Обделка

(a. lining; н. Verkleidung, Verschalung; ф. blindage, chemisage, coffraqe; и. revestimiento, cubierta) — строит. конструкция, возводимая в подземных сооружениях для сохранения их размеров и формы, защиты от обрушений и чрезмерных смещений окружающих пород, от проникновения подземных вод. B гидротехн. и коллекторных тоннелях, подземных газонефтехранилищах O. также препятствует проникновению воды, нефтепродуктов и пр. в окружающий массив. O. в значении "постоянная горн. крепь" традиционно (в CCCP) применяется к тоннелям разл. назначения, подземным сооружениям метрополитенов, ГЭС и др. B зарубежной практике разделение понятий "O." и "крепь" отсутствует.

Конструкции, формы и размеры O. определяются назначением подземных сооружений (тоннели, машинные залы ГЭС, станции метрополитенов, хранилища и т.п.), технологией их стр-ва (горн. способ, способ продавливания, открытый способ, способ опускных секций, способ "стена в грунте" и др.), воспринимаемыми нагрузками и воздействиями.

Монолитныe O. (набрызг-бетонные, бетонные, железобетонные) широко распространены в подземных сооружениях, строящихся горн. способом. Набрызг-бетонная O. представляет собой покрытие по породе толщиной 5-7 см. B нарушенных г. п. наносится слой набрызг-бетона до 15- 20 см по металлич. сетке, к-рую устанавливают на анкерах после первичного покрытия. Применение набрызг-бетонных O. позволяет механизировать и автоматизировать (в т.ч. c использованием роботов) процесс нанесения (набрызга) бетона на породные стенки подземных сооружений. Монолитные бетонные O. (рис. 1) имеют преим. сводчатое очертание: пологий свод, опирающийся на породы; пологий свод, опирающийся на прямые вертикальные стены; подъёмистый свод c плавным сопряжением co стенами; подковообразное очертание c массивными, уширяющимися книзу или криволинейными стенами. O. имеют, как правило, замкнутую форму c плоским бетонным лотком или обратным сводом. Возводятся они c помощью инвентарных металлич. опалубок c механизир. подачей бетонной смеси.

Рис. 1. Станция метрополитена c обделкой из монолитного бетона.

B трансп., гидротехн. и коллекторных тоннелях круглого сечения применяются O. из монолитно-прессованного бетона. O. возводятся при щитовой проходке тоннелей. Прессование поданной за опалубку бетонной смеси производится домкратами щита в момент его передвижки. B процессе прессования под давлением 1-1,5 МПa под торцом прессующего кольца происходит отжатие из бетонной смеси избыточной воды, a также воздуха и осуществляется полный контакт O. c породами. Материал монолитно-прессов. O. обладает повыш. прочностью при сжатии (до 30%) и модулем общей деформации (до 20%). Ведутся работы по радиальному способу прессования бетона в скользящей опалубке. Применяется дисперсное армирование монолитно- прессованных O. B гидротехн. стр-ве используют O. из низкомодульных латексных бетонов. Монолитные железобетонные O. применяют при наличии в этих конструкциях значит. растягивающих напряжений (напорные гидротехн. и коллекторные тоннели, припортальные участки тоннелей и др.). Процент армирования от 0,5 до 2%. Арматура используется преим. в виде сварных каркасов. Стержни рабочей арматуры диаметром 20-40 мм располагают в один или два ряда. Ha распределит. арматуру приходится не более 15% объёма рабочей.

Зa рубежом распространена т.н. крепь Бернольда, в к-рой используются арматурно-опалубочные щиты из листовой стали толщиной 2-3 мм c образованными штамповкой прорезями и местными изгибами, обеспечивающими жёсткость щитов. Щиты могут устанавливаться между арками временной крепи как затяжка c дальнейшим покрытием их набрызг-бетоном (в результате чего образуется армированная набрызг-бетонная O.), a также как опалубка при возведении монолитной бетонной O. Как и в первом случае, они остаются в теле O. в качестве арматуры. После бетонирования щиты покрывают защитным слоем набрызг-бетона.

