Инновационная конструкция сегментных облицовок позволяет исключить внешние распорки в соединениях — TBM: Tunnel Business Magazine

Войтех Эрнст Галль

Современные сегменты ТБМ прошли долгий путь с момента своего первого использования несколько десятилетий назад. Туннельная отрасль все чаще оптимизирует формы сегментов, внедряет новые методы армирования и совершенствует компоненты сегментов, чтобы сделать сегменты более надежными и экономичными. Особо следует отметить улучшение сегментных аксессуаров. Современные аксессуары для сегментов, такие как сегментные дюбели, биконусы или современные прокладки, не только улучшают конструкцию сегментов, но и позволяют использовать системы сегментных крепей в более широком диапазоне геотехнических условий и в более широком диапазоне конструктивных решений, чем когда-либо прежде.

Одной из таких областей, в которой сегментные аксессуары улучшают производительность сегмента, является сокращение сегментов. Сегментные облицовки неизбежно должны быть разрезаны для создания проемов для соединений с соседними конструкциями. Однако разрезы сегментных обделок сильно нарушают статическое равновесие конструктивной системы и требуют перераспределения нагрузок на соседние кольца вокруг разреза. Обычно это приводит к высоким силам сдвига в кольцевых соединениях, высоким силам растяжения в сегментах выше и ниже разреза и высоким распорным силам в сегментах, прилегающих к отверстию разреза.

Современные сегменты ТБМ прошли долгий путь с момента своего первого использования несколько десятилетий назад.

Традиционно сегментные разрезы реализуются путем введения внешней стальной рамы изнутри туннеля для поддержки разрезанных колец до тех пор, пока не будет установлено соединение между основным туннелем и соединительной конструкцией. Этот подход является дорогостоящим и трудоемким, особенно в туннелях меньшего диаметра, где стальная рама уменьшает доступное пространство для основных операций туннеля. Кроме того, эта ситуация потенциально влияет на график строительства, поскольку подключение не может быть выполнено до завершения строительства основного туннеля.

Чтобы избежать этих недостатков, компания Gall Zeidler Consultants (GZ) разрабатывает инновационные подходы к резке самонесущих сегментов путем включения биконусов высокой производительности и дополнительного усиления сегментов в специально разработанные сегменты. Эти биконусы и дополнительная арматура работают вместе как внутренний каркас, позволяющий передавать нагрузки вокруг разреза сегмента.

Центрирующие системы и срезные дюбели согласно паспорту продукции Optimas Sofrasar. Высокопрочные срезные дюбели вверху слева.

Туннель перелива комбинированной канализации (CSO) в Потакете — один из таких проектов, для которого компания GZ разработала специальную конструкцию сегмента. Туннель Потакет представляет собой туннель TBM с сегментной облицовкой, который в настоящее время строится в Потакете, Род-Айленд. Скальный туннель длиной 2,5 мили строится совместным строительным предприятием CB3A, в состав которого входят CBNA и Barletta. Сегментная футеровка имеет внутренний диаметр 30 футов-2 дюйма, толщину 14 дюймов и в основном армирована стальными волокнами.

Главный туннель соединяется с несколькими шахтными штольнями диаметром 8 футов вдоль его трассы, для чего необходимо разрезать сегментную обделку. Поэтому инженеры GZ разработали специальную конструкцию сегментов непосредственно вокруг разреза, которая устраняет необходимость во внешних креплениях. Благодаря сочетанию двухконусов повышенной грузоподъемности и дополнительного арматурного каркаса внутри каждого сегмента специальные сегменты могут выдерживать существующие нагрузки от земли и воды, а также перераспределять эти нагрузки вокруг временных проемов. Более того, поскольку сегменты изготавливаются с использованием тех же форм, что и обычные сегменты, они устанавливаются так же, как обычные сегменты, и не оказывают негативного влияния на конструкцию.

GZ использует аналогичный подход при проектировании поперечных переходов туннеля Сильвертаун. Туннель Сильвертаун — это новый двухпроходной автомобильный туннель TBM длиной 1,4 км, пересекающий реку Темзу в мягком грунте. Внешний диаметр туннеля составляет 37 футов-5 дюймов, а толщина обделки — 15,75 дюйма. Туннели ТБМ будут соединены семью переходами диаметром 15 футов-9 дюймов, 5 из которых будут построены с применением замораживания грунта для временной стабилизации грунта. Используя биконусы высокой грузоподъемности в дополнение к внутреннему арматурному каркасу, компания GZ разработала конструкцию, которая устраняет необходимость во внешних распорках вокруг вырезов сегментов, необходимых для поперечного прохода. В отличие от сегментов Потакета, переходы Сильвертауна построены исключительно на мягком грунте. Кроме того, специальные сегменты туннеля Сильвертон должны выдерживать дополнительные нагрузки от замерзания, что демонстрирует, что подход «биконус плюс внутреннее армирование» имеет высокую степень применимости для сегментных разрезов, выполненных для различных целей в широком спектре типов грунта.