 5' = 31,3 .и2 (согласно
рнс. VII. 24); О. = 3.6 сл; к3 = 0,7; Д = I Г/см9; = 1.

., 17,4. 6,2.	11X1,25X31,3 .	_

М=----4- ---4----------------4-1/31,3 =96 шпуров.

0,5	0,85 3,6=х0,7х1,0х1	п

Полученное количество шпуров уточняем по фактическому расположению
в плоскости забоя (рис. VII. 25). Общее количество шпуров по схеме —98, нз ко-
торых: 6— врубовых (№ /—6), 4 — вспомогательных (№ 7—10), 45— отбой-
ных (№ II—55), 8— подошвенных (№ 91—98) и 35 контурных (№ 56—90).
252
При заходке XV = 2 м и коэф-
фициенте использования шпура
1] = 0,9 длина комплекта шпу-
ров

7,5" 1)

-=- = 2,20.1/.

0.9

С учетом наклона врубовых
шпуров к осн тоннеля под углом
70° их полная длина

2.5	2,5

/врв51П-0° -0,94“2’65Л-

Длина вспомогательных, кон-
турных н подошвенных шпуров,
наклоненных к оси тоннеля под
углом 80е, составит 2,25 я.

По удельному расходу д0 оп-
ределим ориентировочно необхо-
димое количество ВВ на взрыв:
О =	= 1,25 X 2,0 X 44,7=

= 112 кг.

Для заряжания -контурных
шпуров № 56—90 применяем рас-
средоточенные заряды из четырех
патронов аммонита ПЖВ-20
уменьшенного диаметра *!(вес
4 X 100= 400 Г) и двух донных
патронов аммонита № 6 ЖВ (вес
2 X 200 = 400 Г). Вес заряда
контурного шпура составит
0,8 кГ с концентрацией 0,36 кГ/м.
Общий вес В В на контурные за-
ряды 0к = 0,8 X 35 = 28 кГ.

Средняя величина заряда
всех остальных шпуров (с точ-
ностью до 100 Г).

112,0—28,0
дсР~1У-Мк~ 98-35

= 1,ЗкГ.

Величина заряда врубового
шпура

9вр= 1,25 X 1,3 = 1,7 кГ.

Суммарное количество В В на
врубовые шпуры 0вр = 1,7 X
X 6 = 10,2 кГ. Вес зарядов от-
бойных шпуров Оотб = 1,3 X
X 57 = 74,1 кГ. Общая потреб-
ность ВВ на взрыв составит
0 = 28 + 10,2	74,1=112,3 кГ,

что близко к определенному ра-
нее по удельному расходу.

В связи с более тяжелыми
условиями работы подошвенных
шпуров при взрыве их заряд при-

Рпс. VI 1.25. Схема расположения шпуров
в забое
нят аналогичным заряду всех отбойных шпуров, но с более мощным ВВ. Как
врубовые, так и подошвенные шпуры заряжаются скальным аммонитом № 1,
все остальные отбойные и вспомогательные шпуры заряжаются аммонитом
№ 6ЖВ, а контурные — аммонитом ПЖВ-20 и аммонитом № 6ЖВ.

Потребность ВВ на взрыв: аммонит скальный № 1—20,6 кГ, аммонит
№ 6ЖВ —77,7 кГ и аммонит ПЖВ-20 — 14 кГ.

Все остальные параметры взрыва и характеристики шпуров приведены в
табл. VII. 19 и VII. 20, а конструкция контурного заряда аналогична приведен-
ной на рнс. VII. 23, а.

Таблица VII.19

Основные показатели взрыва

Наименование	Единица измерения	Количество
Сечение забоя 			44,7
Заходка за цикл 		м	2
Объем взрываемой породы		м3	89,4
Глубина комплекта шпуров		м	2,2
Суммарная длина шпуров		ъ	220,7
К.И.Ш. (т]> 		—	0,9
Количество шпуров		шт.	98
в	ВВ 		кГ	112,3
в ЭД		шт.	98
в ДШ 		м	70
Фактический удельный расход ВВ . . .	кГ/м3	1,26
Удельный расход ЭД		шш/м3	1.1
в	» ДШ		м/м3	0,78
в	в бурения 		ъ	2,47

Таблица VI 1.20
Характеристика шпуров

группы	№ шпура	Ступень замедления. мсек	Длина шпура, м	Количе- ство, шт.	Количество ВВ на шпур, кГ	Всего ВВ, кГ
I	1—6	0	2,65	6	1.7	10,2
II	7—10	25	2,25	4	1.3	5,2
	11—14	25	2,2	4	1.3	5,2
III	15—33	50	2,2	19	1.3	24,7
IV	34—55	75	2,2	22	1.3	28,6
V	56—90	100	2,25	35	0,8	28
VI	91—98	150	2,25	8	1.3	10.4

2. Организация проходческих работ

Проходка тоннеля ведется круглосуточно в соответствии с паспортом буро-
взрывных работ, схемой установки временной крепн кровли выработки (рнс.VII.
26) и циклограммой (рис. VII. 27). Продолжительность цикла —12 ч. Длина за-
ходкн за цикл —2 м. При составлении циклограммы было принято, что забой осна-
щен бурильным агрегатом БА-1, высокочастотными перфораторами ПР-24Л (для
бурения шпуров под анкеры), породопогрузочной машиной ПНБ-ЗК и думпера-
ми-самосвалами с емкостью кузова 3 м3 и грузоподъемностью 6 Т.

Работу ведет разбитая на четыре смены комплексная бригада проходчиков
в составе 28 чел. Кроме них, забой обслуживают, но не входят в бригаду слесари,
обеспечивающие работу бурильных машин, маркшейдер, взрывники, машинисты
думперов, дежурные слесари и электромонтеры.
До начала проходки тоннеля
должны быть выполнены все под-
готовительные работы. Забой
должен быть обеспечен сжатым
воздухом, технической и питьевой
водой, электроэнергией, вентиля-
цией, необходимыми машинами и
оборудованием.

Цикл работ разделен на эта-
пы, которые выполняются в та-
кой последовательности: буре-
ние шпуров в забое и установ-
ка временной анкерной крепи;
заряжание шпуров, взрывание и
проветривание забоя; приведение
забоя в безопасное состояние и
уборка взорванной породы.

Проходческий цикл начинает-
ся с разметки на забое мест забу-
ривания шпуров, которая выпол-
няется маркшейдерской группой
по схеме паспорта буро-взрывных
работ и обычно длится 20—30 мин.

Фактическое очертание кон-
тура забоя после взрыва, места
и величины недоборов и перебо-
ров породы маркшейдеры заносят
в журнал работ н на специальный
стенд в строящемся тоннеле.

Одновременно с работой маркшейдерской группы проходчики готовят бу-
ровой агрегат БА-1, подключают шланги сжатого воздуха и воды к соответствую-
щим магистралям, загружают на верхнюю платформу перфораторы, штанги, ко-
ронки, анкеры н сетки для крепления кровли тоннеля и подают агрегат непосред-
ственно к забою. После дополнительной оборки породы в кровле забоя начинается
бурение шпуров.

Шесть проходчиков машинами БУ-1 обурпвают забой, а двое — высокоча-
стотными перфораторами ПР-24Л бурят шпуры под анкеры согласно паспорту
крепления кровли забоя. Отставание временного крепления от лба забоя более
2 м не допускается.

В результате того, что на четыре верхние бурильные машины БУ-1 прихо-
дится примерно столько же метров бурения шпуров, что и на две нижние, четы-
ре бурильщика, обуривающие верхнюю часть забоя, через 2,9 ч окончат бурение
и перейдут на установку анкеров, а затем на подготовку забоя к заряжанию.
Два бурильщика, закончивших бурение шпуров под анкеры, переходят к работе
по навешиванию сетки.

Все работы по бурению шпуров забоя, установке временной крепи и подготов-
ке забоя к заряжанию завершаются к концу первой смены. В состав звена этой
смены входят восемь проходчиков.

Для буреиня шпуров применяются буровые штанги со съемными коронками
долотчатой формы со скосом кромки и боковыми промывочными отверстиями.
Коронки армированы пластинками твердого сплава марки ВК-15. Диаметр корон-
ки первого бура (забурника) — 42 мм.

Подготовка шпуров к заряжанию ведется путем продувки нх сжатым возду-
хом, при помощи специальных металлических трубок н заканчивается также
к концу первой смены.

Все лица, не связанные с производством взрывных работ, удаляются из забоя
в безопасное место и выставляется охрана, которая запрещает проход людей в
сторону забоя.

Доставленные на автомашине в забой взрывчатые материалы разгружаются
на платформы БА-1. Старший взрывник и начальник смены проверяют соответ-
ствие пробуренных шпуров утвержденному паспорту буро-взрывных работ
256

Наименование работ	Единица измерения	Объем работ	норма затрат труда,чел.-ч			"В § 1  Е $'§ -  1	! смена											—  2 смени											
			Шшрр норм	\на един\ \ из мер. |	\наресь I I объем |																								
							1	2		3		4		5		6		1		2		3		4		5		С	
Разметка забоя и подготовка РА-! к работе.		—	—	—	2,4	Г> разр-3 а  Бразр.-Б <	Л																						
Бурение шпуров по забою шестью машинами БУ-1.	м	220,в	Калькуляция	0,!	22,1	бразр.-З  5разр.-5	И	И  И	Я					2															
								2,7						5															
бурение шпуров под анкера высокоча- стотными перфораторами ПР-24/1.	м	27	В9-1-Г76  табл.3;п. 1	0,27	7,3	5разр.-2				2																			
										5,7																			
Установка анкеров.	шт.	18	То же п.2	0,33	6	6разр.-2  5розр.-2							Ч  И  1,5																
Навешивание металлической сетки.	м?	16	То же п.З	0,25	у	6 разр.-1  5 разр.-1									2														
														во	И  2	га	И												
Подготовка забоя к заряжанию.	Забой	1	—	—	6	6 разр.-2 5разр.-2									И	*  ТВ	^Гь1												
																’,5													
Заряжание шпуров, взрывание и продет ривание забоя. Подготовка к погрузке породы и др. вспомогательные работы.	—	—	—	—	12	Б разр.-2 5разр.-3 4 разр-1													6										
																			2										
Оборка забоя, подкатка ПНб-ЗК и пере- кидка породы, не поддающейся погрузке.	Заходка	1	—	15	15	6 разр.-2 5разр.-3  4 разр-1															1	6				4	Н		
																						И  1,5			ЯШ	Ш  5			
Погрузка породы машиной ПНБ-ЗК.	100м3	0,9	Калькуляция	6,6	6	6 разр-1  5 разр-1																				2			
																										3			
настилка путей для БА-1 и удале- ние ПНб-ЗК из забоя.	—	•-	—	—	3	Б разр-2 5разр.-3 4 разр. -1														....	__				1			1.	6  И

Рис. УП.27. Циклограмма производства работ па проходку 2 я однопутного железнодорожного тоннеля с применением буро-
вого агрегата БА-1 и комплекса машинного оборудования
(количество, расположение и глубину шпуров), после чего дается разрешение
бригаде взрывников приступить к заряжанию.

Заряжание производит бригада взрывников в составе 4 чел под руководством
старшего взрывника и под наблюдением начальника смены. Старший взрывник
лично заряжает врубовые шпуры и монтирует электрическую взрывную сеть.

Начальник смены и старший взрывник проверяют правильность заряжания
шпуров и монтажа сети и дают разрешение на взрывание, которое производится
по установленным сигналам после вывода всех людей из забоя на безопасное
расстояние. По окончании проветривания забоя и подачи сигнала отбоя дежур-
ный электрослесарь восстанавливает низковольтное освещение. Начальник сме-
ны, старший взрывник н бригадир или звеньевой проходчиков производят осмотр
взорванной выработки и предварительную оборку нависающей породы, а также
дают указание звену проходчиков о приведении забоя в безопасное состояние.

Оборку забоя и перекидку породы, не поддающейся погрузке машиной, при-
ведение забоя в безопасное состояние осуществляет звено проходчиков из четы*
рех человек. Вначале они орошают водой из шланга взорванную породу для
уменьшения пылеобразования при погрузке. Затем приступают к оборке поро-
ды при помощи отбойных молотков и стальных оборииков.

Породопогрузочная машина ПНБ-ЗК грузит породу в думперы, которые
транспортируют ее в отвал.

После погрузки породы двое проходчиков откатывают от забоя породопо-
грузочную машину на безопасное расстояние, а четверо настилают пути для бу-
рового агрегата БА-1.

На этом цикл проходческих работ заканчивается. В составе звена этой смены
работает шесть проходчиков.

Продолжительность всего цикла составляет две смены. При этом в первую
и третью смены работают по восемь проходчиков, а во вторую и четвертую сме-
ны — по шесть. Скорость проходки —4 м тоннеля в сутки.

При проходке одного из тоннелей была применена другая технология работ,
при которой обуривание нижней части забоя (на высоту до 4 м) производилось
самоходной бурильной установкой СБУ-2, а верхней — при помощи перфорато-
ров ПР-24/Гс буровой рамы. Погрузка породы осуществлялась двумя породопо-
грузочными машинами МПР-6 в вагонетки.

На рис. VII. 28 приведена циклограмма, соответствующая данной техноло-
гии'прп проходке в тех же условиях н с тем же паспортом шпуров, что и в более
подробно рассмотренном предыдущем примере (см. рнс. VII. 27). В этом случае
совмещение обуривания верхней и нижней части забоя затруднительно, в связи
с чем общее время цикла увеличивается.

Это наглядно свидетельствует о том, что применение мощного оборудования
н максимально возможное совмещение операций значительно уменьшают время
цикла, а значит ведут к увеличению скорости проходки.

Оптимальные параметры цикла буро-взрывных работ. Буро-взрыв-
ные работы ведутся обычно по цикличной схеме, т. е. путем последова-
тельного повторения определенного комплекса операций, занимающе-
го тот или иной промежуток времени. В этот комплекс, или цикл, вхо-
дят основные операции по обуриванию забоя, заряжание, взрывание,
проветривание забоя после взрыва, приведение его в безопасное со-
стояние (оборка, временное крепление), погрузка и транспортирование
взорванной породы. В цикл также входят вспомогательные операции —
подкатка и откатка .буровых рам или установок, подкатка и откатка
породопогрузочных машин, наращивание рельсовых путей и воздухо-
водов, установка стрелочных переводов и т. д.

Правильно подобранные элементы цикла существенно влияют на
производительность труда, скорость проходки, трудоемкость и стои-
мость проходки. Задержка выполнения одной из операций цикла вле-
чет за собой срыв всех остальных.
наименование работ	Единица измерения	Овьем работ	норма затрат труда,чел. - ч			Состав звена проходчиков		1 смена						2 смени						смена						4 смена					
			Шифр норм	\набэиЕп\ [нпрЭ	на йесь объем																										
								1	г	5	4	5	6	7	8	9	10	1!	12	13	14	15	!6	17	18	/		Л	4	5	6
Разметка забоя и подготовка буровой рамы и СбУ-2 к работе.	—	—	—	—	1,8	6 разр.-  5 разр.-	1  5	ь																							
бурение шпуров по зобою машиной СбУ-2	м	131,7	Калькуляция	0,1	13,2	5 разр. - 5разр.	1  -1				2															1			2		
								।			6,6															1			6.6		
бурение шпуров под анкера перфора - торами ПР-24Л.	м	27	69-1—178 табл.5;п. 1	0,2?	7,3	5 разр.	4		4																	1	4				
Установка анкеров.	шт.	18	89-1-178 тавл.3;п.2	0,33	6	5розр. -	4			14	у;																	  /	4 В 5;		
Навешивание металлической сетки.	м?	16	89-1-178 табл.З;п.З	0,25	4	5 разр,-	-4				1	4  																	1	4 	
бурение шпуров по забою перфорато- рами ПР -24 Л.	И	89,1	89-1-10 п.Д	0,25	22,3	5 разр.-	-4					1				4		1												1  1	4
Удаление СбУ-2 и подготовка забоя к заряжанию.	Забой	1	—	—	6,6	6 разр.-  5 разр.-	-1  -1									2		1													
															БЕВ																
Заряжание шпуров,взрывание и провет- ривание забоя. Подготовка к погрузке породы и др. вспомогательные роботы.	—	—	—	—	13,8	брозр- 5разр,-	-1  5											1	6	1											
Оборка забоя, подгон породопогрузоч- ных машин МПР-6 и перекидка по- роды.	Заходка	1	—	—	19	6 разр. бразр.-	-1  -5													>6  0.5		И	 4	И							
Погрузка породы двумя машинами МПР-6.	100 м^	0,9	Калькуляция	9	8	6 рскр-	-2																2								
																							4								
Устройство путей для буровой рамы и породопогрузочных маши,/ и другие вспомогательные работы.	—	—	—	—	6	6 разр.-  5 разр.-	-1  -5																		[0  Н						

Рис. УП.28. Циклограмма производства работ на проходку 2 .и однопутного железнодорожного топнелл с применением буровой
машины СБУ-2 п породопогрузочных машин МПР-6
Наиболее трудоемкими операциями цикла являются бурение шпу-
ров и погрузка породы, занимающие в совокупности от 60 до 80% вре-
мени всего цикла. В связи с этим для правильной организации работ
-особенно важен выбор оптимальных, экономически выгодных основных
параметров цикла и состава звеньев проходческих бригад.

Наиболее рациональной организацией проходческих работ являет-
ся такая, при которой бурение и заряжание шпуров, взрывание, про-
ветривание забоя и приведение его в безопасное состояние осуществля-
лось бы в течение времени, кратного целому числу смен. При этом вре-
мя погрузки породы также рекомендуется назначать кратным целому
числу смен.