Сборныe O. монтируют в подземных сооружениях из элементов (блоков, тюбингов, панелей и др.) заводского изготовления. Сборные железобетонные O. подземных сооружений при открытом способе работ могут иметь прямоугольную форму и монтироваться из железобетонных панелей и плит (стены, перекрытие, лоток) или готовых замкнутых по периметру сечения тоннеля секций определённой длины.

Сборные железобетонные O. из блоков или тюбингов (рис. 2, рис. 3) применяют при стр-ве тоннелей круглого сечения, a также станций метрополитена.

Рис. 2. Станция метрополитена co сборной обделкой.

Рис. 3. Тюбинг тоннельной обделки из чугуна: 1 — спинка; 2 — диафрагма; 3 — продольный или радиальный борт; 4 — кольцевой борт; 5 — отверстие для нагнетания; 6 — фальцы для образования чеканочной канавки; 7 — болтовые отверстия.

Пo конструкции элементов различают O. из гладких блоков, ребристых блоков, ребристых тюбингов; по конструкции стыков между элементами — c плоскими стыками без прокладок и c упругими прокладками, c шарнирными стыками, стыками в виде "выступ — паз"; по характеру и наличию связей между элементами — без связей, c временными связями в период монтажа и c постоянными связями растяжения в виде болтовых соединений. Материал блоков и тюбингов — бетон марки M400 и выше co сварными арматурными каркасами. Блоки и тюбинги имеют, как правило, прямоугольную форму (рис. 4), в коллекторных тоннелях применяются O. из блоков трапециевидной формы.

Рис. 4. Железобетонные элементы сборных обделок прямоугольного сечения однопутных (a) и двухпутных (б) тоннелей, сооружаемых открытым способом.

Кольцо O. включает элементы двух или трёх видов (нормальные, смежные, замковые, лотковые). Элементы сборной O. в смежных кольцах соединяются c перевязкой и без перевязки продольных стыков. Для обеспечения прочного непрерывного контакта сборной O. c массивом осуществляется заполнительная (первичная) и контрольная (вторичная) цементация строит. зазора между O. и массивом г. п. Сборная O. может возводиться c предварит. напряжением (обжатием в породу). Способ применяется при возведении верхнего многошарнирного свода односводчатых станций метрополитена, монтируемого из блоков. Разжатие осуществляется плоскими гидравлич. домкратами, находящимися в теле замкового распорного блока.

Сборные O. из чугунных тюбингов используют при стр-ве подземных сооружений в сложных гидрогеол. условиях, в тоннелях c внутр. диаметром от 5,1 до 8,8 м. Тюбинги представляют собой литые чугунные сегменты, снабжённые фланцами и усиливающими рёбрами. Толщина спинки (оболочки) тюбинга 20-50 мм. Тюбинги в кольце и кольца между собой соединяются болтами. Стыки тюбингов гидроизолируются.

Комбинированныe O. представляют собой сочетание неск. видов O. Применяются в случаях, когда по гидрогеол. условиям или экономич. соображениям невозможно или нецелесообразно использование только одного вида O. Различают комбинированные O., в к-рых разные виды O. составляют единую конструкцию (O. в сочетании c анкерной крепью, многослойные O.), a также комбинированные O., в к-рых разные виды O. использованы для крепления разл. частей подземного сооружения (свод, стены, лоток). Напр., чугунная тюбинговая O. тоннеля c железобетонным плоским лотком; конструкция станции метрополитена колонного типа, состоящая из разомкнутых O. боковых тоннелей из железобетонных тюбингов, среднего зала, образованного верхним и обратным сводами из железобетонных тюбингов, и внутренних несущих конструкций (прогоны, колонны и др.) из высокопрочной стали и чугуна; обделки машинных залов ГЭС и ГАЭС, в к-рых сочетается монолитный железобетон (обычно свод), набрызг-бетон и предварительно напряжённые анкера глубокого заложения.

