Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей
Шрифт:
Рис. 4-10. Уплотнительные герметичные прокладки: a) уплотнительная прокладка; b) уплотнительная прокладка СКЭПТ и расширяющаяся при контакте с водой прокладка; c) подходящая по материалу прокладка сечения; d) расширяющаяся при контакте с водой уплотнительная прокладка
4.2.1. Выбор количества уплотнительных прокладок
Согласно исследованиям для обеспечения герметичности швов в подавляющем большинстве случаев используют уплотнительные прокладки
Существуют примеры применения двойных прокладок, которые в одинаковой степени проявляются в КНР и зарубежом. Например, Уханьский туннель Чанцзян (внешний диаметр 11 м), туннель Шицзян между Шэньчжэнем и Гонконгом (внешний диаметр 10.8 м), туннель Нанкин Динхуаймень через реку Янцзы (внешний диаметр 14.5 м), старый туннель под Эльбой в Гамбурге (внешний диаметр 13.75 м) и другие. Расположение уплотнительных прокладок в данных туннелях показано на рис. 4-11.
При применении двойных уплотнительных прокладок, можно усилить характеристики герметичности тюбинга, что касается применения герметичной внутренней боковой прокладки, возникают трудности с ее надлежащим распределением, таким образом, защита от воды шва у внутреннего сальника ограничена. В то же время, при монтаже двойной уплотнительной прокладки (особенно для продольных швов) необходимо применить большую силу сжатия при соединении, только при таком условии можно посадить уплотнительную прокладку в канал уплотнения. Возникают трудности при соединении, которые оказывают негативное воздействие, при этом стоимость строительства заметно увеличивается.
Было проведено обследование и изучение уже построенных проходческих щитов малого, среднего и крупного диаметров. Исследования показали, что протекание при применении одинарной прокладки не многим больше, чем при применении двойной прокладки. Рассматривая данную проблему с точки зрения распределения протеканий, утечки обычно проявляются в основном теле тюбинга и его швах, когда обнаруживаются серьезные смещения. Поэтому при грамотном проектировании формы сечения прокладки применяются подходящие для лучшей герметизации материалы, обеспечивающие самогерметизацию тела тюбинга. При строгом контроле качества сборки тюбинга, обычно не применяют двойную защиту, кроме случаев, где наблюдается высокое давление воды на туннель (внешний диаметр у таких туннелей больше 15 м). Что касается туннелей, в которых применяются двойные уплотнительные прокладки, рекомендуется устанавливать герметичное отверстие в промежутке между уплотнительными прокладками. В таком случае, при обнаружении протечек во время эксплуатации, отверстие можно будет залить герметическим составом, герметик запечатает точку утечки в закрытой среде.
4.2.2. Конструкция прокладки
Гидроизоляция прокладки зависит от ее размера и формы. При проектировании прокладки необходимо изучить следующие аспекты.
1) Принципы проектирования прокладок
Величина контактного напряжения зависит от упругости прокладки. Для обеспечения соответствующей силы упругого восстановления необходимо установить требуемый объем прокладки. При чрезмерном увеличении ее объема могут возникнуть трудности при сборке тюбингов. При проектировании прокладки для герметизации тюбингов следует учитывать следующие результаты китайских и международных инженерных и материаловедческих исследований:
(1)
(2) Соответствующий объем прокладки может обеспечить достаточное контактное напряжение и удовлетворять эффекту гидроизоляция швов щита. Превышение объема может вызвать увеличение давления и концентрации напряжения при сборке;
(3) При проектировании следует учитывать размер раскрытия и забега.
(4) Давление домкратов и действующая сила при сборке тюбингов не должны приводить к повреждению торца и угловой части тюбинга. Когда выполнены условия гидроизоляции, необходимо сократить давление на прокладку (общее давление при полном вдавливании уплотнительной прокладки в пазы тюбинга), чтобы обеспечить удобство строительства;
(5) Необходимо учитывать долгосрочную релаксацию напряжения и стрелу остаточной деформации.
2) Определение размера раскрытия и забега стыков тюбингов
При производстве, монтаже и эксплуатации тюбингов проходческого щита на стыке неизбежно возникнут разбеги раскрытия. Его прямые факторы воздействия следующие:
(1) погрешность при производстве тюбинга: ± 2 мм;
(2) погрешность при установке тюбинга: ± 2 мм;
(3) толщина буферного материала: 1~2 мм;
(4) погрешность в работе проходческого щита: ± 5 мм (кольцевой стык);
(5) восприятие продольных усилий, создаваемых щитом во время передвижения: ± 2 мм;
(6) человеческий фактор, воздействие окружающей среды: ± 2 мм;
(7) ошибка измерения площадки контакта прокладки: ± 1 мм.
Рис. 4-11. Две уплотнительные прокладки для гидроизоляции
Под влиянием перечисленных факторов накопляющий максимальный размер раскрытия стыков может составить 8 мм, разбег – 15 мм. В соответствующей литературе также приводится полуаналитический метод расчета допустимого размера раскрытия стыков при определенном давлении воды:
(4-7),
где: ? – допустимый размер раскрытия кольцевых стыков с гидроизолирующими упругими прокладками при определенном давлении воды (мм);
?min – минимальный радиус кривизны продольного прогиба туннеля (мм);
D – внешний диаметр обделки (мм);
B – ширина тюбинга (мм);
? 0 – вероятный размер кольцевого стыка при производстве и монтаже (мм);
? s – величина последующего раскрытия стыков (мм).
3) Коэффициент надежности и показатель водонепроницаемости
Согласно соответствующей литературе о системе гидроизоляции требования по водонепроницаемости выполняются при коэффициенте контактного напряжения и расчетного давления воды больше 1.15. На практике рекомендуется использовать коэффициент в диапазоне 1.2 ~ 1.4. При увеличении или уменьшении давления воды коэффициент соответственно изменяется.
Показатель водонепроницаемости (то есть величина контактного напряжения) рассчитывается, как коэффициент надежности x расчетное давление воды ? коэффициент остаточного напряжения прокладки после снижения напряжения и износа. Выражение выглядит следующим образом: