авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

Обоснование методологии и разработка инновационных технических решений освоения подземного пространства мегаполисов

-- [ Страница 5 ] --

Проведен анализ поведения самого несущего слоя. При деформации этого слоя, помимо раскрытия стыков и перемещений в радиальном направлении, трапециевидные блоки стремятся выйти из плоскости кольца с перекрещиванием стыковых сечений. анализ поведения колец при ограничении их деформаций в осевом направлении тоннеля показал, что стесненность такого рода переходит в соответствующее ограничение на деформации в радиальном направлении, которое с расчетной точки зрения удобно учесть введением эквивалентного отпора со стороны массива.

Получены зависимости для внутренних усилий в несущем кольце комбинированной обделки.

Анализ зависимостей показал следующее:

- при значениях коэффициента крепости в диапазоне 0,54 и классе бетона В30В60 при глубинах до 20 м потеря несущей способности в теле блоков не будет иметь места даже при отсутствии армирования;

- оценку надежности обделок следует проводить по фактору несущей способности стыков.

Разработана модель прогнозирования надежности коллекторного тоннеля. Разбросы в значениях параметров в обеих составляющих конструктивной схемы и схемы нагружения моделируются случайными величинами с известными законами распределения (т.н. базисные переменные ). Толщины слоев рассматриваются как детерминированные величины. Применяется метод вторых моментов первого порядка с использованием в качестве показателя надежности индекса надежности для несущего слоя, определяемого в пространстве нормализованных значений свойств и параметров состояния как минимальное расстояние до предельной поверхности :

,

где - прочность стыка при сжатии, - нормальное усилие в стыке.

По результатам моделирования установлена низкая надежность комбинированной обделки (КО) по фактору несущей способности стыков.

Чувствительность значений индекса надежности к изменению величин, которые следует оценивать при проектировании обделок (КО), распределена следующим образом: наибольшее влияние оказывают коэффициент крепости пород, далее класс бетона и в меньшей степени класс арматуры.

Шестая глава диссертации посвящена исследованию и разработке инновационной технологии строительства коммуникационных тоннелей с применением высокоточных железобетонных блоков с плоскими стыками (ОВТБ) нового технического уровня.

Общие требования к обделке коммуникационных тоннелей широко известны в технической литературе. Следует только отметить основные, которые были учтены при выполнении данной диссертации: высокая точность изготовления элементов обделки, оснащенных долговечными закладными деталями различного назначения; наличие уплотнений из долговечных материалов (в частности, из синтетического каучука), обеспечивающих герметичность тоннелей; высокая проницаемость растворов, нагнетаемых за обделку; коррозионная стойкость; стойкость против гидроабразивного износа; огнестойкость; плотность бетонов; адгезия полимерных материалов к бетону; удобство и быстрота монтажа в подземных условиях; обеспечение минимальных сдвижений земной поверхности после проходки и другие.

Для разработки методики определения параметров коллекторных обделок нового технического уровня было выполнено обоснование расчетных схем блочной обделки. Разработана следующая процедура расчета, учитывающая конструктивные особенности блочной обделки. На первом этапе расчета конструктивная податливость обделки в стыках между блоками не учитывается: кольцо обделки рассматривается как бесшарнирная конструкция и параметры нагрузки на обделку от воздействия горного давления и транспорта на поверхности определяются из решения контактной задачи для обделки и вмещающего породного массива в постановке плоской деформации в «снимаемых» с породного контура тоннеля напряжениях; при определении внутренних усилий (изгибающих моментов и нормальных сил) учитывается собственный вес обделки, который на малых глубинах заложения при большом поперечном сечении обделки может оказать существенное влияние на величину внутренних усилий. На втором этапе расчета производится оценка изгибающих моментов в плоских стыках между блоками с изолирующими прокладками за счет их частичного раскрытия, разгружающих стыковые соединения, которые затем учитываются при определении изгибающих моментов в средних сечениях блоков. Расчет арматурного каркаса выполняется по внутренним усилиям в среднем сечении лоткового блока, где изгибающие моменты в кольце обделки достигают максимального значения при минимальном значении нормальных сил сжатия.

