6) Строительная нагрузка
Строительная нагрузка на щит – это общий термин для обозначения временных нагрузок, действующих на обделку туннеля с момента сборки тюбингов до затвердевания материала после цементации в строительной пустоте в конце щита. Нагрузки на конструкцию щита включают тягу силовых цилиндров, давление при цементации задней стенки, рабочую нагрузку машины для сборки труб и другие строительные нагрузки. Строительные нагрузки зависят от вмещающих пород и условий строительства, поэтому важно минимизировать воздействие строительных нагрузок на трубный лист и обоснованно отразить строительные нагрузки в проекте. Кроме того, уровень технологии строительства является важным фактором при проектировании обделки туннеля.
(1) Тяга для гребного гидроцилиндра
Сила реакции тяги для гребного гидроцилиндра щитовой проходки, действующая на обделку туннеля при щитовой проходке, оказывает наибольшее воздействие на обделку из всех строительных нагрузок. Эксцентриситет упорного цилиндра следует определять в соответствии с нетрадиционными условиями проходки щита (плоская кривая, вертикальная кривая, серпантин и т. д.) с соответствующим запасом. Однако для щитов малого и среднего диаметра с наружным диаметром около 2 – 3 м существует много случаев, когда эксцентриситет фактически составляет 30 – 40 мм.
Если эксцентриситет гидроцилиндра слишком велик, то эксцентрический изгибающий момент, создаваемый тягой силового цилиндра, вызовет растягивающее напряжение в кольцевой части тюбинга, и тюбинг легко треснет. Кроме того, когда щит прокладывает туннель на изогнутом участке, эксцентрическая нагрузка, создаваемая гидроцилиндром тяги щита, вызовет временный дисбаланс давления с обеих сторон туннеля, что приведет к сложному состоянию продольного изгибающего напряжения; соединительные болты между кольцом и кольцом, несущим изгибающее напряжение, будут склонны к сдвиговому повреждению; а чрезмерное сжимающее напряжение, действующее на облицовку трубы, вызовет локальное повреждение тюбинга. Вышеуказанные нагрузки на конструкцию должны быть тщательно учтены при проектировании.
Сила реакции тяги для гребного гидроцилиндра щитовой проходки, действующая на обделку туннеля при щитовой проходке, оказывает наибольшее воздействие на обделку из всех строительных нагрузок. Эксцентриситет упорного цилиндра следует определять в соответствии с нетрадиционными условиями проходки щита (плоская кривая, вертикальная кривая, серпантин и т. д.) с соответствующим запасом. Однако для щитов малого и среднего диаметра с наружным диаметром около 2 – 3 м существует много случаев, когда эксцентриситет фактически составляет 30 – 40 мм.
Если эксцентриситет гидроцилиндра слишком велик, то эксцентрический изгибающий момент, создаваемый тягой силового цилиндра, вызовет растягивающее напряжение в кольцевой части тюбинга, и тюбинг легко треснет. Кроме того, когда щит прокладывает туннель на изогнутом участке, эксцентрическая нагрузка, создаваемая гидроцилиндром тяги щита, вызовет временный дисбаланс давления с обеих сторон туннеля, что приведет к сложному состоянию продольного изгибающего напряжения; соединительные болты между кольцом и кольцом, несущим изгибающее напряжение, будут склонны к сдвиговому повреждению; а чрезмерное сжимающее напряжение, действующее на облицовку трубы, вызовет локальное повреждение тюбинга. Вышеуказанные нагрузки на конструкцию должны быть тщательно учтены при проектировании.
Поскольку испытание тяги отдельной части тюбинга трудно отразить общую работу кольца тюбинга, особое внимание следует уделять тем случаям, когда расчетная тяга гребного гидроцилиндра отличается от фактической тяги щитовой сборки.
(2) Давление цементирования
При цементировании строительного зазора хвостовой части щита вокруг отверстия для цементирования тюбинга будет образоваться временная эксцентрическая нагрузка. Эта нагрузка легко деформирует или даже разрушает лист трубы, например, неправильный этап укупорочного блока типа радиальной вставки (блок K), разрушение соединительного болта, деформация облицовочного кольца и т. д.
