Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей

Величина контактного напряжения зависит от упругости прокладки. Для обеспечения соответствующей силы упругого восстановления необходимо установить требуемый объем прокладки. При чрезмерном увеличении ее объема могут возникнуть трудности при сборке тюбингов. При проектировании прокладки для герметизации тюбингов следует учитывать следующие результаты китайских и международных инженерных и материаловедческих исследований:

(1) Для обеспечения краткосрочной влагостойкости контактное напряжение прокладки должно быть больше расчетного давления воды. Для обеспечения длительной влагостойкости контактное напряжение не должно быть меньше расчетного давления воды. Должно обеспечивать достаточный коэффициент надежности водоизоляции, на стыке не допускаться протечки стыков.

(2) Соответствующий объем прокладки может обеспечить достаточное контактное напряжение и удовлетворять эффекту гидроизоляция швов щита. Превышение объема может вызвать увеличение давления и концентрации напряжения при сборке;

(3) При проектировании следует учитывать размер раскрытия и забега.

(4) Давление домкратов и действующая сила при сборке тюбингов не должны приводить к повреждению торца и угловой части тюбинга. Когда выполнены условия гидроизоляции, необходимо сократить давление на прокладку (общее давление при полном вдавливании уплотнительной прокладки в пазы тюбинга), чтобы обеспечить удобство строительства;

(5) Необходимо учитывать долгосрочную релаксацию напряжения и стрелу остаточной деформации.

2) Определение размера раскрытия и забега стыков тюбингов

При производстве, монтаже и эксплуатации тюбингов проходческого щита на стыке неизбежно возникнут разбеги раскрытия. Его прямые факторы воздействия следующие:

(1) погрешность при производстве тюбинга: ± 2 мм;

(2) погрешность при установке тюбинга: ± 2 мм;

(3) толщина буферного материала: 1~2 мм;

(4) погрешность в работе проходческого щита: ± 5 мм (кольцевой стык);

(5) восприятие продольных усилий, создаваемых щитом во время передвижения: ± 2 мм;

(6) человеческий фактор, воздействие окружающей среды: ± 2 мм;

(7) ошибка измерения площадки контакта прокладки: ± 1 мм.

Рис. 4-11. Две уплотнительные прокладки для гидроизоляции

Под влиянием перечисленных факторов накопляющий максимальный размер раскрытия стыков может составить 8 мм, разбег – 15 мм. В соответствующей литературе также приводится полуаналитический метод расчета допустимого размера раскрытия стыков при определенном давлении воды:

(4-7),

где: ? – допустимый размер раскрытия кольцевых стыков с гидроизолирующими упругими прокладками при определенном давлении воды (мм);

?min – минимальный радиус кривизны продольного прогиба туннеля (мм);

D – внешний диаметр обделки (мм);

B – ширина тюбинга (мм);

? 0 – вероятный размер кольцевого стыка при производстве и монтаже (мм);

? s – величина последующего раскрытия стыков (мм).

3) Коэффициент надежности и показатель водонепроницаемости

Согласно соответствующей литературе о системе гидроизоляции требования по водонепроницаемости выполняются при коэффициенте контактного напряжения и расчетного давления воды больше 1.15. На практике рекомендуется использовать коэффициент в диапазоне 1.2 ~ 1.4. При увеличении или уменьшении давления воды коэффициент соответственно изменяется.

Показатель водонепроницаемости (то есть величина контактного напряжения) рассчитывается, как коэффициент надежности x расчетное давление воды ? коэффициент остаточного напряжения прокладки после снижения напряжения и износа. Выражение выглядит следующим образом:

(4-8),

где ? – расчетный показатель водонепроницаемости (контактное напряжение прокладки), учитывающий величину разбега и раскрытия стыков тюбинга;

К – коэффициент надежности гидроизоляции;

? w – расчетное теоретическое давление воды;

? – коэффициент остаточного напряжения прокладки при снижении напряжения и износе материала.

Например, согласно статистике у вулканизированного этиленпропилендиенового каучука коэффициент остаточного напряжения в течение 100 лет составляет 65%. Эти данные можно учитывать на начальном этапе проектирования, но на этапе реализации следует опираться на результаты испытаний.

4) Проектирование размера и формы прокладки

Проектирование размера и формы прокладки включает непрерывный процесс оптимизации. На ход разработки влияют два фактора:

1. Достижение расчетных требований по гидроизоляции в самых неблагоприятных условиях работы.

2. Максимальное снижение давления при сборке с соблюдением условий водонепроницаемости. Это связано с тем, что увеличение усилия прижатия тюбингов, по меньшей мере, может повлиять на темп строительных работ. В худшем случае это может привести к выдавливанию или обрыванию прокладки, а также трещинам в бетоне тюбинга, что нарушит гидроизоляцию.