Это исключает простой звена бурильщиков при погрузке породы.
С другой стороны, звено рабочих и экскаваторщиков, занятых на по-
грузке породы, не простаивает, ожидая окончания бурения и взрыва-
ния. При этом облегчается организация работ и повышается произво-
дительность труда, так как бригады специализируются на определен-
ном виде работы.

Для выбора оптимальных параметров цикла можно воспользовать-
ся методикой расчета, разработанной в ЦНИИСе и проверенной в про-
изводственных условиях.

Продолжительность цикла Т на проходку тоннеля буро-взрывным
способом с раскрытием сечения на полный профиль сплошным забоем
делится по времени на четыре неравные части

Т = (б + /а + /в + (а,	(VII. 13)

где — приведение забоя в безопасное состояние (оборка, временное
крепление и т. д.) и его обуривание;

13 — заряжание шпуров и взрывание;

1В — вентиляция забоя после взрыва;

ги — погрузка породы.

Все вспомогательные операции должны совмещаться с основными.

Началом цикла обычно считается тот момент, когда бригада и буро-
вое оборудование подготовлены в забое к бурению.

Стоимость проходки 1 м тоннеля С находится из выражения

с=^+,п' (у11-14)

где Ь — сумма всех условно-постоянных материальных н денежных
затрат, расходуемых на проходку всего или части тоннеля,
руб-;

1Г — длина заходки за один цикл, м;

I — продолжительность проходки всего или части тоннеля, смен
(часов);

т — сумма всех пропорциональных материальных и денежных
затрат, расходуемых на проходку 1 м тоннеля, руб!м.

Из приведенной зависимости видно, что с уменьшением времени
цикла при прочих равных условиях стоимость проходки единицы дли-
ны тоннеля уменьшается.
Трудоемкость и продолжительность всего цикла определяются, как
правило, временем погрузки взорванной породы.

Для более четкой организации труда продолжительность погрузки
породы следует назначать кратным целому числу смен, т. е.

, _<?п^
--

2П



где <2П — трудоемкость всех работ, связанных с погрузкой породы,
отнесенная к 1 м тоннеля, чел-ч!м\

га — состав звена рабочих, выполняющего все работы по погруз-
ке породы (без машинистов породопогрузочных машин),
чел.;

па — число целых смен на погрузку породы;

Тсм — продолжительность смены, ч.

Из этого условия находится рациональная длина заходки

(VII.15)

^а

Сумму продолжительности операций других основных частей цик-
ла также рекомендуется задавать равной целому числу смен

^ + *3 + /п = ^ + ^+Л. = лТсМ,

2б 2з

где <2$ и рз — трудоемкость всех работ, входящих соответственно
в первые две части цикла, отнесенная к 1 м тоннеля,
чел-ч!м\

г0 и га — состав звена рабочих, выполняющих соответственно
первую и вторую части цикла;

п — число целых смен, затрачиваемых на первые три опе-
рации цикла.

Продолжительность времени вентиляции забоя определяется коли-
чеством и типом взорванного ВВ и характеристиками вентиляционно-
го оборудования (обычно это время принимается не более 0,5 ч).

Заряжание шпуров производится звеном взрывников из 5—6 чел.
(из расчета 10—15 шпуров на одного заряжающего). Время заряжания
одного шпура ориентировочно составляет 3—5 мин.

Рациональный состав звена бурильщиков

(УП.16)

(V 11.17)

позволяет

Продолжительность проходческого цикла

т=о^+^+гв+^=(Лп+„)Гсм<
2б 2Э	2П

Это уравнение, называемое уравнением цикличности,

находить наиболее рациональные параметры цикла, исходя из условий
строительства, наличия оборудования и механизмов.
Стоимость проходки 1 м тоннеля

С & ( -I Фэ । {д । Оп \
Т \ гб "* г3 Г гп )

+ П1.

(VI 1.18)

Входящие в уравнения цикличности значения трудоемкости отдель-
ных операций принимаются на основе калькуляций, составляемых
при проектировании и уточняемых по фактическим данным.

В качестве примера в табл. VII.21 приведены параметры цикла,
определенные по уравнению цикличности.

Т а бл и ц а VII.21

Параметры цикла буро-взрывных работ				
	Единица измерения	Параметры цикла по		тоннелям
Наиме11ова1Н1С		Рас пум- чоррскпП	Каспий- ский	КозиПскпП
Продолжительность четвертой части, /п Состав звена проходчиков	  Длина заходки за один цикл	  Продолжительность третьей части 1в . . Состав звена взрывников	  Продолжительность второй части 1а . . Состав звена бурильщиков ...... Продолжительность первой части	.  Общая продолжительность цикла . . .	Смена чел.  м ч чел.  ч чел.  Смена	1 9 1,48 0,5  5 0,67  9 4,82 2	1  9 2,37 0,5 7 0,8  12 4,7  2	1  9 1.75 0,5 6 0,76  11  4,74 2

§ 38. Временное крепление выработок анкерами

Анкерная (штанговая) крепь нашла широкое применение в под-
земном строительстве, прежде всего для временного крепления выра-
боток в полускальных и скальных породах.

Существует много разновидностей конструкций анкеров. Так же
разнообразны методы определения несущей способности и основных
параметров анкерной крепи. В специальной технической и учебной
литературе, например [8,55], достаточно подробно излагаются особен-
ности конструкций, принципы работы, условия применения н различ-
ные методы расчета анкерной крепи.

Ниже приводятся основные положения по применению и расчету
анкеров в качестве временной крепи согласно действующим техниче-
ским указаниям [84], утвержденным Минтрансстроем для строительст-
ва транспортных тоннелей.

По характеру восприятия и передачи нагрузки анкеры разделяются
на металлические — клинощелевые и распорные (рис. VI 1.29), и желе-
зобетонные — набивные, нагнетаемые и типа «перфо».

Наиболее простыми по конструкции и технологии установки при
достаточной надежности признаны клннощелевые металлические
и набивные железобетонные анкеры, в связи с чем здесь можно огра-
ничиться рассмотрением только этих типов.
Рис. УП.29. Конструкции металлических
клинощелевых анкеров:

а) сплошной клниощелеоой; б) составной клино-
щелсвоП; / — клин; 2 — прорезь: 3 — стержень:
4 — опорная шаПба: 5 — гаЛка; 6 — контактная
сварка (размеры в .и.ч)

Рис. VI 1.30. Насадка для
забивки анкеров отбой-
ным молотком:

/ — втулка (бронза или
медь); 2 — корпус (сталь
45); 3 — винтовые канавки
для пружины отбоЛиого
молотка; 4 — хвостовик (об-
рабатывается как у пики
отбоЛиого молотка)

Клинощелевые анкеры устанавливаются путем забивки их в шпур
отбойным молотком со специальной насадкой (рис. VII. 30). Клнн, упи-
рающийся в дно шпура, разжимает «усы» разрезанного конца стерж-
ня, которые внедряются в стенки шпура, обеспечивая защемление ан-
кера. В исключительных случаях допускается забивка анкеров кувал-
дой при условии предохранения резьбы от повреждения. Натяжение
анкера осуществляется при затягивании гайки специальным ключом
или электрическим гайковертом с контролируемым крутящим
моментом.

Диаметр стержня, изготовляемого из стали Ст. 3 нлн Ст.5, опреде-
ляется расчетом, но по условиям жесткости принимается не менее 20 мм
при длине анкера до 1,8 м и более 25 мм при большей длине. Опорные
шайбы (Ст.З) имеют размеры от 100x100x8 мм до 200X200X12 мм.

Анкеры следует изготовлять, как правило, в заводских условиях,
так как отклонения размеров могут снизить несущую способность
замков. Однако клинощелевые анкеры, имеющие простую конструк-
цию замка, вполне могут быть изготовлены и непосредственно на строи-
тельстве при условии тщательной обработки всех элементов и выдержи-
вания проектных размеров.

Целесообразно в заводских условиях изготовлять отдельно замки
анкеров и хвостовики с резьбой, а затем соединять их контактной свар-
262
кой встык со стержнями необходимой длины при соблюдении равно-
прочное™ стержня и сварного соединения.

Набивной железобетонный анкер (рис. VII.31, а) состоит из арми-
рующего стержня, устанавливаемого в шпур диаметром 42—46 мм,
заполненный цементно-песчаным раствором. Для уменьшения срока
вступления анкера в работу применяются растворы состава 1:1 на
быстрот Еердеющих цементах марки 400—500 с добавкой хлористого
кальция (до 6% веса цемента) прн содо-цементном отношении около
0,26. Несущая способность такого анкера при глубине заделки на 50 см
за пределы зоны возможного обрушения составляет 7—10 Т через 6 ч.

Нагнетаемые железобетонные анкеры (рис. VII.31, б) и анкеры
типа «перфо» (рнс. VII.31, в) отличаются большей сложностью произ-
водства работ. При креплении набивными анкерами шпур заполняет-
ся раствором при помощи стационарных пли ручных раствороиагне-
тателей (рис. VII.32) с последующей забивкой армирующего стержня.

Клинощелевые анкеры рекомендуется применять в породах сред-
ней крепости и твердости (ориентировочно / = 4—7), железобетон-
ные — в твердых (особенно окварцованных), а также глинистых и мяг-
ких полускальных породах.

Анкеры с опорными шайбами и металлической сеткой, предохраняю-
щей от вывалов отдельных камней, применяются в устойчивых поро-
дах, в которых возможны отдельные отслоения. В трещиноватых ме-

Рпс. УП.31. Конструкции железобетонных анкеров:

а) набивной; 6) нагнетаемый; о) типа «перфо»; 1 — армирующий стержень; 2—ра-
створ; 3 — трубка для выхода воздуха; 4— патрубок для нагнетания раствора; 5 —проб-
ка; 6—перфорированные полуцилиндры; 7 — отверстия в полуцилиндрах
Рнс. VI 1.32. Схема рас-
твором агнетател я:

1 — пробковый кран; 2 —
направляющий конус; 3 —
трубчатый цилиндр; 4 —
съемная крышка; 5 — съем-
ное сопло; 6 — сопло для
горизонтальных шпуров

нее устойчивых породах анкеры применяются
с подхватами из полосовой или уголковой
стали и швеллеров (рис. VII.33) или в соче-
тании с иабрызг-бетоном.

Анкеры устанавливаются вкрест прости-
рания слоев породы или возможно ближе к
этому направлению. При отсутствии слои-
стости в сводчатой кровле выработок анкеры
устанавливаются радиально. В выработках
с плоской кровлей крайние анкеры устанав-
ливаются под углом примерно 30° к верти-
кали с таким расчетом, чтобы конец анкера
выходил за пределы пролета выработки, не
менее чем на 40 см (рис. УП-34). Расстояние
между анкерами в поперечных и продольных
рядах определяется расчетом и обычно со-
ставляет I—1,5 м.

Анкеры рассчитываются по несущей спо-
собности замка 7УН, т. е. максимальной на-
грузке, при приложении которой к стержню
установленного анкера продольное перемеще-
ние его конца не превышает 10 мм. Несущую
н расчетную Л( способность замка опреде-
ляют, как правило, по результатам испыта-
ний анкеров в производственных условиях
или на основании опыта их применения в ана-
логичных условиях с последующим уточне-
нием. В породах с коэффициентом крепости /=
= 6 -г 10 расчетная несущая способность
замка клиновых анкеров, имеющих' размеры,
указанные на рис. VII.29, а, может назна-
чаться по табл. VII.22.

Минимальная толщина клина определяет-
ся из выражения

*пип = 2е + (4п - Ц + 4,	(VII. 19)

где с1ш и <13 —диаметры шпура и замка анкера, млг,

1П — ширина прорези, мм\

е — глубина внедрения «усов» замка анкера в породу, со-
ставляющая по данным исследований при коэффи-
циенте крепости породы / = 15 -4- 20 — 2 мм, / =
=5 -4-6 — 5 мм, / = 3 -? 4 — 6 мм.

Для заданного анкера е может быть определена по формуле, пред-
ложенной А. С. Курисько,

е = 11,65 — 1,68/ + 0.068/2.	(VI1.20)

Длина клина назначается в пределах 150—169 мм и должна быть
на 20—30 мм меньше длины прорези. Уклон граней клина при нимает-
ся не более 1:11.
А-А

Рис. VI 1.33. Схема анкерной крепи:
Г- анкеры; 2 — подхват из швеллера

Рнс. У11.34. Схемы расположения
кровле

анкеров при слоистой
Таблица УП.22

Расчетная несущая способность замков клиновых анкеров

Диаметр замка	лиг	Толщина клипа, мм	Диаметр шпура, лш	Расчетная несущая способность Л?. Т
25		25	30±1	9
36		25	41±1	6

Расчетная длина анкера /р (рис. VII.35) назначается равной высо-
те зоны возможного обрушения, исходя нз условия закрепления зам-
ка за пределами этой зоны — в ненарушенном массиве породы.

Длина рабочей части анкера 1& может быть определена по формуле

(уп-21)

4 I

где к — пролет выработки, л/;

- / — коэффициент крепости;

/гт — коэффициент, зависящий от трещиноватости пород (табл.
VII.23), если коэффициент крепости определен с учетом
трещиноватости Ат = 1.

Рис. УП.35. Расчетная схема ан-
кера:

/ — граница зоны возможного обруше-
пня

Размеры замковой и концевой ча-
стей анкера /3 н 1К назначаются по
конструктивным соображениям. Для
клинощелевых анкеров /э принимает-
ся иа 8—10 см больше длины щели,
но не менее 25 см.

Для железобетонных анкеров зам-
ковой считается часть анкера, вы-
ходящая за пределы зоны возможного
обрушения. Предварительно она наз-
начается в пределах 30—50 см с по-
следующей корректировкой методом
последовательного приближения по
формуле

4>-А-.	(VII.22)

где М — расчетная несущая способ-
ность замка, кГ;

йст — диаметр армирующего стерж-
ня, см\

теЦ — сцепление цементно-песчано-
го раствора с армирующим
стержнем (табл. VII.24),
к.Псм~.
Таблица VII.23

Коэффициенты трещиноватости пород кт

Степень трещиноватости	Количество трещин на 1 мг	Расстояние между трещи- нами.	*т
Сильно трещиноватые .	4—10	0,2—0.5	2,5
Трещиноватые 		2—4	0,5—1	2
Слабо трещиноватые		1—2	1 и более	1,5
Не трещиноватые		До 1	—	1

П р и м е ч а п и е. Количество трещин определяется на пересечении их с условной пло-
скостью. перпендикулярно!! плоскостям'трещиноватости.

Т а блина УП.24

Сцепление стержня периодического профиля с раствором, кГ/см-

Температура твердения, °С	тсц ПРИ СР°КС твердения п часах				
	2	4	6	24	48 п более
т5	5	10	15	40	45
+ю	8	15	20	40	45
+ 15	10	20	30	45	45
+20	15	30	35	45	45

Примечание. тСц приведены для растворов состава 1:1 па глиноземистом цементе
марки 400—500 с 6%-пой добавкой хлористого кальция при подо цементном отношении 0.26
(для набивных анкеров).

Во всех случаях для крепления тоннельных выработок длина анке-
ров не должна быть менее 1 м, а несущая способность — менее 4 Т.

Предельное расстояние между анкерами по несущей способности
замка определяется нз выражения



а —

(VI 1.23)

где ДО — расчетная несущая способность замка, Т\

у — объемный вес горных пород, Т/лР;

/р — расчетная длина анкера, м.

С целью исключения возможности обрушения породы между анке-
рами рекомендуется принимать а /р. В сильно трещиноватых поро-
дах это расстояние следует уменьшать до 0,5 /р.

Расчетная нагрузка Р на анкер при принятом расстоянии а между
анкерами в ряду и между рядами составит с учетом коэффициента пере-
грузки

Р = 1,5 тп2/р.	(VII.24)

Диаметр стержня анкера

^11.25)
Рассмотрнм примеры составления паспорта анкерного крепления.

Пример 1. Паспорт крепления выработки железнодорожного тоннеля,
сооружаемого в трещиноватых известняках.

I.	Условия применения: пролет выработки к = 6,6 лс; коэффициент крепости
породы ( = 7—10; объемный вес породы у = 2,5 Т/мл; породы трещиноватые —
2 4-4 трещины на 1 м" (Ат = 2 — см. табл. VII. 23).

2.	Принимается крепление металлическими клиновыми анкерами с сеткой
из проволоки диаметром 2 мм и размерами ячейки 50 X 50 мм (несущая спо-
собность анкера Ы = 9 Т — см. табл. УП.22).

Длина рабочей части анкера

1& =

3	к 3 6,6

4	/ Ат~ 4 ‘ 7

2=1,4л<.

Полная длина анкера /в=/а + /к=1,40+0,1 = 1,5лс.

Расчетная длина анкера /р = /а—/3= 1,4—0,25= 1,15лс.

3.	Предельное расстояние между анкерами по расчетной несущей способнос-
ти замка

1,5-2,51,15

, 45 лс.

9

4.	Условие а < 1Р не удовлетворяется. Принимаем расстояние между анке-
рами а = 1,1л/.

5.	Расчетная нагрузка на анкер с коэффициентом перегрузки к = 1,5

Р= 1,5 ?а2/р = 1,5 X 2,5 X 1,1® X 1,15= 5,2 Т.

6.	Диаметр стержня из стали Ст. 3

_52_22_=1,8СЛ1
я-2100

С учетом резьбы принимаем с! = 22 мм.
Паспорт крепления показан на рис. УП.36.