Проектирование арматурных каркасов высокоточных железобетонных блоков выполнено на основании приведенных расчетных рекомендаций и известных нормативных документов. Для глубины заложения тоннеля 20 м и 40 м рассматривались два варианта армирования – симметричное при одинаковом количестве арматуры во внутреннем и внешнем арматурных каркасах и несимметричное при большем количестве арматуры во внутреннем наиболее напряженном каркасе и соответственно меньшем количестве арматуры во внешнем каркасе.

Необходимое количество рабочей арматуры для внешнего и внутреннего каркасов при проектировании однотипных по сечению тоннеля блоков приведено в табл. 1. Как следует из табл. 1, несимметричное армирование блоков обделки приводит к сокращению количества рабочей продольной арматуры более чем на 30%, по сравнению с симметричным армированием, что существенно снижает стоимость обделки.

Таблица 1

Сечение рабочей арматуры внутреннего и внешнего каркаса блоков

при симметричном и несимметричном армировании

Диаметр тоннеля и глубина его заложения Симметричное армирование Несимметричное армирование % экономии арматуры при несимметричном армировании по сравнению с симметричным
Внешний каркас, см2 Внутренний каркас, см2 Внешний каркас, см2 Внутренний каркас, см2
D=3,15м, H=20м 9,34 9,34 4,51 7,71 35
D=3,15м, H=40м 13,44 13,44 6,92 11,77 30
D=4,0м, H=20м 10,93 10,93 5,08 9,61 33
D=4,0м, H=40м 15,33 15,33 6,07 14,26 34

Современные проблемы подземного строительства, дорожно-транспортного, жилищно-коммунального хозяйства и других отраслей промышленности невозможно решить без создания новых материалов, обладающих комплексом высоких технологических и эксплуатационных свойств, а также и новых функциональных возможностей.

Благодаря уникальному сочетанию комплекса свойств широкое примене­ние нашли полимерные композиционные материалы (ПКМ). Это прежде всего высокопрочные, высокомодульные, легкие и высокотехнологичные материалы.

В настоящее время одним из перспективных направлений при строительстве канализационных тоннелей является использование стеклопластиков для облицовки (футеровки) железобетонных блоков с целью их гидроизоляции. Использование стеклопластиков в этом случае позволяет создать прочную, герметичную гидроизоляционную оболочку, существенно снизить массу конструкции, увеличить коррозионную стойкость и значительно повысить срок службы подземного сооружения.

Серийное производство железобетонных блоков, облицованных стеклопластиком, в мировой практике до настоящего времени не освоено. Имеются лишь отдельные экспериментальные разработки.

Анализ имеющихся материалов показал, что они представляют собой листовые стеклопластики, армированные длинными хаотически расположенными в плоскости стеклянными волокнами (армированные системы в двух направлениях), содержание которых составляет 30%, а в качестве полимерного связующего использованы композиции на основе эпоксидных смол (полиэфирных смол или их смеси).

В диссертации представлены результаты лабораторных и натурных исследований образцов отечественных и импортных составов полимерного покрытия, проведенных в лаборатории коррозии бетона института НИИЖБ. Испытания проводились по двум направлениям: ускоренные (по методике НИИЖБ) и в натурных условиях действующего канализационного коллектора. Испытания включали в себя определение массы, прочности и водопоглощения бетона в исходном состоянии; истираемости образцов в исходном состоянии; состояния поверхности образцов в исходном состоянии и после коррозионных испытаний; прочности и массы образцов после испытаний в серной кислоте и в газовой среде коллектора.

Результаты лабораторных исследований показали, что после 6 месяцев коррозионных испытаний в 5%-ном растворе серной кислоты масса образцов полимерной футеровки состава ЭК возросла на 9,2% от исходной, состава ЭПК – на 3,2%, состава ЭП – на 0,52%. Прочность образцов снизилась соответственно для составов полимерной футеровки ЭК, ЭПК и ЭП на 22,4; 11,3 и 12,4% от исходной. Образцы из мелкозернистого бетона через 1 месяц испытаний в аналогичных условиях имели потерю массы, равную 60% от исходной. Образцы имели повреждения, при которых невозможно выполнить определение прочности.

