EA034249B1 - Tubing ring for tunnel linings of diameter 10.5 to 15.5 meters for underground structures - Google Patents

Abstract

The invention is aimed at increasing the bearing capacity and rigidity of structure as a whole by ensuring equal strength of the tubing ring, the possibility of cross-tying the tubing rings and increasing the rigidity of joints of tubing pieces in the ring. In the tubing ring, the normal tubing pieces located in the lower part of lining are made of lightweight structure by reducing the thickness of their back and sides, and all tubing pieces, except the key one, have internal radial stiffening ribs in one or more rows, that enables to provide a given bearing capacity and stiffness of the tubing with minimizing its weight. At the same time, rigging holes are made in the walls of the stiffeners to mount the rings and fasten the internal elements of the structure, and each tubing has a rounding on the outer part of its back-to-side transition to prevent corner chipping when the ring is deformed under load from rock pressure. In addition, the center of each normal, normal lightweight and adjacent tubing has a cylindrical bulb with a grouting hole with thread, to facilitate mounting of the nozzle of mud hose to inject the mortar into the space behind lining, with its subsequent plugging by a threaded grouting plug with its waterproofing gasket. The bolts fastening the tubing pieces in the ring and the rings are installed in holes made in shaped bosses formed on the inner side of the annular and radial sides of tubing, and an embossed groove is made along the contour of the latter for waterproofing purposes.

Description

Изобретение относится к области крепления выработок при строительстве подземных сооружений, а именно к конструкции чугунных тюбинговых тоннельных обделок наружным диаметром от 10,5 доThe invention relates to the field of fastening workings during the construction of underground structures, namely, to the design of cast-iron tubing tunnel lining with an outer diameter of 10.5 to

15,5 м, применяемых для строительства подземных сооружений метрополитенов, железнодорожных и автодорожных тоннелей большого поперечного сечения.15.5 m, used for the construction of underground metro structures, railway and road tunnels of large cross section.

Известны чугунные обделки больших поперечных сечений (шириной более 9.7 м) овальной или условно круглой формы, собираемые из тюбингов чугунных обделок малого диаметра с установкой между тюбингами, для увеличения размера поперечного сечения чугунных прокладок. Такой конструкции тюбинговой обделки присущи недостатки, заключающиеся в сложности монтажных работ, а также в увеличенной податливости стыков элементов обделки и в невозможности осуществить поворот одного смежного кольца относительно другого, т.е. обеспечить перевязку колец, что уменьшает несущую способность и увеличивает деформативность всего сооружения.Known cast-iron lining of large cross sections (wider than 9.7 m) oval or conditionally round in shape, assembled from tubing of cast-iron lining of small diameter with installation between the tubing, to increase the size of the cross section of cast-iron gaskets. Such a design of tubing lining has inherent disadvantages in the complexity of installation work, as well as in increased flexibility of the joints of the lining elements and in the inability to rotate one adjacent ring relative to another, i.e. provide bandaging of the rings, which reduces the bearing capacity and increases the deformability of the entire structure.

Наиболее близким к заявленному является изобретение по пат. РФ № 2436959, кл. Е21Д 5/10, опубл. 20.06.2011 г., бюл. № 17, в котором представлено тюбинговое кольцо для крепления вертикальных стволов горных выработок, состоящее из соединенных между собой нормальных, смежных и ключевого тюбингов посредством болтовых скреплений с гидроизоляционными и прижимными шайбами, причем каждый из тюбингов выполнен в виде литого чугунного сегмента с гладкой снаружи спинкой и замкнутыми по контуру круговыми и вертикальными бортами.Closest to the claimed is the invention according to US Pat. RF number 2436959, cl. E21D 5/10, publ. 06/20/2011, bull. No. 17, which presents a tubing ring for fastening vertical shafts of mine workings, consisting of interconnected normal, adjacent and key tubings by means of bolt fasteners with waterproofing and pressure washers, each of which is made in the form of a cast iron segment with a smooth back and an outside closed along the contour circular and vertical sides.