Рис. УП.36. Паспорт крепления выра-
ботки клинощелевыми анкерами:
о) схема крепления; б) конструкция анкера-
268
выработки железобетонными набивными анке-



Рис. УП.37. Паспорт крепления
рамп:

а) схема крепления; б) конструкция анкера; 1 — шпилька

Пример 2. Паспорт крепления калоттного профиля железнодорожного тон-
неля, сооружаемого в слабо трещиноватых известняках.

1.	Условия применения: пролет выработки Ь = 6,8 м; коэффициент крепос*
тн / = 6; объемный вес породы у = 2,7 Т/м3\ трещиноватость слабая — I 2
трещины на 1 м3; цикл проходки — 6 ч.

2.	Принимается крепление железобетонными анкерами н подвешенной к ним
при помощи шплинтов металлической сетки из проволоки диаметром 3 мм с ячей-
ками 100 X 100 мм. Раствор состава 1 : 1 на глиноземистом цементе марки 500
с добавкой хлористого кальция (6% веса цемента). Температура твердения
-4-20° С.

Длина рабочей части анкера

3 Ь 3 6,8

/а=Т. — Лт = Т.-^.1,50.1,3м.

Полная длина анкера

= 1,3—0,05= 1, Золе.

3. Предварительно принимаем диаметр стержня Л= 14 мм (сталь Ст. 3) и
длину замка /э=0,Зл«, тогда

/р = /а—/3 = 1,3—0,3 = 1 лс.

4. Расчетная несущая способность замка через 6 ч после установки анкера
^ = лйтСд/э = л•1,4-35-30 = 4600 кГ.

Несущая способность замка должна быть подтверждена результатами
испытаний.

5. Предельное расстояние между анкерами по несущей способности замка

По условию а < /р принимаем а = 1 м.

6.	Расчетная нагрузка на анкер с коэффициентом перегрузки 1,5

Р=1,5уаа /р = 1,5-2,7- 12-1 = 4,05Т.
7.	Диаметр стержня (сталь Ст. 3)

4=2

4050
л2100

= 1,56 он.

Принятый ранее 4= 14мм недостаточен. Принимаем й=16мм. Паспорт
крепления показан на рнс. VII. 37.

В приведенной методике расчета анкеров имеются некоторые допу-
щения и упрощения, однако в связи с отсутствием надежных более
точных методов она вполне приемлема для практических расчетов,
так как составлена на основе обработки большого объема материалов
и исследований, проведенных при строительстве транспортных и дру-
гих тоннелей.

Дальнейшие исследования позволят уточнить и дополнить отдель-
ные положения расчета анкерной крепи.

§ 39.	Щитовой способ работ

Щитовой способ в СССР начал широко применяться со второй оче-
реди строительства Московского метрополитена, на которой в 1936—
1938 гг. работало 42 щита отечественного производства. В настоящее
время при помощи щитов сооружаются тоннели метрополитенов Моск-
вы, Ленинграда, Киева, Баку, Харькова, горные железнодорожные
и автодорожные тоннели, а также коммунальные, гидротехнические,
горнорудные и другие тоннели.

Щитовая проходка достаточно подробно освещена в специальной
технической литературе и в учебнике 18]. Поэтому в настоящем пара-
графе даются только основные сведения, необходимые для выбора
типа щита при составлении проекта.

Щит представляет собой жесткую металлическую несущую кон-
струкцию, осуществляющую функции подвижного крепления выработ-
ки. В передней ножевой его части ведется разработка породы, а в хво-
стовой (под защитой оболочки) — возведение обделки.

Форма и геометрические размеры щита должны соответствовать,
очертанию и размерам сооружаемой обделки, а его конструкция —
геологическим условиям массива, прорезаемого тоннелем.

Как известно, поперечные сечения обделок отличаются большим
разнообразием в зависимости от назначения тоннелей, условий их рас-
положения и методов постройки (см. § 12—15).

В связи с этим возникает необходимость в изготовлении щитов раз-
личных очертаний, размеров и конструкций (табл. VII.25).

Несмотря на различие геометрических форм, размеров и областей
применения, принципиальная конструктивная схема всех щитов по
существу одинакова. Применительно к щиту цилиндрической формы
основными его элементами являются: ножевое кольцо, опорное коль-
цо и хвостовая оболочка.

Конструкция современного немеханизироваиного щита большого
диаметра (Ьщ = 8764 мм) показана на рис. VII.38, VI 1.39 и VII.40.
270
Классификация щитов по различным признакам

Характерные признаки	Виды щитов	Область применения
Форма поперечного сечения	Цилиндрические (щиты)  Полуциркульные (полущн- ты)  Прямоугольные  Трапецеидальные  Эллиптические	При строительстве тоннелей закрытым способом  При строительстве тоннелей открытым способом  В особых случаях в виде ис- ключения
Геометрические размеры	Малые (днам. до 3.5 м)  Средние ( » 5,5—6 л)  Большие ( » свыше 6 лс)	Коммунальные и другие тон- нели небольшого сечения  Гидротехнические и перегонные тоннели метрополитена  Тоннели специального назна- чения, станционные тоинелн метрополитена, железнодо- рожные и автодорожные тон- нели
Технология изго- товления	Цельносварные Сборно-сварные Сборио-лптые	Малые щиты  Облегченные щиты  Щиты тяжелого типа средних и больших диаметров
Масса	Щиты массой от 120 до 350 т  Щиты облегченные массой до 60 т	В породах, обладающих боль- шим горным давлением  В породах с небольшим горным давлением
Способ разработки породы	Обычные проходческие щи- ты с ручной разработкой породы  Механизированные (механи- ческая разработка поро- ды)	В самых различных по крепо- сти породах  Преимущественно в породах с коэффициентом крепости по Про- тодьяконов}' / = 0,54-3
Конструктивные особенности ло- бовой части	Щиты с открытой грудью Щиты с закрытой грудью	При разработке рыхлых пород  При разработке водонасыщен- ных пород преимущественно при сооружении подводных тоннелей

Ножевое кольцо этого щита выполнено из 16 стальных литых сег-
ментов: одного ключевого 14, двух смежных 15 и тринадцати нормаль-
ных 16, соединенных между собой болтами 18. Сегменты ножа снаб-
жены треугольными ребрами жесткости 6, которые совпадают с осями
щитовых домкратов 3 с тем, чтобы ребра воспринимали давление по-
следних. Для повышения надежности соединения сегменты ножа снаб-
жены кольцевым выступом 4, входящим в соответствующее кольцевое
углубление 5 на опорном кольце. Нижняя часть ножа и опорного коль-
ца для удобства выдачи породы закрывается металлическими листами
11, привинченными к сегментам ножа.

Опорное, как и ножевое, кольцо состоит из 16 стальных литых
сегментов 21, соединенных между собой и сегментами ножа болтами.
Каждый сегмент снабжен ребром жесткости 22, между которыми рас-
полагаются цилиндры щитовых домкратов 3- Все стыки сегментов опор-

Рис. VI 1.38. Конструкция немеханизироааиного щита большого диаметра —
продольный разрез
ного кольца имеют радиальное направление, кроме ключевого и двух
смежных с ним. Стыки последних отклоняются от радиального направ-
ления для облегчения монтажа. В переднем (по ходу щита) ребре сег-
мента опорного кольца предусмотрены по восемь болтовых отверстий,
совпадающих с отверстиями на сегментах ножа 20 и предназначенных
для их соединения.

Оболочка щита двухслойная. Каждый слой состоит из 16 лекальных
листов 1. Стыки листов оболочки перекрыты накладками 2. Листы обо-
лочки надвигаются на опорное (первый слой) и на ножевое кольцо
(второй слой) и прикрепляются к ним винтами с потайными головками.
Накладки располагаются против приливов 7 на сегментах ножа, благо-
даря чему предохраняются от задирания при передвижках щита.
Часть оболочки, Имеющей свободную длину 2616 мм, под защитой кото-
рой монтируется очередное кольцо обделкн, именуется хвостовой частью
щита.

Рис. VII.39. Конструкция иемеханизированиого щита большого диаметра — вид
Иа ножевое кольцо
Вертикальные /7 и горизонтальные 19 перегородки разделяют щит
на 9 рабочих ячеек. Горизонтальные перегородки снабжены выдвижны-
ми платформами 8. На щите установлено тридцать щитовых 3, тридцать
забойных 9 и восемь платформенных 10 домкратов. В крайних ячейках
среднего яруса размещены насосные установки 12 и аппаратура управ-
ления 13.

Кроме обычных проходческих щитов (табл. УП.26), техника тоннеле-
строения располагает механизированными щитами. В СССР сущест-
вует трн основных типа механизированных щитов: Мосметростроя,
Ленметростроя и Киевметростроя (рис. УН.41—VII.43, табл. VII.27).

В последние годы для проходки тоннелей в необводненных песках
нашлн применение щиты диаметром 5,8 м с горизонтальными рассе-

Рис. VI 1.40. Вид на опорное кольцо иемеханизироиаипого щита большого диа-
метра (к рис. УП.38)
Т'абл'ица VI 1.26

Техническая характеристика немеханизированпых щитов для закрытого способа работ

Показатели	Единица измерения	Щиты среднего диаметра		Щиты большого диаметра			
		СБ-199	Щ-19	СЩ-9,5	М-80	Щ-15	СЩ-8,5
Внутренний диаметр оболочки . . .	мм	6060	5560	9576	9576	8590	8570
Наружный диаметр по приливам . .		6230	5730	9750	9750	8764	8744
Длина щита: поверху 			5000	5000	4760	5345	5346	4760
понизу 			4600	4600	4340	4930	4930	4340
Количество вертикальных перегоро- док 		шт.	2	2	3	2	2	2
Количество горизонтальных перего- родок 		»	2	1	3	3	2	2
Толщина оболочки		.<Ы1	40	20x2	26x2	26X2	26X2	26X2
Количество выдвижных платформ . .	шт.	6	3	12	9	7	7
»	щитовых домкратов . .	»	24	18	36	36	30	30
Рабочий ход плунжера 		л/.и	900	1150	750	900	900	750
Общее усилие домкратов при давле- нии рабочей жидкости 140 кГ)сл(-	Т	1300	1200	3240	3240	2700	2700
То же 200 кГ/см"		»	1850	1760	4600	4600	3850	3850
Количество забойных домкратов . .	шт.	20	22	36	34	31	33
»	платформенных домкратов	»	8	4	20	14	8	10
Техническая характеристика механизированных щитов

Показатели

Коэффициент крепости породы . . .
Проходческая производительность
Диаметр выработки ................

Диаметр щита по накладкам . . . .
Длина щита с рабочим органом . .
Максимальная длина выдвижения
рабочего органа ..................

Диаметр фрезы рабочего органа . .
Число фрез........................

Число одновременно работающих
резцов ...........................

Допустимый уклон выработок, про-
ходимых щитом '...................

Подача щита на забой..............

Подача рабочего органа ......
Вращение рабочего органа..........

-Скорость вращения рабочего органа
То же фрез.................'	. . .

Мощность электродвигателя . . . .
Число электродвигателей...........

Способ уборки породы .............

Количество ковшей..................

"Емкость одного ковша..............

Масса щита с приводом и рабочим
органом............................

Единица измерения	Мосметро- строя	Лснметро- строя	Киевметро- строя
	3	0,84-1	0,24-0,3
м/ч	0,6	0,8—1,14	1
мм	6270	5630	5670
	6230	5560	5560
»	5720	4600	4600
	550	575	100
	3070	1540	5670
шт.	2	6	4
»	24	46	4ф-3
град	10—12	до 10	—
—	Гндравлпческнмп домкратами		
—	Гидравлическая		
—	Реверсив- ное	В одном направ- лении	Реверсивное
об/мин	1.5	2,8	3,6
»	9,47	19,5	—
кет	55	100	45
шт.	2	1	1
—	Кови элева	ювым тором	Лотки, кар- маны, лен- точный транспортер
шт.	12	12	—
л	55	98	—
т	210	148,5	132

кающими площадками, жестко скрепленными с основной конструкцией
щита. Такой щит усилием щитовых домкратов вдавливается в лобовую
плоскость забоя, рассекая ее своими перегородками на отдельные участ-
ки. В пределах каждой ячейки щита грунт осыпается на горизонталь-
ные площадки под углом естественного откоса и при очередной
передвижке падает вниз, откуда убирается породопогрузочной ма-
шиной.

Применение указанных щитов позволяет механизировать разработ-
ку породы и освобождает строителей от необходимости крепления лба
забоя. Одновременно с этим в значительной степени уменьшаются тру-
довые затраты и улучшаются условия безопасного ведения работ.

При составлении проектов реконструкции ряда тоннелей западных
районов страны Ленгнпротраисмостом был разработан полущит для
перекладки сводов негабаритных обделок [57]. Изготовленный в завод-
ских условиях и примененный на производстве указанный полущит
внес коренные изменения в организацию труда по реконструкции тон-
нелей. Стало возможным производить работы без перерыва движения
276
Рис. VI 1.41. Механизированный тит Ленметростроя

поездов, повысилась безопасность их проследования, улучшились усло-
вия работы ремонтных бригад н снизились затраты материальных и
денежных средств. Одновременно с этим значительно повысилось ка-
чество реконструируемых подземных сооружений.

Щиты находят применение при сооружении тоннелей любого назна-
чения, однако следует иметь в виду, что горные транспортные тоннели
сооружаются при помощи щитов преимущественно только при прохо-
дке в тяжелых геологических условиях, а также при круговом очерта-
нии обделок.

Щитовой способ проходки наиболее эффективен при сооружении
тоннелей в мягких, сыпучих и неустойчивых породах. В крепких скаль-
ных породах щитовая проходка не может считаться целесообразной,

Рнс. У1Е42. Механизированный щит
Мосметростроя

Рнс. VI 1.43. Механизированный щит
Кпевметросгроя
так как в этих условиях надобность в щите как во временной крепи
отпадает.

Сборка щита в зависимости от условий сооружения тоннеля может
производиться на поверхности или под землей. Если проходка ведется
с портальных участков тоннеля, то сборка и разборка щита осуществля-
ются в открытой выемке непосредственно у портала при помощи крана
грузоподъемностью 8—10 Т (рис. VII.44).

При сооружении тоннеля нз промежуточных забоев (шахт или под-
ходных выработок) сборка или разборка щита производится в специ-
ально сооружаемой для этой цели подземной монтажной или демон-
тажной щитовой камере. Монтажные и демонтажные камеры соору-
жаются горным способом.

Способы производства работ обычными проходческими щитами весь-
ма разнообразны и зависят как от свойств пересекаемых пород, так и
от конструктивных особенностей щита.

Мягкие, но относительно устойчивые породы (плотные глины, тя-
желые суглинки и др.) проходятся щитами с открытой грудью методом
врезания. При этом порода в ядре забоя разрабатывается при помо-
щи отбойных молотков и пневматических лопат, а остальная ее часть
подрезается ножевым кольцом щита при его передвижке.

Землистые и сыпучие водонасыщенные породы (мягкий суглинок,
торф, песок и др.) при проходке щитами той же конструкции нуждают-
ся в дополнительном креплении кровли и лба забоя. Лоб раскрепляется
системой шандор (деревянных инвентарных плоских щитов), прижима-
емых к породе забойными домкратами, а кровля — выдвижным метал-

Рнс. VI 1.44. Демонтаж щита о прнпортальиой выемке при постройке желез-
нодорожного тоннеля
лическим козырьком. Продвижение забоя осуществляется посредством
поочередной перестановки шандор или отдельных досок с одновремен-
ной разработкой породы.

При наличии гидростатического давления эти породы проходятся
с тем же оборудованием, ио под давлением сжатого воздуха, подавае-
мого в призабойную зону и осушающего лоб забоя.

Плывунные породы (плывуны, разжиженный лёсс и др.) преодоле-
ваются тяжелыми щитами с закрытой грудью, т. е. с металлической
диафрагмой, располагаемой обычно в плоскости задней грани ножево-
го кольца. В этом случае проходка ведется методом вдавливания щита
в породу без предварительной ее разработки. Спрессованный таким об-
разом грунт частично впускается внутрь щита через окна в диафрагме
и удаляется за пределы тоннеля. В этой же диафрагме имеется дверь,
через которую в случае необходимости рабочие могут проникнуть в
забой.

В скальных породах средней крепости (глинистые сланцы, песчани-
ки, известняки и т. п.) с большой удельной трещиноватостью и наличием
прослоек из неустойчивых грунтов применяются облегченные щиты.

При проходке тоннелей щитом в крепких скальных породах, раз-
рабатываемых полностью взрывным способом, необходимо обеспечить
выполнение следующих основных требований: длину шпуров назна-
чать не более 1 м и располагать их на небольшом взаимном расстоянии;
проходческие работы следует вести при уступчатой форме забоя; коли-
чество ВВ, закладываемого в каждый шпур, не должно превышать 300 г;
с целью ослабления ударного воздействия взрыва на конструкцию щи-
та и аппаратуру управления обязательно применение короткозамедлен-
ного способа взрывания; площадь выработки должна быть несколько
•больше лобовой площади щита, так как в противном случае его продви-
жение может вызвать поломку отдельных элементов.

В щите с открытой грудью все работы в забое ведутся с выдвижных
платформ, плотно прижатых к лобовой плоскости выработки. Плат-
формы служат защитой для проходчиков, находящихся в средних и
ннжних ячейках щита. Ячейки верхнего яруса защищаются аванбеком
или выдвижным козырьком.

Ведение щита должно производиться строго по заданному направле-
нию в плане и профиле, так как положение сооружаемого тоннеля опре-
деляется положением щита.

Все необходимые сведения по расчету сопротивлений, преодолева-
емых щитом, и по определению необходимого диаметра щита изложены
в учебнике [8].