После 8 месяцев испытаний в газовой камере действующего коллектора сточных вод прочность образцов снизилась соответственно для составов полимерной футеровки ЭК, ЭПК и ЭП на 1,7; 9,1 и 9,3% от исходной. К этому времени потеря массы образцов из мелкозернистого бетона составила 7,3% от исходной, образцы имели повреждения, при которых невозможно выполнить определение прочности.

Водопоглощение по массе образцов указанных составов находится в пределах 0,03-0,07%, что косвенно указывает на низкую проницаемость полимерной футеровки для жидкости. Для сравнения водопоглощение по массе мелкозернистого цементного бетона составляет 7,9%.

Истираемость образцов полимерной футеровки определена по ГОСТ 13087-81 «Методы определения истираемости». За среднюю истираемость приняты экспериментально полученные значения Gср=0,061; 0,084 и 0,039 г/см2 образцов составов ЭК, ЭПК и ЭП (определялась разница по массе (г) и по площади истираемой поверхности (см2) рассчитывалась истираемость (г/ см2). По аналогии оценки истираемости цементного бетона указанные значения значительно меньше величины равной 0,7 г/см2, которая по ГОСТ 13015.0 требуется для железобетонных конструкций, работающих в условиях повышенной интенсивности движения.

Таким образом, образцы полимерной футеровки всех представленных ЭПК и ЭП показали высокую по сравнению с цементными бетонами стойкость в условиях воздействия 5%-ного раствора серной кислоты и газовой среды коллектора сточных вод. Прогнозные сроки защитного действия футеровки составляют для ЭК, ЭПК и ЭП соответственно около 10, 30 и 100 лет.

В диссертации приведены расчеты для металлических и полимерных анкеров, а также разработанные конструкции обделки канализационного коллектора с полимерной футеровкой и усиленным креплением полимерных листов к бетону.

Для стендовых исследований параметров высокоточных железобетонных блоков для кабельных тоннелей, а также блоков для канализационных тоннелей с полимерной футеровкой были изготовлены экспериментальные и опытные партии обделки с металлическими и полимерными анкерами.

Испытания элементов блоков проводились с целью изучения напряженно-деформированного состояния элементов, а также их прочности и трещиностойкости под воздействием горного давления и нагрузки от щитовых домкратов.

Максимальные величины относительных деформаций в полимерной футеровке при контрольных нагрузках (вертикальной и горизонтальной) составили соответственно: растяжения в середине пролета 270х10-5 и растяжения в месте расположения анкерной пластины 70х10-5, при этом трещин в полимерной футеровке не было обнаружено. В зонах размещения анкеров отслаивания от бетонной поверхности полимерной футеровки не наблюдалось.

Технология серийного изготовления высокоточных железобетонных блоков разработана для обделки кабельных и канализационных тоннелей с внутренним диаметром 2750 мм, 2850 мм, 4100 мм при применении ТПМК АГ «Херренкнехт» (Германия).

Обделка тоннеля представляет собой отдельные кольца, собираемые из шести различных блоков, один блок замковый (D1), два смежных с замковым (С1, С2) и три обычных (А1, В1, В2), укладываемых с перевязкой швов (рис.5).

 Сборная обделка тоннеля из высокоточных блоков Блоки изготавливаются из-35

Рис. 5. Сборная обделка тоннеля из высокоточных блоков

Блоки изготавливаются из тяжелого бетона по ГОСТ 25192-82 со следующими показателями: класс бетона по прочности на сжатие В45; марка бетона по водонепроницаемости W12; марка бетона по морозостойкости не ниже F100; значение нормируемой отпускной прочности составляет 100%.

В диссертации сформулированы также требования для разработки методики неразрушающего контроля дефектов железобетонных блоков с полимерной футеровкой, которая необходима для контроля качества обделки в процессе строительства и эксплуатации тоннеля.