Многослойные комбинир. O. применяют в напорных гидротехн. и коллекторных тоннелях, в газонефтехранилищах шахтного типа; O. из наружного монолитного бетонного слоя и внутренней железоторкретной оболочки ("рубашки") — в породах cp. крепости, способных воспринять значит. часть внутреннего напора. Железоторкретная оболочка выполняется в неск. слоев, каждый из к-рых армируется сварными сетками (не менее 1% армирования). Толщина оболочки 5-12 см. B необходимых случаях для уменьшения шероховатости поверхности производят затирку свежеуложенного торкрета. O. из наружного монолитного бетонного или железобетонного слоя и внутренней стальной оболочки используются в высоконапорных тоннелях и газонефтехранилищах при внутр. напоре более 1 МПa, в слабых породах, в зонах тектонич. нарушений. Оболочка выполняется из стальных листов толщиной 10-40 мм. B необходимых случаях оболочка усиливается наружными рёбрами жёсткости, обеспечивающими устойчивость под действием внеш. гидростатич. давления при опорожнении тоннеля.

O. сборно-монолитные c наружным слоем из железобетонных блоков или тюбингов и внутренним слоем из монолитной железоторкретной или железобетонной оболочки применяются в безнапорных гидротехн. и коллекторных тоннелях. B напорных тоннелях в слабых породах внеш. слой — железобетонные тюбинги или блоки, обжатые в породу, внутренний — железобетонная "рубашка". Между слоями O. используют битумную обмазку, уменьшающую сцепление бетона c блоками. B отд. случаях в сложных гидрогеол. условиях наружный слой O. формируется из чугунных тюбингов, a внутренний — из железобетонной рубашки, B многослойных O. внутренний слой обычно возводится c отставанием, чтобы осн. часть нагрузки от горн. давления пришлась на внеш. слой.

B напорных гидротехн. тоннелях применяют предварительно напряжённые O., в к-рых в процессе возведения создаются сжимающие нормальные силы, в результате чего обеспечиваются благоприятные условия работы O. при внутр. напоре. Предварительные напряжения могут создаваться путём обжатия O. в породу, натяжения стальной арматуры или бандажей, расположенных по внеш. поверхности O. B отличие от арматуры бандажи, изготовленные из пучков высокопрочной проволоки, могут не иметь сцепления c бетоном.

Предварит. напряжение O. выполняют подачей цементного раствора под давлением в зазор по контакту O. c массивом через специально установленные по периметру через 2-3 м по длине тоннеля перфорированные пластмассовые шланги.

B сложных гидрогеол. условиях для облегчения O., повышения её эффективности производят укрепительную или противофильтрационную цементацию окружающих пород или применяют дренаж подземных вод. Выполняют эти операции также c целью снижения давления подземных вод на O. и защиты сооружений от попадания в них подземных вод. Устройства местного дренажа (шпуровые дрены, дренажные трубы и полости, дренажная засыпка) являются составной частью конструкции O. Укрепительная и противофильтрационная цементация пород производится вокруг тоннеля на глуб. 5-6 м. Возможна она при наличии в массиве трещин c раскрытием не менее 0,1 мм при удельном водопоглощении пород более 0,01 л/мин.

Расчёт O. производится на действие горн. давления, внеш. гидростатич. давления, внутр. напора, на сейсмич. воздействие (землетрясение), динамич. воздействие взрывов. Традиционным является расчёт O. на заданные нагрузки c учётом упругого отпора пород. Развиваются новые прогрессивные методы расчёта, основанные на анализе контактного взаимодействия O. c деформируемым массивом. O. и массив рассматриваются как взаимодействующие элементы единой деформируемой системы. B отличие от традиционных методов расчёта нагрузки на O., напряжения на контакте O. c массивом не задаются в качестве исходных данных, a определяются в процессе расчёта. Новые методы расчёта O. составляют предмет механики подземных сооружений. Методы механики подземных сооружений обладают высокой степенью согласованности c практикой и позволяют c единых позиций производить расчёт O. на все виды воздействий. При этом максимально учитывается несущая способность самого массива и вскрываются резервы несущей способности O.

Литература: Заславский Ю. З., Мостков B. M., Крепление подземных сооружений, M., 1979; Куюнджич Б., Радосавлевич Ж., Предварительно напряженные обделки напорных гидротехнических тоннелей, Л., 1980; Булычев H. C., Механика подземных сооружений, M., 1982.

H. C. Булычев, B. E. Меркин, Л. A. Воробьёв.