Монтаж обделки ведется при помощи специальных механизмов тю-
бинго- или блокоукладчиков (табл. УП.28). Укладчик располагается
на самом щите или на тележке, перемещающейся вслед за ним. Непо-
средственный захват тюбингов или блоков осуществляется рычагом
укладчика, который имеет возможность вращаться в плоскости соби-
раемого кольца, а также удлиняться или укорачиваться. Кроме того,
поступательное движение тележки обеспечивает укладчику необходи-
мую свободу перемещения вдоль тоннеля.

Конструкции укладчиков и их характеристики приведены в [57].
Таблица VII .28

Техническая характеристика укладчиков

Показатели	Единица измерения	Тюбингоуклодчики			Блокоукладчнки	
		ТМЩ-бЛ	СЭ-9.5П	Г <^г>мый	Б-5,1-2	КПП-10
Внутренний диаметр  обделки 		М	5,6	8,8	7,8	5,1	7,5
Крутящий момент на валу рычага . . .	Т/м	2,8	5	5	3	5
Скорость вращения вала рычага . . .	об/мин	2	1,61	1,45	1,6	1,61
Мощность электро- двигателя привода вращения		кот	3,6X2	И	11	11	11
Скорость выдвижения штанги		м/мин	5	5	3,7	1.2	3,3
Ход	выдвижения  штанги		ММ	1150	1850	1650	1850	1650
Мощность электро- двигателя привода выдвижения . . .	кет	5	11	8		7
Количество выдвиж- ных платформ	шт.	5	7	10	4	7
Ход выдвижных плат- форм 		ММ	1200	1200	2000	1600	1600
Тип гидронасосов вы- сокого давления, установленных на укладчике . . . .		БН	БН	БН	БН	БН
Количество насосов .	шт.	2	2	2	2	2
Мощность электро- двигателей насосов	кет	28	26	28	28	28
Общая мощность . .		40,2	50	47	39	46-
Количество выдвиж- ных балок . . . .	шт.				—	6	8
Ход выдвижных ба- лок ........	мм						1100	800
Общая масса . . . .	т	17,3	36,4	38,2	27,1	40

До выхода оболочки щита из-под собранных колец обделки послед-
няя находится под воздействием только одних вертикальных сил (соб-
ственный вес и вес тележки укладчика), вызывающих ее эллиптичность,
и возникновение дополнительных напряжений в наиболее опасных се-
чениях. Предупредительной мерой против эллиптичности служит уста-
новка подкладок между оболочкой щита и тюбингами, а также сборка
колец с вертикальной эллиптичностью, которая погашается при их де-
формации под действием нагрузки.

§ 40.	Организация строительной площадки

Основой организации строительства тоннеля является график про-
изводства работ, координирующий последовательность и взаимосвязь
производственных процессов, выполняемых в соответствии с предвари-
тельно разработанными циклограммами (см. рис. VII.27, 28).
280
Рис. УП.45. Строительная площадка под-
водного тоннеля при щитовом способе про-
ходки:

/ — подводный тоннель: 2 — основная строитель-
ная площадка; 3 — подъездные пути; 4 — рампа;

5 — дополнительная строительная площадка

Порядок составления гра-
фиков производства работ до-
статочно подробно изложен в
[8, 9, 12, 23, 39]. Ниже рас-
сматриваются лишь вопросы
организации строительной
площадки и снабжения
строительства электроэнер-
гией п сжатым воздухом.

На строительной площад-
ке размещаются временные
административные и произ-
водственные здания н соору-
жения, склады, транспортные
пути, наземные и подземные
коммуникации и т. д. Ее раз-
меры находятся в зависимости
от назначения тоннеля, его
длины, объемов работ н ко-
леблются от 500 до 5000 мг.

Место, расположение п
объемы работ по организации
территории строительной пло-
щадки подчиняются топогра-
фическим условиям местности
п требованию максимального
приближения ее к объекту.

Наименьшими затратами средств и труда отличаются строительные
площадки подводных тоннелей, сооружаемых щитовым способом. Они
размещаются обычно на пологих берегах водотоков (рис. УП.45) и,
как правило, не требуют планировки поверхности и связанных с этим
дополнительных затрат. Необходимым условием является расположе-
ние их территории выше рабочего горизонта воды (РГ), определяемого
соответствующим гидрологическим расчетом.

Организация строительных площадок при строительстве городских
подземных сооружений значительно сложнее первых. Их размещение
очень часто связано с дополнительными затратами на снос строений,
перекладку существующих подземных коммуникаций, пересадку зе-
леных насаждений, устройство ограждения и пр.

Сложностью и трудоемкостью отличаются строительные площадки
горных тоннелей, особенно при крутом падении склонов горного мас-
сива. Для создания ровной поверхности необходима срезка верхового
откоса и подсыпка низового, что сопряжено со взрывными работами
и планировкой в тяжелых топографических условиях (рис. VII .46).

Для обеспечения подачи материалов и оборудования на строитель-
ную площадку (при сооружении тоннеля в необжитой местности) преду-
сматривается строительство автомобильных дорог, которые должны
примыкать к ближайшим станциям эксплуатируемой железной доро-
ги и строиться в подготовительный период. Расходы, связанные с их
281
постройкой, при значительном протяжении (100—200л'.и) достигаюг
больших размеров и входят составной частью в стоимость строитель-
ства объекта. Это свидетельствует о необходимости тщательного иссле-
дования и выбора их трасс путем технико-экономического сопоставле-
ния вариантов.

Временные здания и сооружения строительной площадки в общем
случае располагаются как на поверхности, так и под землей. Подробиые-
сведеиия о них приведены в [7, гл. 7].

В каждом частном случае назначение и количество временных со-
оружений определяются инженерно-геологическими условиями, рай-
оном расположения тоннеля, технологией его сооружения, видами от-
крываемых фронтов работ, конструкцией обделки и пр. Кроме этого,
размещение временных сооружений должно удовлетворять требовани-
ям пожарной безопасности. Поэтому разработать универсальные пра-
вила планировки строительной площадки, пригодные для всех случаев,
не представляется возможным. Следует лишь учитывать некоторые об-
щие рекомендации.

Расположение зданий и сооружений на строительной площадке
прежде всего должно подчиняться поточности перерабатываемого ма-
териала и рациональной работе внутрипостроечного транспорта, при
которой исключаются встречные перевозки и излишние перемещения.

Примером могут служить постройки, принадлежащие бетонному
хозяйству, которые обычно располагаются в порядке последовательно-
сти переработки материалов начиная с камнедробильного узла, скла-
дов щебня, песка и цемента до выхода готового бетона.

Рнс. VI 1.46. Строительная площадка горного тоннеля:

/ — тоннель; 2 — подходная выемка; 3 — строительная площадка; /—срезка; 5 — подъезд-
ной путь; 6 — подсыпка; 7 — эстакада; 8 — место отвала породы (па данном примере —
о насыпь)
• Аналогично решается размещение плотничного хозяйства, арматур-
ного двора и других хозяйств.

Здание электростанции и компрессорной, механического цеха, мас-
терской, бурозаправочной и аккумуляторной следует располагать в
одном комплексе, а контору строительства — поближе к производству.

Строительная площадка должна быть обеспечена электроэнергией
от собственной силовой станции или от высоковольтной линии электро-
передачи, если она имеется в районе строительства. В последнем слу-
чае необходима установка трансформаторной подстанции, понижающей
напряжение, например, с 6 кв до 380 или 220 в. При организации соб-
ственной силовой станции используются передвижные или стационар-
ные двигатели внутреннего сгорания (бензиновые или работающие на
дизельном топливе) и паровые установки.

Из двигателей внутреннего сгорания наиболее целесообразны для
строительных целей дизельные двигатели, которые значительно эко-
номичней бензиновых. Паровые установки в виде локомобилей целесо-
образны при наличии дешевого местного топлива (дров, угля, торфа).

Использование электроэнергии от внешних высоковольтных сетей,
проходящих в непосредственной близости от строительства, более вы-
годно, чем организация собственного силового хозяйства. Если же вы-
соковольтная линия проходит на большом расстоянии (10 км и более),
вопрос о выборе вида энергоснабжения должен решаться технико-эко-
номическим сопоставлением вариантов.

В подземных выработках для силовых нагрузок применяется элек-
трическая сеть с линейным напряжением до 380 в включительно, а для
освещения с напряжением от 12 до 220 в.

Согласно правилам безопасности [76] напряжение в сети общего
освещения должно приниматься: в сырых выработках и для тоннелей
с незачеканенной обделкой — до 36 в; на щитах, укладчиках, металли-
ческих подмостях и буровых тележках — 12 в; в сухих выработках
и в тоннелях с зачеканенной обделкой — 220 в.

Для электровозной откатки применяется электрическая сеть посто-
янного тока с напряжением до 250 в.

Требуемая мощность Ц74 электрической станции или трансформатор-
ной подстанции в кет определяется по сумме расходов электроэнергии
потребителями

№, = -^-117 кет,

С05<р

где Ц7 — мощность силовых, осветительных и технологических потре-
бителей, кет (табл. УП.29);

соз ф — коэффициент мощности (соз ср = 0,7);

а — коэффициент, учитывающий потери в сетях и трансформа-
торах (а 1,1).

Необходимая мощность электростанции

1^- — х 735= 1150 кет.

0,7
Т аблнца VI 1.29

Ведомость подсчета потребляемой электроэнергии (пример)

Наименование механизмов, машин, оборудования	Мощность IV, кет	Количество	Всего, кот
Компрессор В-300-2К		250	2	500
Компрессор 2Р-20/8		120	1	120
Итого с коэффициентом одновре- менности к = 1 		—	—	620
Бетоносмеситель С-199 		4,5	2	9
Растворосмеситель С-289А			4.5	2	9
Бетононасос С-252 		28	1	28
Вибраторы глубинные И-50		0,5	5	2,5
Буровой агрегат Б-1			7	1	7
Станок для заточки коронок ЗС-1 . . .	2,7	2	5,4
Толкатель верхнего действия 		4,5	1	4,5
Круговой опрокидыватель ОВ1-2 . . .	2,8	1	2,8
Центробежный насос С-204 		8	2	16
Центробежный вентилятор №4 ....	1,7	2	3,4
Электровоз КР-3 (постоянный ток) . .	12	2	24
Электроталь ТЭ-112		2,75	1	2,75
Итого . . . '		—	—	114,35
Итого с коэффициентом одновремен- ности к =0,7				__	80
Наружное освещение		15	— •	15
Освещение подземных выработок . . .	25	—	25
Освещение жилгородка		30	—	30
Итого 		—	—	70
Итого с коэффициентом одновремен- ности й=0,5		—	—	35
Всего IV		—	—	735

Наибольшее количество электроэнергии требуют двигатели компрес-
сорных станций, снабжающих строительство сжатым воздухом высо-
кого (до 7 кПсм~) и низкого (до 4 кПсм2) давления. Высокое давление
необходимо для работы пневматических инструментов, а низкое для
проходки выработок кессонным способом.

В настоящее время применяются компрессоры двух типов — порш-
невые и центробежные (турбокомпрессоры). Применение турбокомпрес-
соров рационально лишь при потребности воздуха, превышающей
300—400 мЧмин. Для небольших объемов буровых работ особенно
удобны передвижные поршневые компрессоры малой производитель-
ности (до 9 мЧмин), смонтированные на колесном ходу и снабженные
собственными двигателями внутреннего сгорания (табл. VI 1.30).

Для проходки выработок кессонным способом компрессорные стан-
ции монтируются из нескольких стационарных компрессоров, облада-
ющих обычно большой производительностью (табл. VII.31, VII.32).
Такие компрессоры устанавливаются в помещении на специальные бе-
284
Передвижные компрессоры (поршневые)

Показатели	Единица измерения	ГКС6М |	ЗИФ  ВКС-5	ксэ-з	КСЭ-6М	ВКС-А5	ЗИФ-55 |	О у
Производительность .	я?! мин	6	5	3	6	5	5	9
Наибольшее давление Число ступеней ежа-	кГ/СМ3	7	7	7	7	7	7	6
тня 		—	2	2	2	2	2	2	2
Тип двигателя . . .	—	Двигатель внутреннего сгорания				24-2	ЗИЛ- 121	кдм- 46
Число цилиндров . . Емкость воздухосбор-	—	24-2	24-2	2	4		2	2
ника	  Количество одновре- менно присоедпняе-	Л1«	0.2	0,26	0.2	0.2	0,2	—	0.25-
мых шлангов . . . Габаритные размеры:	шт.	6	6	3	6	6	6	6
длина 		ММ	3800	4480	1900	2130	6720	4480	5080
ширина 		В	1850	1880	935	1030	2385	1880	1890
высота		э	1950	1915	1310	1260	2175	1785	2065
Шасси		—	Тележка на пневмоходу		Металличес- кая рама		Автомоб. ЗИЛ-150	Тележка на пневмоходу	
Размер пневмошнн . .	дюймы	32 х Хб,5	32 X  Хб,5	—	—	—	—	—
Масса ... . . . .	т	2,7	3,26	1,15	1,52	4,45	2,75	6

Таблица VII.31

Стационарные компрессоры (вертикальные поршневые)

Показатели	Единица измерения	В-300-2К	2Р-20/8	200-В 10-6	2СА-8	КВ-200
Число ступеней		—	Двухступенчатые				Одиосту-
Производительность . . . .	м3/мин	40	20	10	10	пенчатыГс  4,5
Рабочее давление 		кГ 1см"	8	8	8	8	6
Скорость вращения вала	об гмин	330	500	720	480	650
Потребная мощность . . .	кет	250	120	75	75	50
Диаметр цилиндра:  1 ступени 		ММ	570	400	350	330	220
2 ступени 		в	340	230	200	210	—
Охлаждение 		—	Бодяное		—	—	—
Расход воды в 1 мин на  1 м3 воздуха		л	7—6	7-6.	' 5,5	5,5	5,5
Расход масла в 1 ч . . . .	г	120—150	120—150	50-80	50—80	30—45
Передача		—	Ременная		Непосредст-		Клино-
Габариты: длина 		мм	3300	1800	вен но гате  1350	с дви- нем  1550	ременная;  1100
ширина 		»	1820	1500	962	1670	665
высота		»	2200	2000	1430	1870	ИЗО
Масса 		т	8	4,5	1,45	3,2	0,75
Таблица VII.32

Турбокомпрессоры (стационарные)

Показатели	Единица измерения	Отечественные			Фирмы «Егер» (ГДР)
		ОК-500-92	К-500- 61-1	К-250- 61-1	
Производительность ....	мэ/мин	540	525	250	167
Давление		кГ{сма	9	9	9	8
Скорость вращения 		об/мин	6700	7600	11230	6000
Мощность электродвигателя	кет	3250	3030	1450	1400
Напряжение		Кб	—	—	—	6

тонные фундаменты и приводятся в движение, как правило, электродви-
гателями.

Для стационарных компрессорных станций особенно удобны ком-
прессоры универсального типа, пригодные для получения воздуха вы-
сокого и низкого давления. Этим свойством обладают обычно двухсту-
пенчатые компрессоры, в которых при последовательном сжатии воз-
духа давление доводится до ЪкПсм\ а при параллельном—до 4кПсм\

В этом случае на объекте создается одна компрессорная станция
для обслуживания как кессонных, так н буровых работ. Производитель-
ность станции в м3!мин определяется, исходя нз наибольшей потреб-
ности в сжатом воздухе за период строительства по формулам:

при буро-взрывном способе работ

Ук = кэк42/л^|к]к8;	(УП.27)

при работе под сжатым воздухом

Г,-^(1 + ар)Ь,	(VII.28)

где /<!, к3, кэ, —соответственно коэффициенты одновременности ра-
боты (/сх = 0,75 -ь 1,0), изношенности инструмента (ге2 = 1,15), потерь
воздуха в сети (ге3 = 1,1 4- 1,2) и увеличения расхода воздуха в связи
о его разряжением (к4 = 1 4- 0,12^), где Нг — высота места работ иад
уровнем моря, км\

— суммарный объем воздуха, необходимый для работы пневма-
тических инструментов и машин в наиболее напряженный месяц —
обычно подсчитывается в табличной форме (табл. VII.33);

Б — диаметр выработки, м;

а — коэффициент водонепроницаемости пород;

р — давление сжатого воздуха, кПслг, равное гидростатическому
давлению грунтовой воды на уровне 1/3 высоты выработки;

Ь — наибольшее расстояние от забоя до шлюзовой перегородки, м.

При работе пневматических инструментов в тоннеле, сооружаемом
под сжатым воздухом, производительность компрессорной подбирает-
ся по сумме расходов.

286
Пример подсчета производительности компрессорной станции

Расход воздуха по месяцам

II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Отбойные молотки
Бурил ьныемолоткн
П невмоподде ржки
Пескоструйный
аппарат ....
Пневмовнбраторы
опалубочные . .
Буроэаправочный
станок . . . .

Растворонагнета-
тель Дмитров-
ского завода . .

Погрузочная ма-
шина ...........

Шпрнцбетон-маши-
на .............

Грузчик пневмати-
ческий ....
Бетонолом . . . .
Цемент-пушка . .

5

12
15

2

4

2

2

2

I

2

2

2

1,15 5,75

2	24

0,1 1,5

0,8 1.6

0,5 2

4	8

6 10

5 1,5

5 2

3,5 5

6

20

10

3
4

10

Для примера, приведенного в табл. УП.ЗЗ,

= 1,2 X 1,096 X 85,5 X 0,6 X 1,15 =

= 76,5 мМмин (к4 = 1 + 0,12 X 0,8 = 1,096).