Давление цементации обычно определяется давлением воды и грунта, рассчитанным по вмещающей породе и глубине заглубления забоя котлована, но также необходимо определить давление цементации в соответствии с фактическими условиями строительства щита и проверить структуру трубного листа под этим давлением цементации.
(3) Рабочая нагрузка машины для сборки тюбинга
Помимо подъемного кольца, во время сборки тюбинга на него действуют силы реакции монтажной оснастки. Проектирование должно основываться на номинальной мощности и динамическом эффекте монтажной оснастки для расчета конструктивных усилий в процессе сборки. Для бетонных тюбингов в качестве подъемных колец часто используются отверстия для болтов или отверстия для цементации. Кроме того, если отверстия для болтов или отверстия для цементации оснащены стяжными шпильками в качестве противовесов для подъема оборудования и материалов во время строительства или для предотвращения деформации кольца трубного листа, следует проанализировать и проверить предварительно заглубленные части и их сопротивление вытаскиванию.
(4) Другие строительные нагрузки
В качестве строительной нагрузки, в дополнение к вышесказанному, следует учитывать некоторые нагрузки, такие как влияние собственного веса заднего опорного прицепа, нагрузка на домкрат, фиксатор полного круга, влияние силы вращения ножевого круга, тип щита и различное оборудование на поверхности земляных работ и т. д., а иногда нагрузка на шлаковоз и держатель трубного листа также оказывает влияние на трубный лист. Кроме того, в слоях мягкой глины и рыхлого песка, когда лист трубы выступает из хвостовой части щита, верхняя вмещающая порода разрушается до верхней части кольца листа трубы, образуя эксцентрическую нагрузку. Если эти нагрузки оказывают большое влияние на конструкцию, следует установить соответствующую нагрузку в соответствии со строительной ситуацией и проанализировать силу конструкции.
7) Специальная нагрузка
Специальные нагрузки – это нагрузки, которые должны быть специально учтены с учетом окружающих условий основания, условий строительства и условий эксплуатации туннеля, включая воздействие землетрясений, воздействие параллельных или поперечных туннелей, воздействие строительства вблизи, воздействие осадки основания и т. д.
Когда туннель строится параллельно на близком расстоянии, взаимное вмешательство и взаимное влияние во время строительства и эксплуатации должны быть продемонстрированы в соответствии с положением друг друга, геологическими условиями, внешним диаметром туннеля, типом щита, сроками строительства и другими условиями, и при необходимости должны быть приняты защитные меры.
(1) Влияние параметров параллельного или поперечного туннеля
В последние годы появляется все больше примеров, когда несколько туннелей, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга параллельно, имеют смещения и напряжения в поперечном или продольном направлении, значительно отличающиеся от смещений и напряжений в одиночном туннеле. Необходимо проанализировать влияние релаксации основания или строительных нагрузок, возникающих в результате взаимного влияния нескольких туннелей, и при необходимости принять меры, такие как укрепление обделки или основания, или предотвратить деформацию туннеля.
1. Взаиморасположение туннелей
Необходимо проанализировать расположение параллельных туннелей, как по горизонтали, так и по вертикали, пока расстояние между ними меньше внешнего диаметра последующего туннеля (1D), и чем меньше расстояние, тем больше воздействие, особенно если расстояние между ними меньше 0.5D. Необходим детальный анализ. Когда туннели проложены параллельно в верхнем и нижнем направлениях, строительная нагрузка последующего щита и разгрузка, сопровождающая выемку грунта, оказывают большее воздействие на предыдущий туннель. В частности, при строительстве последующего туннеля в нижней части туннеля, верхняя часть туннеля будет испытывать увеличение вертикальных нагрузок и неравномерную осадку из-за ослабления основания во время выемки грунта. Затем необходимо продемонстрировать поперечные и продольные силы и деформации в предшествующем туннеле.
