Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ОБДЕЛКИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ТУННЕЛЕЙ

Для временного закрепления выработки используются крепи. Конструкция, предназначенная для окончательного закрепления выработки и придания внутренних очертаний, называется обделкой или об лицовкой.

Различают несущие обделки и выравнивающие (ненесущие) — облицовки. Обделка гидротехнических туннелей устраивается для восприятия горного давления, внутреннего давления воды, защиты породы от воздействия воды и воздуха, предотвращения утечки воды из туннеля, уменьшения шероховатости смоченной поверхности.

Недостаточно полные геологические изыскания могут повлечь за собой крупные неприятности и обусловить изменение трассы в ходе строительства. Это влечет за собой удорожание и удлинение срока возведения ГЭС. До начала строительства надлежит выполнить по полной программе инженерно-геологические изыскания. Результаты изысканий должны давать законченное представление о качестве пород горного массива и характере их залегания.

Обделка должна быть прочной, долговечной, надежной, водонепроницаемой. Параметры обделок — толщина, шероховатость и др.— обосновываются технико-экономическими расчетами. Форма и конструкция обделки определяется следующими основными факторами: габаритами подземного сооружения, его назначением, инженерно-геологическими условиями, силовым воздействием.

Напорные туннели допускается проектировать без обделки в прочной скале при заложении туннелей на глубину не менее половины внутреннего напора воды. Для уменьшения шероховатости поверхности туннелей надлежит предусматривать гладкое взрывание породы.

Материалом для обделок в туннелестроении служат бетон, железобетон, сталь. Модификациями этих материалов являются набрызг- бетон, прессованный бетон, армированный набрызгбетон, торкрет, железобетон.

НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБДЕЛКУ

К постоянно действующим нагрузкам на обделку относятся горное давление, собственный вес обделки и воздействия предварительного напряжения. Внутреннее давление воды в туннеле при НПУ, а также давление подземных вод принято относить к длительным, но временным нагрузкам.

В отдельных случаях приходится считаться с кратковременными нагрузками и воздействиями на обделку: давлением гидродинамического характера (гидравлический удар), колебанием температур, воздействием при производстве работ.

При выявлении наиболее неблагоприятных возможных сочетаниях нагрузок и воздействий приходится учитывать и особые их виды, а именно: сейсмические и взрывные воздействия, экстремальные значения гидравлического удара и некоторые другие.

КОНСТРУКЦИЯ ОБДЕЛОК ДЕРИВАЦИОННЫХ ТУННЕЛЕЙ

Конструкция обделки деривационного туннеля должна быть наиболее экономичной. Это обеспечивается максимальным использованием несущей способности окружающего выработку горного массива. В отдельных случаях можно полностью отказаться от обделки. Таким построен подводящий безнапорный туннель Борисоглебской ГЭС. Он прорезает слаботрещиноватые граниты и гранитогнейсы (/=15—18) и имеет сечение 145 м2.

В современной практике строительства деривационных туннелей применяются разнообразные по форме, размерам и конструкции обделки. При систематизации их можно разделить на три группы: 1) монолитные, изготавливаемые в выработке; 2) сборные, доставляемые с заводов и полигонов; 3) комбинированные, представляющие сочетание первой и второй.

Несущие обделки туннелей могут выполняться как трещиностойкими, так и нетрещиностойкими с допустимым по нормам раскрытием трещин. При прокладке туннеля в неблагоприятных гидрогеологических условиях, в породах, подверженных выщелачиванию или суффозии, обделка должна быть трещиностойкой.

На рис. 14-7 показано поперечное сечение туннеля и зона породы, принимающая участие в работе обделки при восприятии внутреннего давления. Это достигается посредством цементации.

Цементация разделяется на заполнительнуго 3 и укрепительную 2. Под заполнитель- ной цементацией понимаются работы, связанные с заполнением и уплотнением цементным раствором зазороз и пустот, образовавшихся между облицовкой и скалой, а под укрепи-тельной цементацией — замоноличивание горных пород, окружающих туннель. Если первый из названных видов цементационных работ является обязательным., то второй - укрепительная цементация — применяется лишь при наличии трещиноватой скалы. За- полнительиая цементация, как правило, производится в сводовой части туннеля через трубки диаметром 40—60 мм, расположенные в шахматном порядке. По этим трубкам насосом нагнетают густой цементный раствор. Укрепительную цементацию осуществляют при помощи сети скважин, часто радиального направления, по всему профилю туннеля.


