Типы тоннельных обделок

Тоннель без обделки может существовать лишь в сплошных крепких невыветрелых и устойчивых породах при отсутствии горного давления. Во всех остальных случаях тоннель закрепляется той или иной обделкой, несущая способность которой должна быть достаточной для того, чтобы выдержать горное давление.

По степени закрепления выработки тоннели можно разделить на: имеющие профиль без обделки, с обделкой только верха выработки, с обделкой без обратного свода и имеющие полную обделку с обратным сводом. Последняя, представляет собой замкнутый контур, возводимый по всему периметру поперечного сечения, и состоит из фундаментов, боковых стен, верхнего свода и обратного свода. Такое же полное закрепление профиля имеют обделки кольцевого очертания.

Полная обделка с обратным сводом применяется преимущественно в слабых породах, в которых развивается большое боковое и подошвенное давление.

Обделка без обратного свода применяется в более прочных породах, в условиях отсутствия бокового и подошвенного давления и является одним из самых распространенных типов обделок.

Обделка только верха выработки применяется сравнительно редко, преимущественно в прочных породах.

В конструктивном отношении все обделки тоннелей подразделяются на монолитные и сборные.

Монолитные обделки сооружаются преимущественно при горных способах производства горнопроходческих работ, тогда как при индустриальном щитовом способе применяются сборные конструкции. При открытом способе сооружения тоннелей допускается применение как монолитных, так и сборных типов обделок. Сборные обделки в большинстве случаев имеют круговое очертание и закрепляют всю поверхность выработки, образуя замкнутый профиль.

Материалом для монолитных обделок служат камень, бетон и железобетон.

Сборные обделки сооружают из металлических и железобетонных тюбингов, бетонных и железобетонных блоков.

Большинство тоннелей старой постройки было закреплено каменной кладкой, оказавшейся весьма долговечной и прочной. Особенно часто каменная кладка применялась для крепления порталов. Однако при каменной кладке ограничиваются возможности применения механизации работ, поэтому в настоящее время она применяется редко.

Бетон, заменяющий каменную кладку в современном тоннелестроении, является прекрасным монолитным, прочным и достаточно водонепроницаемым материалом, и его укладка может быть широко механизирована. Однако и он имеет ограничения в применении при тоннельном строительстве, так как не может воспринимать высокое горное давление сразу после возведения из него крепи (период твердения бетона продолжается некоторое время). Кроме того, при высоком горном давлении временная крепь занимает много места и укладка бетона в обделку оказывается затруднительной.

Железобетонная монолитная обделка применяется в породах, в которых развивается большое горное давление, но производство железобетонных работ в стесненных условиях тоннельной выработки, закрепленной временной крепью, также затруднено.

Каменная, бетонная и железобетонная обделка монолитного типа разделяются по длине тоннеля на отдельные звенья—кольца при помощи сквозных швов. Длина этих колец зависит от геологических условий: в более тяжелых условиях звенья должны быть короче, а в более легких—могут быть длиннее. В практике тоннельного строительства наиболее распространенная длина звеньев 6—8 м.

Металлические обделки всегда сооружаются в виде сборных конструкций и их основными особенностями являются: возможность получения полной водонепроницаемости, способность немедленно воспринимать полную нагрузку, простота и удобство сборки, и минимальный объем в сечении. Однако большой расход металла и высокая его стоимость, а также подверженность коррозии делают применение этого типа обделки также ограниченным.

В настоящее время в тоннелестроении очень широко применяют сборную железобетонную обделку, которая обладает всеми достоинствами металлической, но менее подвержена коррозии и более экономична.