В качестве объектов промышленного внедрения результатов исследований были выбраны участки для строительства кабельных и канализационных тоннелей, типичные по своим геологическим и гидрогеологическим характеристикам для Московского региона, вошедшие в перечень первоочередных объектов строительства, утвержденных Постановлением Правительства г. Москвы от 14.03.2006-№ 176-ПП и распоряжением Правительства Москвы от 24.08.2006 г. № 1661-РП (кабельный тоннель от подстанции «Угреша» диаметром 3,150 м, кабельные тоннели от ТЭЦ-21, диаметром 3,250 и 4.10 м, кабельные тоннели от подстанции «Никулино» диаметром 4,1 и 3,250 м, кабельный тоннель 3,250 м от ГТЭС-северной, кабельный тоннель от ГТЭС «Терешково» диаметром 3,150 м, опытный участок канализационного Царицынского канала и др.). Эти объекты были построены с применением тоннелепроходческого механизированного комплекса (ТПМК) фирмы АГ «Херренкнехт» (Германия) с возведением обделки из высокоточных железобетонных блоков.

Институтом ГУП «Мосинжпроект» с участием автора разработаны проекты строительства кабельных коллекторов круглого сечения разных диаметров с применением высокоточных железобетонных блоков без возведения вторичной обделки («рубашки»).

Мониторинг сборных конструкций блоков выполнялся в соответствии с требованиями рабочих чертежей ГУП «Мосинжпроект» РК 2419-06 и ТУ 5893-005-11653082-2007. Результаты испытаний прочности бетона блоков методом неразрушающего контроля с помощью тестера ультразвукового УК 1401 и методом со скалыванием с помощью прибора ПОС-50ГЧ согласно ГОСТ 22690-80 показали, что прочность бетона (R) составила от 62,5 до 74,6 МПа. За время проведения мониторинга строительства кабельных коллекторов каких-либо нарушений, связанных с приготовлением инъекционного раствора, а также с технологией инъектирования смеси в заблочное пространство, выявлено не было. Анализ систематических наблюдений за состоянием внутренней поверхности блоков показал, что протечки блоков в пройденных интервалах отсутствуют. Нагрузки образования трещин в блоках были выше контрольных величин: в блоке марки А1 - в 1,1 раза, в блоке С1 - в 1,3 раза. Контрольная ширина раскрытия трещин в блоках, составляющая 0,3 мм, была достигнута при нагрузках, превышающих контрольные величины в 1,3 раза. Испытание блока марки С1 на нагрузку, имитирующую давление от двух домкратов по 70 тс, показало, что в бетоне ни на наружной, ни на внутренней поверхности трещины не образовались, отсутствовали также местные разрушения. Результаты испытаний прочности бетона блоков в тоннеле показали, что она не менее 65 МПа, т.е. блоки отвечают своему классу бетона В45.

В результате проведенного промышленного внедрения высокоточных железобетонных блоков для строительства кабельных тоннелей без возведения вторичной обделки («рубашки») разработаны рекомендации по организации строительства с применением тоннелепроходческих механизированных комплексов.

По состоянию на 31.05.2009 г. за период с мая 2007 г. с помощью четырех ТПМК фирмы АГ «Херренкнехт» ОАО «СУПР», ООО «Инжстрой-Сити- монолит», ОАО «Термосервис», ООО «Спецстрой-Инженеринг» построено более 8 км кабельных тоннелей с применением высокоточных железобетонных блоков.

Анализ опыта строительства кабельных коллекторов с применением новой технологии без возведения вторичной обделки позволяет сделать следующие выводы:

  • Рекомендованный для строительства кабельных тоннелей без возведения вторичной обделки тоннелепроходческий механизированный комплекс с грунтовым пригрузом фирмы АГ «Херренкнехт» типа ЕРВ 2750АЕ позволяет обеспечить незначительные просадки (около 3-5 мм) земной поверхности и сохранность проложенных коммуникаций.
  • Разработанные и изготовленные конструкции высокоточных железобетонных блоков позволяют достигнуть требуемой несущей способности и герметичности кабельных и канализационных коллекторов.
  • Для повышения надежности герметичности кабельных коллекторов в сложных гидрогеологических условиях следует дополнительно к указанному нагнетанию раствора производить инъектирование заобделочного пространства, для чего разработаны технологический регламент инъектирования и технические требования к высокоточным железобетонным блокам с повышенной несущей способностью.
  • Предложенная конструкция несимметричных арматурных каркасов в высокоточных железобетонных блоках позволяет более рационально перераспределить напряжения в бетоне и арматуре, что обеспечивает более эффективную работу бетона обделки, позволяет уменьшить расход арматуры более чем на 30%.

Заключение



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.