Иногда через некоторое время необходимо производить повторную инъекцию цементационного раствора. Если грунтовые воды агрессивны, то за обделку нагнетается битум. При трещиноватой непрочной скале применяют железобетонную обделку. Стремление полнее использовать металл в такой обделке побудило перейти на двух- и трехслойиые кольца обделки.


Среди предварительно напряженных несущих обделок различают три основных типа: 1) обжатые бетонные, 2) напряженно-армированные и 3) банда- жированные. В первом типе отсутствует металл и начальное напряженное состояние создается нагнетанием под большим давлением цементного раствора в зазор за обделку (рис. 14 8). При нагнетании давление должно быть в 1,5—2 раза больше того, которое возникает после наполнения туннеля водой. Тогда, после наполнения, будет происходить только уменьшение первоначально созданных сжимающих напряжений в обделке. В сплошной кольцевой зазор 3—5 см нагнетается раствор. Обделка получается многослойной: наружный слой бетона, полость, образующая зазор определенной толщины и внутреннее кольцо. Внутреннее кольцо может выполняться как сборным из бетонных блоков (рис. 14-8, а), так и монолитным (рис. 14-8,6.)

В слабых породах, когда нельзя рассчитывать на их участие в создании начального напряженного состояния, применяются напряженно-армированные облицовки. Предва-рительное напряжение обеспечивается натяжением арматуры, расположенной по внеш-нему контуру обделки сердечника. Эта операция выполняется в заводских условиях, либо в самом туннеле. На рис. 14-9 показан туннель, сердечник которого изготовляется на за-воде в виде звеньев труб, обжатых спиральной арматурой. После нанесения выравиивающей облицовки в скальной выломке устанавливались звенья сердечника. Кольцевой зазор между сердечником и внешним слоем облицовки заполнялся цементным раствором под давлением.

В последние годы получает распространение так называемая тонкая выравнивающая обделка с укрепительной цементацией породы. У таких обделок отношение толщины к радиусу туннеля меньше 0,1.

Получает распространение набрызгбетон в качестве материала туннельных обделок. Набрызгбетон наносится специальной машиной. Добавки, ускоряющие схватывание и твердение, позволяют наносить его на фильтрующую поверхность. Срок схватывания — 1 — 5 мин. К достоинствам этого материала относится повышенная прочность (в 1,5—3 раза превышающая прочность обычного бетона, приготовленного из тех же составляющих), повышенное сцепление с покрываемой поверхностью и уменьшение отскока при нанесе-нии. В СССР набрызгбетон успешно применен в туннелях Храмской, Ладжанурской и Атар- бекянской ГЭС для закрепления слабых и обводненных пород; толщина покрытия всего 5—10 см.

В зарубежной практике используется торкрет.

Этот материал обладает хорошей водонепроницаемостью, но поверхность его имеет большую шероховатость, которую уменьшают последующей затиркой цементным раствором. Нанесение торкрета — весьма трудоемкая операция.

Бандажированная несущая обделка впервые была применена на ГЭС Марек во Франции,


ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ОБДЕЛКИ

Расчет обделок гидротехнических туннелей должен осуществляться в строгом соответствии с нормативами. На предварительных стадиях проектирования толщина несущей обделки безнапорного туннеля б может быть определена по графику. Зная применяемый материал (бетон или железобетон) и коэффициент крепости породы f, по графику (рис. 14-10) находят относительную толщину 8/В. По ней для определенного В устанавливают толщину обделки. Из графика следует, что



Толщина монолитной обделки напорных туннелей предварительно может быть назначена по графикам (рис. 14-11). Зная коэффициент f, внутреннее, давление р и задаваясь радиусом туннеля г, по. графикам находят относительную величину 8/г. Если обделка проектируется нетрещиностойкой, то 6 = 0,2 г.

Практикой установлено, что толщину несущей обделки из монолитного бетона или железобетона с арматурой в один ряд не следует выполнять менее 20 см, а при расположении арматуры в два ряда —25 см.

Д.С.Щавелев, Гидроэнергетические установки (гидроэлектростанции, насосные станции и гидроаккумулирующие электростанции), Л., 1981

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики