Руководство ACI 533.5R по основным аспектам проектирования, производства и строительства сегментов туннелей из сборного железобетона

Мехди Бахши и Верия Насри

Механизированная проходка туннелей с помощью TBM была наиболее распространенным методом земляных работ в последнее десятилетие в различных грунтовых условиях, таких как мягкий грунт, слабая порода и трещиноватая твердая порода. Сегменты сборного железобетона устанавливаются за ТБМ для поддержки котлована, выдерживания постоянных нагрузок на грунт и грунтовые воды и обеспечения водонепроницаемости. Кроме того, сборные сегменты рассчитаны на временные нагрузки от производства, транспортировки и строительства.

Вплоть до публикации руководства ACI 533 местные или международные органы предоставляли очень мало рекомендаций проектировщикам и подрядчикам. Публикация ACI 533.5R, возглавляемая авторами этой статьи, в качестве первого руководства в мире, опубликованного международным агентством по нормам, удовлетворила эту потребность и охватывает все основные аспекты проектирования, производства и конструкции сегментов в одной публикации. В этом руководстве представлены процедуры, необходимые для структурной концепции и детального проектирования, проектирования уплотнений и прокладок, проектирования соединений, расчета долговечности, а также установления и контроля допусков. Этот документ был разработан на основе мирового сотрудничества, опыта строительства туннелей и имеющихся национальных и международных рекомендаций. Помимо общих аспектов проектирования, представлены новейшие разработки в области проектирования и новейшие технологии, связанные с технологиями облицовки туннелей ТБМ.

Сегменты туннеля из сборного железобетона необходимо проектировать с использованием метода расчета коэффициентов нагрузки и сопротивления (LRFD). В Таблице 1 представлены определяющие варианты нагрузок и учтенные сочетания нагрузок, для которых рассчитаны сегменты туннелей из сборного железобетона. Коэффициенты снижения прочности в ACI 318-19 и ACI 544.7R-16 необходимы для расчета железобетона и фибробетона (FRC) соответственно.

Требования к внутреннему пространству в зависимости от предполагаемого использования туннеля и требований клиента определяют размер внутреннего пространства туннеля. ACI 533.5R классифицирует туннели по четырем основным категориям: железные дороги и метро, ​​автомобильные, коммунальные, а также туннели для воды и сточных вод. Требования к внутреннему пространству для каждой категории описаны в «Руководстве». На рисунке 1 схематически представлена ​​типичная компоновка автодорожных туннелей. В стандарте ACI 533.5R указаны диапазоны отношения внутреннего диаметра (ID) к толщине обделки для туннелей различных размеров. Сюда входит диапазон 15–25 дюймов для туннелей с внутренним диаметром 13–18 футов и диапазон 18–25 дюймов для туннелей с внутренним диаметром более 18 футов. Для туннелей диаметром 19–23 фута рекомендуется длина кольца 5 футов, которая увеличивается до длины кольца 6,5 фута для туннелей диаметром более 30 футов.

Рисунок 1: Схема внутреннего пространства автодорожных тоннелей: а) участок нижней насосной станции, а) типовой участок.

К различным сегментным кольцевым системам относятся параллельные кольца, параллельные кольца с корректирующими кольцами, кольца с правым/левым конусом и универсальные кольцевые системы (см. рисунок 2). Параллельные кольца (рис. 2(а)) по своей сути не подходят для кривых. В правых/левых кольцах (рис. 2(b)) обычно одна окружная грань каждого кольца сужается перпендикулярно оси туннеля, а другая поверхность наклонена к оси туннеля. Последовательное чередование колец с правой и левой конусностью обеспечивает прямой привод. С помощью этого типа колец можно гарантировать водонепроницаемость, но недостатком является необходимость использования разных типов опалубки. В настоящее время система универсальных колец (рис. 2(c)) является наиболее распространенной системой, в которой часто две окружные поверхности каждого кольца наклонены к оси туннеля, а выравнивание можно обеспечить путем вращения сегментного кольца. Основным преимуществом этой системы является то, что требуется только один тип опалубочного комплекта [3].

Рисунок 2: Различные системы колец, схемы сужения и согласования кривизны: а) параллельные кольца, б) правые/левые кольца, в) универсальные кольца.

Кольца обычно содержат несколько сегментов, что обеспечивает коэффициент гибкости сегментов 8–13. Общая рекомендация для туннелей диаметром до 20 футов — разделить кольцо на 6 сегментов и использовать конфигурации 5+1 или 4+2 (последнее число соответствует количеству ключевых сегментов). Когда диаметр туннеля составляет от 20 до 26 футов и от 26 до 36 футов, можно использовать 7-сегментное кольцо и 8-сегментное кольцо соответственно. Для туннелей диаметром от 36 до 46 футов можно использовать 9-сегментное кольцо. Наконец, для туннелей длиной более 46 футов наиболее распространенной конфигурацией является конфигурация 9+1.