Принимаются два компрессора В-300-2К производительностью ПО'
40 яг!мин каждый н один компрессор 2Р-20/8 производительностью
20 мЧмин. — запасной.
ЗАЩИТА ГОРНЫХ ТОННЕЛЕЙ
ОТ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

§ 41.	Основные методы защиты

Проходка тоннельной выработки сопровождается нарушением
гидрогеологического режима горного массива. Выработка, прорезая
толщу пород и перехватывая потоки подземных вод, превращается
в своеобразное дренажное отверстие, осушающее массив.

Обделка тоннеля, воспринимая действующие со стороны горного
массива нагрузки, в то же время должна препятствовать проникнове-
нию подземных вод внутрь тоннеля. Однако даже в относительно бла-
гоприятных гидрогеологических условиях обычно применяемые моно-
литные бетонные обделкн горных железнодорожных и автодорожных
тоннелей не могут служить надежной преградой подземным водам.

Необходимость борьбы с обводненностью тоннелей особенно остро
ощущается на электрифицированных железных дорогах в связи с
опасностью электрического .поражения при замыкании токонесуще-
го провода, металлических частей подвижного состава и рельсов через
струи воды.

В районах с суровыми климатическими условиями защита тоннелей
от обводнения требует особого внимания в связи с явлением морозного
пучения и образованием на пути и обделке наледей, препятствующих
нормальной эксплуатации тоннелей и всего участка линии.

Методы предотвращения обводненности тоннелей можно разделить
на четыре группы (рнс. VIII.1).

1.	Поверхностный водоотвод, включающий планировку и расчистку
надтоннельной поверхности, устройство системы нагорных канав и
водоотводных лотков, укрепление водотоков, расположенных над тон-
нелем.

2.	Увеличение степени водонепроницаемости обделки как за счет по-
вышения плотности и водонепроницаемости материала несущей кон-
струкции, так и при помощи различных внутренних и наружных гидро-
изоляционных покрытий: торкретирование, оклеенная гидроизоляция,
нанесение химических покрытий, тампонаж породы за обделкой и т. д.

3.	Дренирование подземных вод при помощи галерей, штолен, сква-
жин, шпуров и заобделочных прорезей. В основе различных дренирую-
щих устройств лежат два принципа, один из которых предполагает
перехват воды на пути к обделке без допуска ее к тоннелю, другой—
организованный сбор воды, ввод ее внутрь тоннеля и отвод по тоннелю
за его пределы. В результате дренирования вод снижается гидроста-
тическое давление на обделку.
Дренажные устройства наиболее эффективны в крупнообломочных
скальных и полускальных трещиноватых, устойчивых, иеразмываемых
и нерастворимых породах (см. табл. 11.7). В слабо растворимых и сла-
бо размываемых породах устраиваются фильтры, препятствующие ин-
тенсивному выносу из-за обделки мелких частиц породы, заиливающих
дренажи. В легко растворимых и легко размываемых породах примене-
ние дренажных устройств не рекомендуется.

4.	Внутритоннельные водоотводные устройства — лотки, коллек-
торы, перепуски — служат для организованного удаления проника-
ющей, несмотря на все принятые защитные меры, или вводимой
внутрь тоннеля воды за его пределы.

Выбор методов предупреждения обводненности производится на
основе анализа инженерно-геологических, географических, гидрогео-
логических и климатических условий в районе тоннельного перехода
с учетом технико-экономических соображений.

Поверхностный водоотвод служит для снижения
степени обводненности тоннелей вследствие инфильтрации в горный
массив атмосферных осадков, а также вод ручьев, болот, рек и водо-
емов, расположенных в надтоннельной зоне. В этих случаях произво-
дится планировка и расчистка поверхности с устройством системы на-
горных канав, собирающих и отводящих воду наиболее активных и
ярко выраженных источников обводнения (ручьи, болота, впадины).

^В полосе шириной до 150 м непосредственно над тоннелем должны
быть вырублены все деревья и срезан кустарник. Ямы, шурфы, разве-
дочные скважины заполняются глинистым грунтом, поверхность пла-
нируется, а при наличии над тоннелем слабых легко размываемых грун-
тов, кроме того, утрамбовывается. При наличии в надгоннельной зоне
сыпучих, несвязных плывунных или просадочных грунтов, а также
при большой трещиноватости поверхностных скальных пород устра-

Рис. VIII.!. Классификация методов защиты тоннелей от подземных вод
иваются водонепроницаемые покрытия надтоннельной поверхности из
асфальта, битума или бетона.

Нагорные канавы располагаются, как правило, на припортальных
склонах и на склонах массива вдоль трассы тоннеля, где наиболее удоб-
но перехватить потоки поверхностных вод. Уклон нагорных канав не
должен быть менее 5%0. В водопроницаемых грунтах откосы и дно
канавы защищаются покрытием из бетона, асфальта или каменного
мощения.

Система поверхностного водоотвода должна удалять перехвачен-
ную воду на расстояние, исключающее просачивание ее в тоннель.

Поверхностные водоемы, ручьи и реки, влияющие на обводненность
тоннеля, по возможности должны быть отведены по новым руслам, про-
ложенным в стороне от трассы тоннеля. Допускается использование
старых русел при условии покрытия их водонепроницаемой одеждой.
Заболоченные места осушаются дренажными траншеями с фильтра-
ционной засыпкой, препятствующей выносу частиц грунта.

Чаще всего, даже при разветвленной сети поверхностного водоот-
вода, полностью перехватить воду от атмосферных осадков не удается,
так как ее основная часть быстро впитывается в грунт, а затем проса-
чивается к обделке. Кроме того, работы по созданию достаточно эффек-
тивной системы надтоннельного водоотвода весьма затруднительны —
особенно в условиях таежного горного рельефа.

Водонепроницаемость монолитных обделок, соору-
жаемых из бетона марок 200—300, может быть несколько увеличена за
счет введения в бетон специальных добавок (см. § 13).

Повышению водонепроницаемости способствует также такая тех-
нология сооружения монолитных обделок, при которой количество
перерывов в бетонировании и протяженность рабочих швов были бы
минимальными. Предпочтение следует отдавать методу бетонирования
обделки по всему сечению за один прием. Длина участка бетонирования
должна выбираться из условия укладки бетона без перерывов во вре-
мени.

При соответствующих условиях целесообразно применение обделок
из прессованного или набрызг-бетона, обладающих повышенной водоне-
проницаемостью.

В районах с суровым климатом применение на обводненных участ-
ках сборных обделок, особенно из чугунных тюбингов, допускается
только при условии заполнения чеканочных канавок и болтовых от-
верстий пластичным материалом, способным выдерживать температур-
ные деформации обделки без нарушения водонепроницаемости стыков.

Интенсивные поиски путей создания водонепроницаемых элементов
сборных железобетонных обделок (вибровакуумштампование, си-
ловой прокат и др.) пока еще не дают удовлетворительных решений.

Тщательное заполнение пустот и трещин за обделкой не только
улучшает условия статической работы конструкции, но и несколько
увеличивает водонепроницаемость обделки. С этой целью применяется
первичное и контрольное нагнетание за обделку, а также цементация,
глинизация, битумизация и силикатизация пород заобделочного про-
странства.
Рис. УШ.2. Инъектор для цементации по-
роды, окружающей тоннель:

1 — патрубок; 2 — кран; 3 — муфта; 4 — шланг;
б — уплотнитель

Нагнетание цементно-песчаных растворов за обделку (см. § 14, 15)
и цементацию пород рекомендуется применять: в скальных трещино-
ватых породах с раскрытием трещин не менее 0,2 мм; в гравийно-галеч-
никовых породах с размером пор не менее 2 мм при отсутствии песчано-
глинистых частиц или при крупности фракций гравийно-галечниковых
пород более 4 мм; при водопоглощении пород не менее 0,05 л!мин и ско-
рости движения подземных вод не более 60 м!сутк.и (в случае примене-
ния обычных цементов) и не более 300 м1сутки (при нагнетании раство-
ров на быстросхватывающихся цементах).

Под влиянием нагнетания за обделку на отдельных участках экс-
плуатируемых тоннелей обводненность этих участков снижается, од-
нако при этом, как правило, увеличивается капеж и количество течей
на соседних участках, где нагнетание не производилось, т. е. нагнета-
ние раствора за обделку на небольших по протяженности участках в
местах появления течей, как правило, лишь изменяет место выхода
воды. Кроме того, нагнетаемый раствор заполняет заобделочные дре-
нажные устройства, приводя их к выходу из строя.

Нагнетание за обделку и цементация могут дать ощутимый эффект
только при нагнетании на большой длине тоннеля или даже по всей его
длине. Однако этот эффект часто бывает временным, так как в цемент-
ном слое образуются трещины, начинающие пропускать воду.

Цементация пород производится цементным молоком под давлени-
ем до 5 кПсм2 в шпуры диаметром 40—50 мм (рис. VI 11.2). Для уско-
рения твердения нагнетаемого
цементного раствора и повы-
шения водонепроницаемости
цементного камня вводятся
различные добавки (см. § 13).

Для ликвидации течей в
тоннелях, расположенных в
водоносных трещиноватых
скальных породах, достаточно
успешно может быть приме-
нено нагнетание в заобделоч-
ное пространство бентонито-
вого раствора. При. его при-
готовлении в растворомешал-
ку с водой загружается поро-
шок бентонита (30—35% веса
воды), а после 10 мин переме-
шивания добавляется каль-
цинированная сода (0,8—1,0%
веса воды), и перемешивание
продолжается еще 2—Змин.
Кальцинированная сода спо-
собствует набуханию раствора
после нагнетания.

Раствор подается насосом
для контрольного нагнетания

10*	291
под давлением до 10 кГ/см- в отверстия для нагнетания или в пробу-
ренные в обделке шпуры. В случае тампонажа массива, имеющего
крупные трещины н раковины, в бентонитовый раствор добавляют це-
мент в соотношении 2:1. Такой метод дал вполне удовлетворитель-
ные результаты при осушении нескольких тоннелей метрополи-
тена и шахт, в связи с чем целесообразно проверить его эффектив-
ность применительно к горным тоннелям — особенно сооружаемым
в районах с суровым климатом.

Глинизацию (растворы глины, суглинков, бентонитовых глин) сле-
дует применять в качестве предварительного тампонажа .пород с боль-
шими трещинами и пустотами.

Битумизацию целесообразно применять в трещиноватых скальных
породах с раскрытием трещин не менее 2—3 мм при значительных
скоростях движения подземных вод и агрессивном их составе, но при
гидростатическом давлении не более 3,5 кПсм?. Применение битумиза-
ции ограничивается также необходимостью нагнетания битума под вы-
соким давлением, создающим значительную нагрузку на тоннельную
обделку.

Силикатизация применяется в мелко- и среднезернистых песках
с коэффициентом фильтрации от 2,5 до 80 м/сутки. Допускается при-
менять силикатизацию в мелких и пылеватых песках с коэффициентом
фильтрации 0,5—5 м/сутки, а также в лёссовидных грунтах с коэффи-
циентом фильтрации 0,1—2 м/сутки.

Наиболее надежной защитой от проникновения внутрь тоннеля под-
земных вод является полная герметизация бетонных и железобетонных
обделок путем устройства наружной или внутренней гидроизоляции
(рис. УШ.З).

Рис. УШ.З. Гидроизоляция обделок:

а) по первичной обделке из набрызг-бетона; б) наружная; в) внутренняя с железобе-
тонной поддерживающей оболочкой; / — набрызг-бетон; 2— гидроизоляционный слоЛ;

3— забутовка; 4 >- железобетонная поддерживающая оболочка
Наружная герметизирующая гидроизоляция выполняется из ру-
лонных материалов: гидроизола, металлонзола, стеклоткани или поли-
этиленовой пленки, листы которых наклеиваются битумной или синте-
тической мастикой. Наружная гидроизоляция, герметизируя обделку,
передает на нее гидростатическое давление, что при большой его вели-
чине может потребовать усиления конструкции обделки.

Для создания наружной оклеенной гидроизоляции необходим опре-
деленный перебор, обеспечивающий возможность работы изолировщи-
ков. Сложность образования такого перебора и стесненность условий
работы в нем не только приводят к большим материальным затратам,
но и не обеспечивают достаточного качества исполнения изоляцион-
ной оболочки. Последующая забутовка этого перебора не всегда может
быть тщательно выполнена, что ведет к постепенному развитию зоны
нарушенных пород и увеличению горного давления. Поэтому» наружная
гидроизоляция при строительстве горных тоннелей в последнее время
не применяется или применяется лишь в крайне необходимых случаях
на небольших по длине участках тоннелей: в местах примыкания к об-
делке дренажных устройств, при необходимости защиты материала об-
делки от очень сильного агрессивного воздействия воды.

Применение наружной гидроизоляции безусловно целесообразно иа
участках, сооружаемых открытым способом, в том числе на части об-
делки, выступающей в припортальную выемку.

Разновидностью наружной гидроизоляции можно считать рулонную
изоляцию, наклеиваемую на предварительно выравненную набрызг-
бетоном поверхность выработки (рнс. VIII.3, а) или на вспомогательную
(первичную) обделку. Однако этот способ требует возведения первичной
обделки и обеспечения гладкой ее поверхности. Кроме того, на несу-
щую обделку также (хотя бы частично) передается гидростатическое
давление.

Внутренняя гидроизоляция может быть жесткой и гибкой. Первая
выполняется послойным нанесением при помощи цемент-пушки торкре-
та по металлической сетке общей толщиной до 5 см и применяется при
небольшом гидростатическом давлении — до I кПсмг. При давлении
до 0,5 кПсм- торкрет может наноситься без сетки. Однако торкрет-
ное покрытие недолговечно. Сцепление торкрета с кладкой обделки
сохраняется в лучшем случае несколько лет, особенно при ремонте
тоннелей старой постройки, когда торкрет наносится на загрязнен-
ную поверхность. В суровых климатических условиях это наблюдается
особенно часто.

Более надежна гибкая гидроизоляция нз рулонных материалов,
наклеиваемых на внутреннюю поверхность обделки и поддерживаемых
железобетонной оболочкой («рубашкой»), которая воспринимает гид-
ростатическое давление (рис. VIII.3, в). Такая изоляция иногда на-
зывается промежуточной. Необходимость сооружения железобетонной
рубашки и связанное с этим увеличение расхода материалов и объема
разрабатываемой породы ограничивает применение такого типа изо-
ляции.

Общий недостаток внутренней изоляции — она не защищает бетон
обделки от воды, что особенно важно при °° агрессивности.
Герметизация обделки целесообразна в тех случаях, когда другие
методы предупреждения обводненности неэффективны или неэкономич-
ны. К таким случаям можно отнести:

заложение тоннелей в размываемых и растворимых породах при
интенсивном движении подземных вод;

заложение тоннелей в слабых размываемых породах с малой водо-
отдачей (глинистые и лёссовидные породы);

большой приток и высокое гидростатическое давление подземных
вод, когда метод дренирования не обеспечивает полного перехвата под-
земных потоков;

сильная водопроницаемость пород, над которыми расположены
водоемы, ручьи, реки н т. п. прн нецелесообразности нх отвода;

расположение прнпортальных участков тоннеля в разрушенцых
и легкопроницаемых породах, сильно обводняющихся при выпадении
дождей и таянии снегов;

устройство примыкания к обделке тоннеля заобделочного дренажа;
необходимость надежной защиты материала обделки от агрессив-
ных воздействий подземных вод.

В последние годы ведутся интенсивные исследования и опытные
работы по применению в качестве гидроизоляции различных покры-
тий, наносимых на внутреннюю поверхность обделки. Покрытия при-
меняются в виде эмульсий, паст и мастик иа основе битума, резины
и полимерных материалов. Недостаток большинства этих покрытий
заключается в необходимости нанесения их на сухую поверхность при
положительных температурах для обеспечения хорошего сцепления
с материалом обделки и предотвращения образования трещин и от-
слоений.

Наибольшее распространение получила эпоксндно-фурановая масти-
ка, в состав которой входят в % повесу: мономер ФА (20—21 %), эпок-
сидная смола ЭД-5 (20—21%), беизосульфокислота (4—5%), поли-
этнленполиамнн (4—5%), наполнитель (мелкий кварцевый песок —
до 52%). В частности, такой мастикой покрыто более 48 тыс. м2 поверх-
ности обделки Оби-Киикского гидротехнического тоннеля.

Внутренняя гидроизоляция пленками и мастиками может быть при-
знана перспективной. Однако применение этого способа в эксплуати-
руемых тоннелях пока достаточно надежно лишь для осушения от-
дельных сезонно появляющихся слабо обводненных мест. Покрытию
мастикой прежде всего подлежат припортальные участки обделки тон-
нелей. Вопрос долговечности мастик применяющихся составов, осо-
бенно в суровых климатических условиях, изучен недостаточно. На-
блюдающиеся после двух-трех лет эксплуатации в этих условиях слу-
чаи отслоения пленок вместе с поверхностным слоем бетона, заставля-
ют пока осторожно подходить к оценке долговечности и надежности
большинства применяющихся в настоящее время пленочных покры-
тий.

Полная герметизация тоннельных обделок горных транспортных
тоннелей не всегда бывает технически проста и одновременно на пер-
вый взгляд экономически оправдана. Однако следует иметь в виду,
что трудовые и материальные затраты, необходимые для реконструк-
294
ции, ремонта и содержания тоннелей в условиях обводнения и иаледе-
образовання, накапливаясь в течение многих лет эксплуатации соору-
жения, в итоге достигают, по крайней мере, значительной доли тех
единовременных затрат, которые нужно было бы сделать для предот-
вращения обводненности тоннеля, полностью герметизировав его. Учи-
тывая также необходимость многократных перебазирований доволь-
но крупных ремонтно-строительных подразделении, потери времени
и средств из-за приостановки движения и «окон» н постоянную угрозу
безопасности движения поездов, можно полагать, что как с экономи-
ческой, так и с технической точки зрения полная герметизация тонне-
лей окажется в конечном счете более целесообразной и оправданной,
чем многие применяемые сейчас проектные решения.

Разумеется, в каждом случае требуется тщательное технико-эконо-
мическое обоснование необходимости н возможности полной гермети-
зации обделки.

Дренирование подземных вод применяется в экс-
плуатируемых тоннелях, обделка которых не имеет полной герметиза-
ции, а также в тех случаях, когда герметизация обделок вновь строя-
щихся тоннелей по техническим или экономическим соображениям
признана нецелесообразной. Осушение породного массива достигается
различными способами при помощи дренажных штолен, заобделочиых
прорезей, каптажных скважин и фильтров.

Дренажные штольни рекомендуется применять при пересечении
тоннелем водоносных пород с большим дебитом, при наличии явно вы-
раженного горизонта подземных вод, при значительном протяжении
зоны водоносных пород по длине тоннеля. Оси дренажных штолен
обычно располагаются параллельно оси тоннеля. При наличии не-
скольких водоносных горизонтов, а также для дренирования мощной
толщп однородных водоносных пород штольни устраиваются в несколь-
ко ярусов.

Высотное положение дренажной штольни относительно тоннеля
должно обеспечивать расположение кривой депрессии ниже подошвы
тоннеля. Расстояние дренажной штольни от оси тоннеля принимается
из условия предотвращения выноса частиц породы из-под основания
тоннеля с учетом возможного влияния штольни на статическую рабо-
ту обделки. При двустороннем притоке воды к тоннелю штольни со-
оружаются с обеих сторсу! его.

Размеры штолен назначаются аналогично обычным штольням в за-
висимости от инженерно-геологических условий и удобства их соору-
жения (рис. VII 1.4). Выбор положения транспортных штолен, соору-
жаемых в процессе строительства тоннелей для развития фронта работ,
должен производиться с учетом последующего использования этих
штолен для целей дренажа.

Продольный уклон дренажной штольни не должен быть менее
2”/00. В районах с суровым климатом во избежание замерзания воды
штольни должны располагаться вне зоны промерзания пород, входы
в штольни из тоннеля и выходы из них в припортальную выемку долж-
ны быть оборудованы утепленными дверями. Устройства, отводящие
воду из штолен, также должны утепляться.
Сооружение дренажных штолен до последнего времени являлось
одним из основных способов защиты тоннелей от подземных вод. Одна-
ко удовлетворительные результаты достигаются, как правило, лишь
в тех случаях, когда дренажными штольнями перехватывается явно
выраженный поток подземных вод. Когда же обводнение происходит
бессистемно, эффект от применения дренажных штолен резко сни-
жается.

Для осушения массивов, сложенных мелкозернистым песком, супе-
сями, суглинками, применение штолен целесообразно лишь в соче-
тания с забивными фильтрами (рис. УШ.5).

Одним из основных недостатков дренажных штолен является уве-
личение притока подземных вод в район тоннельной выработки, кото-
рая и без того сама является своеобразным дренажным сооружением.
Это ведет к вымыванию частиц породы массива и образованию пустот
за обделкой. Часто даже при двустороннем штольневом дренаже осно-
вание тоннеля не осушается. При отсутствии закономерности движе-
ния грунтовых вод целесообразность сооружения дренажных штолен
следует поставить под сомнение. Практика показывает, что иногда
устройство штолен приводит лишь к частичному осушению тоннелей
или даже увеличивает поступление воды к тоннелю.

Сочетание штольневого дренажа с вертикальными фильтрами-дрена-
ми (рис.VIII.6) или с глубокими восходящими скважинами (рис.У1П-7),
позволяет более успешно решать задачу защиты тоннеля от проник-
новения воды.

Рнс. УП1.4. Конструкция дренажных штолен:

а) транспортная штольня, переустроенная в дренажную с дренажными отверстиями
05—8 см; о) то же, с водоулавлнвающнми шпурами 0-15 длнноЛ до 3 л; в) дренажная
штольня с бетонной обделкоЛ; I — контур крепи транспортной штольни: 2 — дренажные
отверстия; 3—забутовка; 4 — водоулавливающне шпуры; 5 — бетонная обделка штолыш
План установки фильтров

Рнс. VII 1.5. Забивные фильтры п схема их установки

Заобделочные дренажные прорези, предназначающиеся для пере-
хвата подземных вод, обводняющих ограниченные поверхности обделки,
рекомендуется применять в местах тектонических нарушений горного
массива (сдвигов, сбросов, размывов), выхода отдельных подземных
источников и местах сосредоточенного' капежа и течей.

В зависимости от характера обводнения заобделочный дренаж мо-
жет охватывать часть обделки, половину ее (полукольцевая дренаж-
ная прорезь) или располагаться по всему периметру (кольцевая про-
резь) — рнс. VIII.8. Места расположения дренажных прорезей ориен-
тировочно назначаются по результатам инженерно-геологических
взысканий и обязательно должны уточняться в процессе строительст-
ва тоннеля.

Обычно дренажные прорези сооружались следующим образом.
В местах устройства дренажей обделка тоннеля прерывалась на длине
1—2 м и производилась доработка породы на необходимую глубину
в стенах и в своде выработки. Затем в месте разрыва сооружалась
обделка, а выработанное пространство заполнялось дренирующим ма-
териалом — бутовым камнем.

В суровых климатических и сложных гидрогеологических услови-
ях практика сооружения неглубоких прорезей с бетонированием об-
делки в этих местах нуждается в корректировке. Это связано с тем,
что со временем неглубокие дренажи заиливаются и перестают функцио-
нировать, а вода проникает к незащищенным участкам обделки, вызы-
вая новые течи. В зимнее время такие прорези промерзают, что иногда
приводит к разрушению части обделки. Дополнительные «холодные»
швы также увеличивают водопроницаемость обделки.
Рис. У1П.6. Дренажная штольня из блоков с отверстиями п вертикаль-
ными дренажами-фильтрами:

I — металлический лист /—220 лги; 2 — металлическая труба 0106 мм; 3— перфори-
рованная обсадная труба 0115 мм

Рис. УП1.7. Дренажная система с глубокими восходящими скважинами
298
Рис. УШ.8. Конструкции дренажных прорезей для районов
с умеренным климатом:

а) полукольцевая; б) кольцевая; 1 — железобетонные платы; 2—бе-
тонная обделка прорезп; 3 — оклеенная гидроизоляция по внутренней
поверхности железобетонных плит; 4 — забутовка; 5 — опалубка; в —
перфорированные асбоцементные трубы; 7 — водоотводные трубы
В связи с этим в районах с суровым климатом прорези необходимо
углублять и утеплять (рнс. VI 11.9), а места их расположения назначать
после окончания бетонирования всей обделки и нагнетания раствора
в заобделочное пространство. В этих местах разбирается кладка в ниж-
ней части стен (без нарушения целостности обделки по всему периметру)
и устраиваются углубленные прорези с утепленными дверями для воз-
можности осмотра, очистки и замера дебита воды и температуры. Для
улучшения дренирующей способности прорези рекомендуется забури-
вать из нее в сторону массива водоулавливающие шпуры или скважины
возможно большего диаметра (до 100—120 мм) длиной от 1,5 до Зм и бо-
лее.

Дренирование при помощи глубоких восходящих каптажных сква-
жин (см. рис. VIII.7) осуществляется при обводнении значительных
по протяженности участков тоннеля. Этот метод применяется при йе-

Рпс. УП1.9. Углубленная дренажная прорезь:

/ — асбоцементная труба; 2 — забутовка из сухого камня размером 10 с.н; 3— шпуры
диаметром 46 лгл; 4 — старогодные рельсы. Р24; 5 — дренажные отверстия 050 леи че-
рез 10 с.и а шахматном порядке; б — дверная коробка
определенном режиме движения подземных вод в слабо трещиноватом
скальном массиве.

Направление скважин зависит от ориентировки трещин и положе-
ния водоносных участков. Длина скважин назначается нз условия
пересечения всех водоносных горизонтов, трещин и сосредоточенных
скоплении воды вблизи тоннеля и колеблется от 10 до 50 м. Диаметр
скважин обычно принимается 100—120 мм в зависимости от применяе-
мого бурового оборудования. Бурение скважин производится из спе-
циально сооружаемых камер, причем скважины располагаются вееро-
образно в нескольких плоскостях. Для более полного перехвата под-
земных вод скважины смежных вееров располагаются в шахматном
порядке, а камеры устраиваются одна против другой по обеим сто-
ронам тоннеля. Размеры камер определяются условиями производства
работ и габаритами применяемого бурового оборудования.

Одним из преимуществ этого типа дренажа является то, что вода
отводится по скважинам в камеры, т. е. сбор ее осуществляется не
в непосредственной близости от обделки, как в заобделочных дренажах.
Особенно ощутимы его преимущества в условиях сурового климата,
так как скважины располагаются вне зоны промерзания пород.

Однако осушение тоннелей восходящими скважинами глубокого
бурения не может быть вполне эффективным при поступлении воды
с боков тоннеля, особенно на уровне фундаментов стен — между буро-
выми камерами. В этом случае целесообразно нз дренажных штолен
пробурить скважины, обеспечивающие перехват воды при наличии на
этом уровне водоупора, или располагать штольни так, чтобы они пони-
жали кривую депрессии ниже уровня основания тоннеля.

В растворимых и вымываемых породах с целью предотвращения
засорения скважин и нарушения их работы необходимо применять
обсадные перфорированные трубы.

Забивные фильтры (см. рис. VIII.5) играют такую же роль, что
и дренажные скважины, но применяются в слабых малосвязных,
легко вымываемых породах и в сыпучих грунтах с малой водоотдачей.

Фильтры представляют собой металлические перфорированные
трубы диаметром 150—250 мм, вдавливаемые в породный массив при
помощи специальных домкратов грузоподъемностью до 200 Т. Для
удобства установки трубы разделены на секции, стыкуемые по мере
продавливания. После вдавливания труба заполняется песчано-гра-
вийной смесью, которая задерживает частицы породы, вымываемые
подземными водами нз массива. Установка фильтров производится
нз специальных камер или штолен аналогично предыдущему случаю.

При заложении тоннелей в вымываемых, но крепких породах, в ко-
торые вдавливание Затруднительно или невозможно, рекомендуется
бурение скважин с установкой обсадных перфорированных труб, за-
полняемых впоследствии гравием. Для продления срока службы
фильтров их необходимо периодически промывать водой, нагнетаемой
в трубы под давлением.

В связи с особой важностью обеспечения эффективной работы вну-
тритоинельиого водоотвода этот вопрос рассматривается более подроб-
но в следующих параграфах.
§ 42. Внутритоннельный водоотвод

Внутритоннельный водоотвод предназначается: для отвода из тон-
неля воды, собираемой дренажными устройствами, не имеющими само-
стоятельного водоотвода; для сбора и отвода подземных вод, поступаю-
щих через обделку в тоннель в результате недостаточно эффективной
работы дренирующих устройств; удаления конденсационной влаги
и вод производственного характера, попадающих в тоннель в процессе
его эксплуатации.

К внутритоинельным водоотводным устройствам относятся само-
течные коллекторы, лотки и отводы от дренажных прорезей к лоткам.

Дренажные коллекторы применяются для перехвата и отвода на-
порных вод, поступающих в тоннель снизу. Они представляют собой
лоток из сборных железобетонных звеньев, укладываемых по оси тон-
неля в специально подготовленную траншею (рис. УШЛО). Коллектор
должен находиться ниже зоны промерзания пород.

Размеры поперечного сечения коллектора должны обеспечи-
вать пропуск наибольшего притока подземных вод. В целях преду-
преждения неравномерных осадок звенья коллектора укладываются
на подготовку из бетона низких марок. Между звеньями оставляется
зазор от 1 до 5 см или в самих звеньях предусматриваются отверстия
для пропуска воды. Вокруг трубы устраивается дренирующая засыпка
из щебня или гравия для предотвращения вымывания частиц породы,
окружающей траншею. Через 50 м по длине коллектора устраиваются
смотровые колодцы.

Водоотводные лотки сооружаются вдоль всего тоннеля параллель-
но его оси обычно с тем же продольным уклоном, что и путь или проез-
жая часть в тоннеле. Минимальный уклон лотков допускается для
железнодорожных тоннелей 3°/00, в особо трудных топографических
условиях — 2°/00, а в суровых климатических условиях — 6°/00.
В автодорожных тоннелях минимальный уклон принимается рав-
ным 4°/00.

В соответствии с нормами проектирования тоннелей (СНиП П-Д.
8—62) водоотводные лотки в железнодорожных тоннелях распола-
гаются: в однопутных тоннелях подковообразного очертания — у од-
ной из стен. В случае боль-
шого ожидаемого притока
воды (ориентировочно бо-
лее 200 м31ч при уклоне
3%о) допускается устрой-
ство лотков у обеих стен
тоннеля; в двухпутных
тоннелях подковообразно-
го очертания — по оси
междупутья; в однопутных
тоннелях кругового очер-
тания — по оси пути.

Однако расположение
лотков по оси пути или

Рис. УШЛО. Дренажный коллектор:

1 — дренирующая засыпка из гравия; 2 — труба кол-
лектора; 3 — подготовка вз бетона; 4—стяжка из
бетона
тоннеля вызывает ряд существенных затруднений при эксплуатации,
поэтому рекомендуется располагать их, как правило, у стен, в том
числе и в двухпутных тоннелях.

В автодорожных тоннелях вода отводится по лоткам (рис. VIII.II)
или по трубам через водоприемники, закрытые металлическими решет-
ками и устанавливаемые через 100 м в приемные колодцы централь-
ного дренажного коллектора.

Водоотводные лотки тоннелей отличаются большим разнообразием
конструкций и особенно материалами теплоизоляции. В районах с уме-
ренным климатом они могут не утепляться, в суровых же условиях
необходима тепловая защита для предотвращения перемерзания.

Если водоотводные лоткн ие утеплены или утеплены недостаточно,
в зимнее время происходит частичное или полное их перемерзание,
в результате чего вновь поступающая вода выходит на путь, образуя
наледи, нарушающие условия нормальной эксплуатации тоннелей
и участка железнодорожной линии. Работы по околке и уборке льда
нз тоннелей весьма трудоемки и требуют больших затрат. Эти работы
выполняются в основном в «окна», что нарушает условия нормальной
эксплуатации линии.

Нередко отогревание замерзших лотков приходится производить
при помощи отработанного пара паровоза, для чего необходимы
длительные перерывы в движении поездов.

До недавнего времени для утепления водоотводных лотков приме-
нялись в большинстве случаев засыпкн из отсортированного паровоз-
ного и доменного шлака и блоки из легких бетонов (керамзитобетон
и шлакобетон). Однако большинство нз этих конструкций оказывает-
ся малоэффективным. Поучительным примером служат лотки с утепле-
нием из керамзитобетонных и шлакобетонных блоков и со шлаковой
засыпкой иад перекрытием (рис. VIII. 12), примененные на Восточно-
Сибирской железной дороге.

Неудовлетворительная работа указанных конструкций лотков
объясняется прежде всего значительным снижением теплоизоляцион-
ной способности шлако- и керамзитобетоииых блоков и шлаковых за-
сыпок в условиях постоянного увлажнения при значительных отрица-
тельных температурах и малых дебнтах. Увеличение же размеров теп-
ловой изоляции из этих материалов нерационально или невозможно
по конструктивным и экономическим соображениям.

В последние годы внедряются новые теплоизоляционные материа-
лы— пенопласт, пеностекло, стекловата и др., имеющие значительно
лучшие теплофизическне свойства. Конструкция лотка, утепленного
пенопластом, показана на рис. VIII.13.

Однако новые теплоизоляционные материалы пока еще дороги
и дефицитны. Кроме того, в суровых условиях при малых расходах —
пбрядка 2—3 м3/ч применение даже наиболее совершенных утепляю-
щих материалов (в пределах разумных конструктивных размеров) не
гарантирует надежной работы водоотводных лотков.

В связи с этим разрабатываются конструкции с комбинированным
утеплением — конструктивным в сочетании с искусственным обогре-
вом (рис. VIII.14). В качестве дополнительного источника подогрева
Рис. VIII.! I. Водоотводные лотки в автодорожных тоннелях (для районов с уме-
ренным климатом):

л) открытый лоток; б) закрытый лоток; в) водоприемник с асбоцементной пли железобе-
тонной трубой; 1 — чугунная решетка (трап); 2 — приемный колодец; 3 — водоотводная
груба	___

шаниош

Рнс. VIII.12. Утепление водоотводных лотков:

л) шлаком и керамзптобетоноы; б) шлакобетоном; / — керамзнтобетон; 2 — шлаковая засып-
ка; 3 — шлакобетон

Рнс. VIII. 13. Конструкция лот-
ка. утепленного пенопластом:
2 — балласт; 2 — керамзптобетон-
ныП блок; 3 — железобетонная
крышка: 4 — обделка тоннеля: 5 —
плиты пенопласта; 6 — жесткое ос-
нование

Рис. VIII.14. Комбинированное утепление
лотка:

1 — железобетонная крышка; 2 — железобетон-
ный блок; 3 — шпур; 4 — ТЭН; 5 — пенопласт
Рис. VIII,16. Узел примыкания перепусков к колодцу
могут применяться паропроводы, трубопроводы с горячей водой, труб-
чатые и коаксиальные электронагреватели.

Обогрев паропроводом и трубопроводом с горячей водой связан
с необходимостью содержания котельных и постоянного дежурства
обслуживающего персонала, защитой труб от коррозии, большим
расходом труб и т. д. Этих недостатков лишен способ обогрева электри-
ческими нагревателями при соответствующей отладке электрической
цепи и автоматическом управлении работой нагревательных эле-
ментов.

Лотки собираются из типовых железобетонных блоков (рис. VIII. 15).
Сечение лотка 30x30 см обеспечивает при наименьшем уклоне 0,003
пропуск расхода около 200 м31ч (без учета заиливания). В случае
больших притоков воды сечение лотков должно быть увеличено цо ин-
дивидуальному проекту или применено двустороннее расположение
лотков.

Колодцы (рис. VIII. 16) устраиваются в местах выпуска воды из-за
обделки (т. е. напротив каждой прорези), но не реже чем через 40—
50 м для возможности прочистки лотка без снятия его крышки.

Тенденция к применению наиболее эффективных теплоизоляцион-
ных материалов и электрообогрева вполне своевременна, однако боль-
шинство предлагаемых конструкций утепленных и обогреваемых лот-
ков нуждается в экспериментальных и производственных испытаниях.

§ 43. Теплотехнические расчеты
водоотводных лотков

Несмотря на проектируемые меры тепловой защиты лотков, все же
зачастую происходит их перемерзание. Частично это объясняется не-
совершенством методов теплотехнических расчетов лотков, особенно
в части выбора исходных предпосылок, принимаемых по аналогии
с расчетами обычных наземных ограждающих конструкций. Трудность
задачи определяется чрезвычайной сложностью теплообменных про-
цессов, происходящих в системе «лоток — ограждающие конструк-
ции — атмосфера».

Для предотвращения льдообразования в лотках необходимо под-
держать определенный тепловой режим. Расчетная температура воды,
при которой нет опасности ее замерзания, принимается обычно рав-
ной плюс 2° С.

Тепловой режим лотка определяется интенсивностью теплопере-
дачи от теплоносителей (воды или воздуха лотка) через стенки лотка
и тепловую изоляцию к среде, окружающей лоток — породе, бетону
обделки, тоннельному воздуху.

Обычно при проектировании тепловой защиты лотков их конструк-
ция расчленяется на элементы (перекрытие, стенки, дио) и для опре-
деления теплопотерь используются методы, применяющиеся при рас-
четах ограждающих конструкций наземных зданий и сооружений,
основанные на закономерностях теплопередачи через многослойные
пластины. При этом предполагается, что температуры сред по обе сто-
306
роны пластины не меняются и зависят в основном от средней темпера-
туры самой холодной пятидневки, т. е. рассматривается стационарный
режим теплопередачи.

Теплопотери стенками и перекрытием лотка в ккал/ч опреде-
ляются по формуле

(VIII.!)

где — коэффициент теплопередачи, ккал!м2ч-град-,

—	площади элементов лотка и утеплителя, м2;

—	перепад температур между внутренней и наружной поверх-
ностями рассматриваемого элемента, град.

Варьируя материалом и размерами теплоизоляции, определяют
коэффициент теплопередачи для каждого варианта конструкции по
формуле

ав Хл Ху

где ап и аи — соответственно, коэффициент тепловоспрнятня и тепло-
отдачи поверхности, ккал!м2ч-град (табл. VIII.1);

бл и бу — толщина железобетонного элемента лотка и слоя утеп-
лителя, м\

Ал и Ху — коэффициенты теплопроводности материала элемента
лотка и материала утеплителя, ккал/мч- град
(табл. VIII.2).

Потери тепла через дно лотков О» обычно принимаются в пределах
(0,2—0,25)

Суммарные тепловые потери лотков

ОЛ = О1 + О2.	(МП.З)

Для предотвращения перемерзания лотков суммарные теплопотери
не должны быть больше количества тепла, подаваемого в лоток.

Если теплоносителем является вода (расход фв м9/ч), поступающая
в лоток с температурой н охлаждающаяся до температуры /2, то ее
тепловыделение

Ов = $„1000 & - 4).

(VIII.4).

При О„ > Сл лотки считают незамерзающими. В противном случае
недостающее количество тепла должно быть подано в лоток дополни-
тельным источником — например, нагревательными элементами.

Т абли ца VIII.!
Коэффициенты тепловосприятия и теплоотдачи

Элемент	Коэффициенты	
	“в	«Н
Перекрытие лотка		7,5	20
Стенка и дно 		7,5	5
Т а блица УП1.2

Расчетные величины коэффициента теплопроводности X некоторых
строительных материалов в условиях повышенной влажности,
ккал/м ч-град (СНиП П-А.7-62)

Наименование материалов	Объемный вес. кГ/м*	?.	Наименование материалов	Объемный вес, кГ/ л’	7.
Железобетон 		2500	1,51	Гаэостекло п пеностекло	400	0,13
Бетон на гравии пли			То же		300	0,11
щебне из природного			Шлак топливный (засып-		
камня 		2400	1,38	ка)		1000	0,28
Шлакобетон на топлив-			То же		700	0,21
ном шлаке 		1800	0,82	Шлак домеип й грану-		
То же		1000	0.38	лпрованнын		900	0,24
Шлакобетон на доменных			То же		500	0,15
гранулированных шла-			Керамзит		900	0,38
ках		1800	0,6	То же		500	0,2
То же		1200	0,45	» 		300	0,14
Керамзитобетон ....	1800	0.77	Мипора		20	0,045
» 		1000	0.33	Пенопласт ПХВ ....	190	0,055
»		’	.	о	400	0,17	» ПС		70	0,045
Газобетон, пенобетон	1000	0,38	Стиропор 		30	0,045
То же		600	0,2			
» 		400	0,13			

Возможен другой путь расчета, при котором задаются размерами
и материалом теплоизоляции одного из элементов лотка (стенки или
перекрытия) и по расчетному расходу воды <2П с учетом уклона лотка
определяют необходимую толщину утеплителя другого элемента.

Рассмотренная методика расчета является относительно условной
и не полно отражающей реальное развитие процесса теплопередачи
во времени, однако простота расчетов и отсутствие более строгого ре-
шения делают ее приемлемой для проектирования.

При этом исходные расчетные предпосылки должны приниматься
на основании особенно тщательного анализа данных натурных наблю-
дений и опыта эксплуатации тоннелей в аналогичных условиях. Осо-
бое внимание должно уделяться правильному выбору расчетного деби-
та лотка, расчетных температур воздуха в тоннеле и температуры сре-
ды, окружающей лоток.

В расчетах следует исходить из минимального ожидаемого дебита.
Однако прогнозирование дебита иа стадии проектирования лотков
возможно лишь очень приближенно, поэтому уверенно рассматривать
водный поток как теплоноситель можно лишь в случаях, когда нет
сомнений в достоверности прогноза притока воды к проектируемому
тоннелю, или имеются данные натурных наблюдений, подтверждаю-
щие устойчивость притоков к эксплуатируемому тоннелю.

При этом следует иметь в виду, что одним из важнейших факторов,
влияющих на теплообмен, является температура воды, поступающей
в лоток и выходящей из него у портала. В расчетах обычно принимают-
ся величины этих температур соответственно плюс 4° С и плюс 2° С.
308
Однако натурные наблюдения показывают, что зачастую такое пред-
положение не отвечает действительности. Это особенно важно в связи
с тем, что изменение температуры воды даже на Г С против расчетной
в ту или другую сторону резко влияет на величину теплопотерь лотка
и тепловыделений воды. При этом действительные тепловыделения мо-
гут в 1,5—2 раза отличаться от расчетных.

При неопределенности притоков и температуры воды, поступающей
в лоток, надежнее пренебречь в расчетах тепловыделением воды, ком-
пенсируя теплопотери лотка искусственным обогревом.

Расчетная температура воздуха в тоннеле в теплотехнических рас-
четах дренажных лотков чаще всего принимается равной средней
температуре самой холодной пятидневки. Такая рекомендация доста-
точно правомерна при расчете ограждающих конструкций зданий
и сооружений, так как эти конструкции имеют сравнительно боль-
шой запас тепловой инерции, и потери тепла зданиями и сооруже-
ниями происходят относительно медленно. Кроме того, краткосрочное
понижение температуры ниже принимаемой расчетной, как правило,
не вызывает каких-либо катастрофических последствий для внутрен-
него оборудования и самих объектов, тогда как даже сравнительно крат-
ковременные (1—2 суток) понижения температур воздуха в тоннеле
ниже расчетных могут повлечь быстрое перемерзание лотка в результа-
те резкого повышения тепловых потерь через перекрытие. В частно-
сти, наблюдениями установлено, что в большинстве сибирских тонне-
лей при среднесуточной температуре воздуха около —30° С, наблюда-
емой в течение 1—3 суток, температура воды в лотках составляет плюс
0,5 4- 1,5° С, т. е. близка к точке замерзания (при малых дебитах и ско-
рости течения). В этих условиях даже кратковременное дополнитель-
ное понижение температуры воздуха вызывает замерзание воды в
лотках.

В связи с этим рекомендуется при подсчете теплопотерь через пе-
рекрытие лотков принимать расчетную температуру воздуха в тонне-
ле равной среднему из абсолютных минимумов по данным многолетних
наблюдений, приводимым в климатологических справочниках.

В заключение следует отметить, что существующие методы и объем
гидрогеологических обоснований, связанных с проектированием водо-
отводных и водозащитных систем, недостаточно точны и обширны. Не-
достаточно полный учет местных физико-географических, климатиче-
ских и гидрогеологических условий значительно снижает точность
гидрогеологических расчетов и прогнозов, тем самым предопределяя
невысокую эффективность инженерных мероприятий и конструкций,
защищающих тоннели от обводнения. Одновременно с необходимостью
повышения требований к данным гидрогеологических изысканий и про-
гнозов следует считать обязательным корректирование проекта по ре-
зультатам квалифицированного комиссионного обследования фактиче-
ских гидрогеологических условий, устанавливаемых при проходке
тоннелей, допуская в самых широких пределах обоснованные измене-
ния принятых ранее проектных решений.
КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И ГРУНТОВ

Классификация составлена на основе главы СНиП IV—10 «Земляные работы»»
Ведомственных норм н расценок на строительные, монтажные и ремонтно-строи-
тельные работы (сборник В-9). Единой классификации горных пород по буримо-,
сти (ЕШБ) п данных, приведенных в литературе. Время чистого бурения дано
для стандартных условий (см. табл. VI 1.7 настоящего пособия). В условиях, от-
личных от стандартных, в расчеты производительности бурильных машин вво-
дятся поправочные коэффициенты (см. таблицы У^И.в—11).

В классификации даны значения удельного коэффициента упругого отпора
пород Л®. Для получения величины коэффициента упругого отпора пород по бо-
ковой поверхности обделкн (Л) используется зависимость ко=кЬ, где Ь — полу-
пролет выработки в лк

Коэффициент кре- пости по Прото- дьяконову	Группа грунтов к пород по СНиП IV- 1 ОН	Наименование н характе- ристика горных пород и грунтов	Объемная масса у | (ш/лР)		Угол внутреннего | трения <р (град) —	Коэ||и|>11Циеит удельного отпора породы («Г/с.на) к9	( Время чистого буре- ния | м шпура о стандартных I ус лоциях, лшн	1	Способ разработки и рекомендуемое оборудованне и инструменты
20—25	XI	Диабаз особо крепкий, не затронутый вывет- риванием  Кварцит мелкозернистый Коренные глубинные породы (граниты, гней- сы, диориты,сиениты, порфириты, габбро и др.) мелкозернистые, не затронутые вывет- риванием;' коренные налившиеся породы (андезиты, базальты, трахиты и др.) микро- структурные, не затро- нутые выветриванием  Мелкозернистый кварцит Кремнистые сланцы	2,9  3  3.3  3  2,6	87—88	5000—  6000	20—32	Буро-взрывной спо- соб. Буровые ра- мы, тяжелые, ручные и колон- ковые перфора- торы с бурами, армированными твердым сплавом
16—19	X	Диабаз крепкий, не за- тронутый выветривани- ем; кварцит без слан- цеватости  Мелкозернистые, не за- тронутые выветрива- нием граниты, гнейсы, диориты, сиениты, пор- фириты, габбро; анде- зиты, базальты, тра- хиты без следов вывет- ривания  Окремненные сланцы	2,8  3,1  2.6	86—87	4000—  5000	17—20	То же
Коэффициент кре- пости по Прото- дьяконооу	Группа грунтов н пород по СНиП 1\М0|	Наименование и характе- ристика горных пород и грунтов	1 Объемная масса у 1  <т/л»)	о	Угол внутреннего трения ф (град)	X110 НТ го отпора (кГ/ем3) /г0		Время чистого буре-Н нин 1 м шпура	II  п стандартных условиях, мин	Способ разработки и рекомендуемое оборудование и инструменты
					Коэфф III УЛОЛЫЮ	породы		
14—16	IX	Диабаз слабо выветрив- шийся, кварцит с за- метной сланцеватостью Известняк плотный ок- варцованный  Среднезеринстые, не за- тронутые выветрива- нием граниты, гнейсы, диориты,	сиениты,  порфириты, габбро  Андезиты,	базальты,  трахиты со следами выветривания	2,7  3,1  2,9  2,8	84—85	2500— 4000		13—17	Буро-взрывной спо- соб СБУ-2 и СБУ-4. Буровые рамы, тяжелые ручные и колон- ковые перфора- торы с бурами, армированными твердым сплавом
10—14	VIII	Диабаз сильно вывет- рившийся, сланцевый кварцит  Крепкий доломит, креп- кий доломнтнзнрован- ный известняк, конгло- мерат с галькой нз из- верженных пород на известковом и кремни- стом цементе  Граниты, гнейсы, диори- ты, порфириты, сие- ниты, габбро крупно- зернистые, не затро- нутые выветриванием  Слабо выветрившиеся аидезнты, базальты, трахнты; песчаник иа кварцевом цементе; песчаник кремнистый очень плотный  Песчаные крепкие слан- цы	2,6  2,9  2,8  2,7  2,5	82—84	2000— 2500		9—13	То же. Буры ар- мируются твер- дым сплавом
6—9	VII	Доломит плотный  Змеевик крепкий; кон- гломераты из осадоч- ных пород на кремни- стом цементе; сильно выветрившиеся анде- зиты, базальты, тра- хиты; песчаник плот- ный	2.8  2,6	75-80	1500—  2000		6—9	Буро-взрывной спо- соб СБУ-2 и СБУ-4. Буровые рамы, ручные и колонковые пер- фораторы сред- него веса с бу- рами, армиро-
Коэффициент кре- пости по Прото- дьякопову	Группа грунтов и | пород по СНиП IV-Г ।	Наименование и характе- ристика горных пород II грунтов	Объемноя масса V !  (т/м3)		1	Угол внутреннего 1 трепня <р (град)	Коэффициент удельного отпора породы (кГ/см3) к.	Время чистого буре- ния 1 м шпура и стандартных условиях, мин	Способ разработки и рекомендуемое оборудование к инструменты
		Известняк мергелистый плотный; мелкозернис- тые выветрившиеся граниты; гнейсы, дио- риты, сиениты, пор- фириты, габбро, мра- мор  Кварцит сланцевый вы- ветрившийся  Сланцы окварцовакные и слюдяные  Ангидрид  Бокситы плотные, сред- незерипстые выветрив- шиеся граниты, гней- сы, диориты, порфи- риты, габбро	2,7				ванными твердым сплавом
			2,5  2,3  2,9  2,6				
4—6	VI	Доломит мягкий порис- тый выветрившийся  Змеевик средней крепо- сти; мергель крепкий, песчаник глинистый  Известняк мергелистый слабый, конгломераты из осадочных пород на извест ковом цементе; песчаник слабый на известковом цементе  Сланцы крепкие	2,7  2,5  2,3  2,8	65—75	400— 1500	4—6	Буро-взрывнойспо- соб СБУ -2 н СБУ-4. Среднего веса и легкие перфораторы на пневмоподдерж- ках с бурами, армированными твердым сплавом
2—4	V	Змеевик выветрившийся Конгломераты из оса- дочных пород на гли- нистом цементе  Граниты, гнейсы, диори- ты, сиениты, порфири- ты, габбро крупно- зернистые выветрив- шиеся  Мел плотный  Мергель средней плот- ности  Пемза, туф  Песчаник выветрившийся  Сланцы глинистые сред- ней крепости н слабо выветрившиеся	2,4  2,1  2,5  2,6  2,3  1,1  2,2  2,7	60—65	150— 400	3,3—4	Буро-взрывной спо- соб- Легкие руч- ные перфорато- ры и электро- сверла
Коэффициент кре- | пости по Прото- 1  Дьяконову  - 	Группа грунтов и пород по СНиП IV-	Наименование к характе- ристика горных пород 11 Грунтов	Объемная масса у » (м/Л*)	II	8  || (рш/г) Ф иннаИх оаэннэбхЛна цчпд	Коэффициент	1  удельного отпора , породы (кГ/см5) к„	| Время чистого буре- ния I л шпура в стандартных условиях, мин	Способ разработки и рекомендуемое оборудование и инструменты
1,5—2	IV	Гипс	2,2				Ручными пневма-
		Глина твердая; сланцы	2				тическпми ин-
		выветрившиеся					струментами н
		Конгломераты слабо сне-	1,9	30—40	100		буро-взрывным
		ментнрованные; мер- гель мягкий				3—3,3	способом
							
		Мел мягкий, крепкий	1.6				
		каменный уголь					
0,8—1	III	Глина	слежавшаяся	2				Ручными пневма-
		с примесью гальки,					тическнмн пн-
		гравия, щебня; глниа тяжелая, ломовая без		28—30	60		струментами
		примеси  Глина сланцевая	2				
		Лёсс отвердевший	1,6				
0,6—	II	Глина жирная, мягкая; лёсс	естественной	1.6				То же
0,8							
		влажности, смешанный					
		с галькой, гравием или щебнем					
		Песок естественной влаж- ности с прнмесыо галькн, щебня, гравия более 10% по объему  Суглинок тяжелый, а также легкий н лёссо- видный с прнмесыо гальки, щебня, гравия более 10% по объему Супесок с прнмесыо гра- вия, галькн, щебня более 10% по объему	1.7  1,75  1,8	25—28	—	—	
							
							
о; 5—	- I	Лёсс естественной влаж-	1.6				Разработка чер-
0,6		ности, рыхлый					лающими маши-
		Песок естественной влаж-	1.6				нами
		нести спрнмесыогаль- кн, щебня, гравия до 10% по объему		20—25			
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	А р б у з о в Г. В. Вентиляция тоннелей метрополитенов. М., Трацсжел-
дориздат, 1950. 88 с.

2.	А р х а и г е л ь с к н й М. М., Джинчарадзе Д. И., Курись-
к о А. С. Расчет тоннельных обделок. М., Трансжелдорнздат, 1960. 344 с.

3.	А с с о н о в В. А., Докучаев М. М., К у к у н о в И. М. Буро-
взрывные работы. М., Госстройнздат, 1960. 408 с.

4.	Б о г о р о д е ц к и й А. А. Подводные тоннели. Л., изд. ЛИИЖТа,
1967. 92 с.

5.	Б у г а е в а О. Е. Проектирование обделок транспортных тоннелей. Л.,
нзд. ЛИИЖТа, 1966. 75 с.

6.	В а х у р к и н К. А., Волков В. П. п др. Тоннели т. I и II. М.,
Трансжелдорнздат, 1945. 352 с. и 702 с.

7.	В е л и ч к и и Е. А., Л е н е ц П. Т. Строительство тоннелей и метропо-
литенов. М., «Транспорт», 1971. 390 с.

8.	Волков В. П., НаумовС. Н., П и р о ж к о в а А. Н. Тоннели и
метрополитены. М., «Транспорт», 1964. 631 с.

9.	В о л к о в В. П. Тоннели. М., «Транспорт», 1970. 408 с.

10.	В о р о н и н М. И. Технико-экономическое сравнение вариантов мосто-
вых переходов, тоннельных н бестоинельных пересечений перевалов при проек-
тировании новых железных дорог. Л., изд. ЛИЮКТа, 1966. 46 с.

11.	Г и б ш м а н А. Е. н др. Экономические изыскания, основы проектиро-
вания н строительства железных дорог. М., «Транспорт», 1970. 278 с.

12.	Г л н к н и И. В. Организация и экономика строительства тоннелей.
М., Трансжелдорнздат, 1962. 187 с.

13.	Г о л и ц ы н с к п й Д. М., Подчекаев В. А., Фролов Ю. С.
Применение набрызг-бетона при строительстве п реконструкции железнодорож-
ных тоннелей. Л., ЛИИЖТ, 1971. 17 с.

14.	Г о р е л н к А. М., Сахарова М. П. Применение электроразведки
при инженерно-геологических изысканиях на железных дорогах. М., Трансжел-
дориздат, 1951. 159. с.

15.	Г о р и и о в А. В. Изыскания и проектирование железных дорог, т. I,
М., Трансжелдорнздат. 1961. 336 с.

16.	Гришаев В. И. Вентиляция тоннелей на железных дорогах. М.,
Трансжелдорнздат, 1961. 123 с.

17.	Г р и ш а е в В. И. Железнодорожные тоннели. М., Трансжелдорнздат,
1963. 383 с.

18.	Д а в ы д о в С. С. Расчет и проектирование подземных конструкций.
М., Стройнздат, 1950. 376 с.

19.	Д а х н о в В. Н. К познанию недр Земли. М., «Недра», 1968. 144 с.

20.	Д у б р о в н н Е. Н. н др. Пересечения в разных уровнях на городских
магистралях. М., Стройнздат, 1968. 277 с.

21.	Е р ж а и о в Ж- С. Конструирование л расчет набрызг-бетонной крепи.
М., «Недра», 1971. 173 с.

22.	3 и и о в ь е в А. Ф. и др. Макетно-модельный метод проектирования.
М., Стройнздат, 1965. 247 с.
23.	3 у р а б о в Г. Г., Б у г а е в а О. Е. Гидротехнические туннели гидро-
электрических станций. М., Госэнергопздат, 1962. 719 с.

24.	К о м п а н н е ц С. А. Тоннели на железных дорогах. Новосибирск.
Зап. Сиб. изд-во, 1965. 326 с.

25.	К о м п а н и е ц С. А., П о п р а в к о А. К. Проектирование тоннелей,
сооружаемых горным способом. Новосибирск, НИИЖТ, 1966. 79 с.

26.	К о м п а н и е ц С. А., П о п р а в к о А. К., Ф р о л о в 10. С. Проекти-
рование тоннелей, сооружаемых щитовым способом. Новосибирск, НИИЖТ,
1968. 70 с.

27.	К у з и е ц о в Г. Н. п др. Моделирование проявлений горного давления.
Л., «Недра», 1968. 279 с.

28.	Л и м а н о в Ю. А. Осадки земной поверхности при сооружении тонне-
лей в кембрийских глинах. Л., изд. ЛИИЖТа, 1957. 238 с.

29.	Лиманов Ю. А. Метрополитены. М., «Транспорт», 1971. 358 с.

30.	Маковский В. Л. Тоннели. М., изд-во Академии Архитектуры и
строительства СССР. 1947. 763 с.

31.	М а с л о в Н. Н. Прикладная механика грунтов. М., Машстройпздат,
1949. 328 с.

32.	М а с л о в Н- Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии.М.
Автотрансиздат, 1961. 707 с.

33.	Материалы в машиностроении. Справочник, т. 4. Чугун, М., «Машино-
строение», 1969. 248 с.

34.	Методические указания по сравнению вариантов проектных ре-
шений железнодорожных линий, узлов и станций. ЦНИИС и Гнпротранстэи
МПС, М., 1968. 315 с.

35.	Метрострой. Сборник технической информации. 1958—1972 гг.

36.	М н н д е л и Э. О. Буро-взрывные работы при подземной добыче полез-
ных ископаемых. М., «Недра», 1966. 555 с.

37.	Мостков В. М. Строительство подземных сооружений большого се-
чения. М., Госгортехнздат, 1963. 308 с.

38.	М о с т к о в В. М., В о л л е р И. Л. Применение набрызг-бетона при
проведении горных выработок. М., «Недра», 1968. 127 с.

39.	НаумовС. Н. Тоннели и метрополитены. Курс лекций по разделу
«Горные тоннели», М., изд. ВЗИИТ, 1961. 278 с.

40.	НаумовС. Н. Проектирование тоннелей, сооружаемых горным спо-
собом. М., МНИТ, 1969. 75 с.

41.	Нифонтов Б. И. и др. Строительство подземных сооружений. М.,
«Недра», 1966. 294 с.

42.	О г и л ь в н А. А. Геофизические методы исследований. М., изд.
Московского университета, 1962. 412 с.

43.	ОрловС. А. Методы статического расчета сборных железобетонных
обделок тоннелей. М., Госстройнздат, 1961. 136. с.

44.	П а с с е к А. Н. Подводные тоннели. М., Трансжелдорнздат, 1933.
219 с.

45.	Плотников Н. И. и др. Подземные воды рудных месторождений.
М., Металлургпздат, 1957. 614 с.

46.	П о к р о в с к п й Н. М. Сооружение и реконструкция горных вырабо-
ток. ч. I. М., Госгортехнздат, 1962. 378 с.

47.	Пол яков А. X. Проектирование вентиляции тоннелей. М., Строй-
издат, 1971. 144 с.

48.	Постройка тоннелей. Под ред. Часовнтнна П. А. М., Мннтрансстрон,
1958. 410 с.

49-	. Пояснительная записка к эскизному проекту тоннеля под р. Волгой у
г. Н. Новгорода. М., 1915. 674 с. Альбом чертежей к эскизном}' проекту тоннеля
под р. Волгой у г. Н. Новгорода. М., 1917. 54 л. чертежей.

50.	Предложения по применению геофизических методов прн инженерно-ге-
ологических исследованиях тоннельных участков. М., ЦНИИС Минтрансстроя,
1970. 58 с.

51.	Протодьяконов М. М. Методы оценки трещиноватости прочных
горных пород в массиве. М., Институт горного дела им. А. А. Скочинского,
1964. 32 с.
52.	Р ж е в с к и н В. В., Н о в а к Г. Я- Основы физики горных пород. М.,
«Недра», 1967. 288 с.

53.	Р ы б п п Н. И., М а к с и м о в П. С., Ш л я п и н К. Б. Рекомендации
по совершенствованию буро-взрывных работ в тоннелестроении. М., ЦНИИС
Мннтрансстроя, 1963. 45 с.

54.	С е д н А. В., Чумаков Ю. Л., Кубасов А. У., Гулев-
с к н й А. Ф. Автомобильные дороги, ч. I. М., «Транспорт», 1967. 360 с.

55.	С е м е в с к п й В. Н. н др. Штанговая крепь. М., «Недра», 1965.
328 с.

56.	Справочник по инженерной геологии. Под общей редакцией Чурико-
ва М. В., М., «Недра», 1968. 540 с.

57.	Справочник строителя транспортных тоннелей. Под ред. Часовптпна
П. А., «Транспорт», 1965. 767 с.

58.	Справочное пособие заказчика. М., Стройнздат, 1970. 351 с.

59.	С т о л я р о в а Т. А. Методика определения экономической эффектив-
ности капитальных вложений п внедрения новой техники. Л., изд. ЛИИЖТа,
1965. 35 с.

60.	Тоннельные машины и тоннельный транспорт. Под ред. Часовптпна П. А.
М., «Недра», 1966. 323 с.

61.	Транспортное строительство. Научно-технический и производственный
журнал Мннтрансстроя. 1960—1972.

62.	Ф а й н Я С., Д м п т р п е в А. Л. Примеры проектирования автодорож-
ных тоннелей. Автотранснздат, М., 1957. 187 с.

63.	Федын ск и и В. В. Разведочная геофизика. М., «Недра», 1967. 672 с.

64.	Ц о д и к о в В. Я- Вентиляция и теплоснабжение метрополитенов. М.,
«Недра», 1968. 408 с.

65.	Ц ы т о в и ч Н. А. Механика грунтов. М., «Высшая школа», 1968. 259 с.

66.	Ц ы т о в и ч Н. А. п др. Основания и фундаменты. М., «Высшая школа»,
1970. 382 с.

67.	Шапошников Н. Н. Расчет тоннельных обделок методом переме-
щений с использованием ЭЦВМ. М., МНИТ, 1969. 59 с.

68.	Ш а х у н я н ц Г. М. Железнодорожный путь. М., «Транспорт», 1969.
536 с.

69.	Ш в а ч и н с к н й М. Исследование вопроса строительства транспорт-
ных тоннелей в условиях Польши. Автореферат кандидатской диссертации. Л.,
Изд. ЛИИЖТа, 1969. 20 с.

70.	Э с т е р о в Я. X. и др. Буро-взрывные работы на транспортном строи-
тельстве. М., «Транспорт», 1966. 399 с.

Нормативные материалы

71.	Временные методические указания по статическому расчету сборных
железобетонных обделок тоннелей. ЦНИИС. М., 1959. 86 с.

72.	Временные технические условия производства тоннельных работ (ВТУ—
Т4—55), М., Мннтрансстрой, 1955. 112 с.

73.	Временные указания на изготовление и применение эпоксиднофурановой
мастики для герметизации городских подземных железобетонных сооружений
(ВСН—9—68). М., Главмосстрой, 1968. 14 с.

74.	Единые правила безопасности при взрывных работах. М., «Недра», 1968.
319 с.

75.	Инструкция по устройству цементобетонных покрытий автомобильных
дорог (ВСН 139—68). Мннтрансстрой. М., «Транспорт», 1968. 88 с.

76.	Правила безопасности на строительстве метрополитенов и тоннелей. М.,
Оргтрансстрой, 1961. 370 с.

77.	Предварительно напряженные облицовки напорных гидротехнических
тоннелей. М. —Л., Госэнергоиздат, 1955. 59 с.

78.	Рекомендации по применению бетонов и растворов с добавками полиме-
ров. М., Стройнздат, 1968. 25 с.

79.	Строительные нормы п правила (СНнП): Строительная климатология и
геофизика (П-А. 6-62). Строительство в сейсмических районах (П-А. 12-62). Ос-
316
новация зданий н сооружений (П-Б. 1-62). Бетонные и железобетонные конструк-
ции (П-В. 1-62). Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха (П-Г.7-62).
Железные дороги колеи 1524 ял общей сети Союза ССР. (П-Д. 1-62). Метрополи-
тены (П-Д. 3-68). Автомобильные дороги общей сети Союза ССР (П-Д. 5-62).
Железнодорожные и автодорожные тоннели (Н-Д. 8-62). Тоннели железнодорож-
ные, автодорожные и гидротехнические. Правила организации строительства,
производства и приемки работ (1П-Б. 8-68).

80.	Технические указания на производство работ по нагнетанию растворов
за обделку тоннелей (ВСН 132—66). М., Оргтрансстрой- 1967. 48 с.

81.	Технические указания по гидроизоляции стыков, отверстий для нагне-
тания и болтовых отверстий в сборной железобетонной обделке тоннелей метропо-
литенов, сооружаемых закрытым способом (ВСН-130—66). М., Оргтрансстрой,

82.	Технические указания по применению аэрированных растворов для
гидроизоляции тоннельных обделок (ВСН147—68). М., Оргтрансстрой,
1966, 40 с.

83.	Технические указания по сооружению бесшовной бетонной обделки же-
лезнодорожных тоннелей (ВСН-48—65). М., Оргтрансстрой, 1966. 59 с.

84.	Технические указания по применению анкеров в качестве временной
крепи выработок транспортных тоннелей (ВСН 126—65). М., Оргтрансстрой,
1966. 54 с.

85.	Технические условия и инструкция на производство инженерно-геологи-
ческих изысканий для проектирования и строительства метрополитенов и горных
железнодорожных тоннелей. М., Трансжелдориздат, 1955. 72 с.

86.	Указания по применению габаритов приближения строений. ГОСТ 9238—
59. М., «Транспорт», 1966. 96 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ

От авторов	3

Введение ....	4

Глава I. Основные принципы проектирования тоннельных участков
железных и автомобильных дорог................................. 6

§ 1.	Нормативные данные...........................   6

§ 2.	План тоннелей..................................13

§ 3.	Профиль тоннелей...............................15

§ 4.	Стадии проектирования тоннелей ............... 16

§ 5.	Вариантное проектирование......................18

§ 6.	Понятие о новых методах проектирования.........21

Глава II. Инженерно-геологические работы и исследования при
проектировании тоннелей ...................................... 26

§ 7.	Методика инженерно-геологических изысканий . . 26

§ 8.	Использование материалов изысканий при проек-
тировании .........................................31

Глава III. Технико-экономические обоснования проектных решений 47
§ 9. Технико-экономическая целесообразность и эффек-
тивность строительства транспортных тоннелей. 47

§ 10.	Технико-экономическое сравнение вариантов . . 50

§11.	Определение оптимального высотного положения
тоннеля и мест размещения порталов..................58

Глава IV. Поперечное сечение тоннелей. Конструкции обделок ... 61

§ 12.	Внутреннее очертание обделок	тоннелей.........61

§ 13.	Материалы обделок тоннелей....................66

§ 14.	Монолитные обделки............................74-

§ 15.	Сборные обделки...............................86

§ 16.	Верхнее строение пути и проезжая	часть в тоннелях 99

§ 17.	Камеры, ниши, площадки.......................101

Глава V. Особенности проектирования подводных тоннелей . . . 104

§ 18.	Способы сооружения подводных тоннелей........104

§ 19.	Особенности трассы и поперечного сечения подвод-
ных тоннелей	110

§ 20.	Погружные секции.............................116

§ 21.	Подводные основания н фундаменты погружных
секций.............................................128

§ 22.	Стыки элементов конструкции тоннеля..........134

§ 23.	Типы п основные элементы пандусов............141

§ 24.	Конструкции рамп.............................145

§ 25.	Световые переходы............................152

§ 26.	Особенности вентиляции подводных тоннелей . . 154
Глава VI.

Статические расчеты обделок тоннелей .............161

§ 27.	Основные положения..........................161

§ 28.	Свободный свод, опирающийся иа породу.......167

§ 29.	Свободный свод, опирающийся иа вертикальные
стены..............................................173

§ 30.	Подъемистый свод	в -упругой	среде..........175

§ 31.	Обделки кругового	очертания.................176

§ 32.	Пример расчета обделки однопутного железнодо-
рожного тоннеля методом Метрогипротранса . . . 177

§ 33.	Принципы расчета тоннельных конструкций по
предельным состояниям..............................207

§ 34.	Применение ЭЦВМ при проектировании обделок
тоннелей ..........................................211

Глава VII. Производство тоннельных работ ....................216

§ 35.	Горный способ с раскрытием выработки по частям 216

§ 36.	Горный способ с раскрытием выработки сплошным
забоем...........................................222

§ 37.	Буро-взрывные работы......................238

§ 38.	Временное крепление выработок	анкерами ... 261

§ 39.	Щнтовой способ работ......................270

§ 40.	Организация строительной	площадки.280

Глава VIII. Защита горных тоннелей от подземных вод .........288

§ 41.	Основные методы защиты....................288

§ 42.	Внутритоннельный водоотвод................302

§ 43.	Теплотехнические расчеты	водоотводных лотков 306

Приложение.............................................. .... 310

Список литературы............................................314