Однако данная конструкция не может быть применима при строительстве сооружений метрополитена или железнодорожных и автомобильных тоннелей, поскольку не обеспечивает равнопрочность тюбингового кольца в горизонтальных выработках.However, this design cannot be applicable in the construction of subway structures or railway and automobile tunnels, since it does not provide equal strength of the tubing ring in horizontal workings.

Достигаемым при использовании предлагаемого изобретения техническим результатом является увеличение несущей способности и жесткости сооружения в целом путем обеспечения равнопрочности тюбингового кольца, возможности перевязки тюбинговых колец и увеличения жесткости стыков тюбингов в кольце.Achievable when using the invention, the technical result is an increase in the bearing capacity and rigidity of the structure as a whole by ensuring equal strength of the tubing ring, the possibility of dressing tubing rings and increasing the rigidity of the joints of the tubing in the ring.

Технический результат достигается тем, что чугунные тюбинговые тоннельные обделки наружным диаметром от 10,5 до 15,5 м состоят из соединенных между собой нормальных, смежных и ключевого тюбингов посредством болтовых скреплений с гидроизоляционными прокладками и прижимными шайбами, причем каждый из тюбингов выполнен в виде литого чугунного сегмента с гладкой снаружи спинкой и замкнутыми по контуру кольцевыми и радиальными бортами. Нормальные тюбинги, расположенные в нижней менее нагруженной от горного давления части обделки выполнены облегченной конструкции за счет уменьшения толщины их спинки и бортов, что позволяет снизить общий вес конструкции. Во всех тюбингах, кроме ключевого, предусмотрены внутренние радиальные ребра жесткости в количестве одного и более рядов, что обеспечивает необходимую несущую способность и жесткость тюбинга при минимизации его веса; высота ребер жесткости принята переменной от 0 мм в середине тюбинга до максимальной высоты на примыкании к кольцевым бортам, которая на 50-55 мм меньше высоты этих бортов, что обусловлено условиями монтажа тюбингового кольца и гидроизоляции обделки. В ребрах жесткости предусмотрены такелажные отверстия, которые далее используются для крепления элементов внутреннего обустройства сооружения. В каждом тюбинге на внешней части сопряжении спинки с бортами выполнено скругление для предотвращения сколов углов при деформации кольца под нагрузкой от горного давления. По центру каждого нормального, нормального облегченного и смежного тюбинга выполнено утолщение цилиндрической формы с тампонажным отверстием диаметром 2 дюйма с резьбой, позволяющим обеспечить установку в данное отверстие штуцера сопла шланга для нагнетания раствора в заобделочное пространство с последующей заглушкой унифицированной резьбовой тампонажной пробкой с гидроизоляционной прокладкой (диаметр тампонажного отверстия 2 дюйма выбран из условия обеспечения возможности установки унифицированной тампонажной пробки). Болты для скрепления тюбингов в кольце и колец между собой установлены в отверстия, выполненные в фигурных приливах, образованных с внутренней стороны кольцевых и радиальных бортов тюбингов, что обеспечивает жесткость тюбингового кольца. По контуру каждого тюбинга выполнена чеканочная канавка, предназначенная для обеспечения гидроизоляции и позволяющая применять все виды чеканочных материалов, что дает возможность использовать тюбинговую обделку в любых гидрогеологических условиях и в любом режиме эксплуатации.The technical result is achieved by the fact that cast-iron tubing tunnel lining with an outer diameter of 10.5 to 15.5 m consists of interconnected normal, adjacent and key tubings by means of bolt fasteners with waterproofing gaskets and pressure washers, each of which is made in the form of cast a pig-iron segment with a smooth back outside and circular and radial sides closed along the contour. Normal tubing located in the lower part of the lining, which is less loaded from mountain pressure, is made of a lightweight structure by reducing the thickness of their back and sides, which reduces the total weight of the structure. In all tubing, except the key one, internal radial stiffening ribs are provided in the amount of one or more rows, which provides the necessary bearing capacity and stiffness of the tubing while minimizing its weight; the height of the stiffeners is accepted as a variable from 0 mm in the middle of the tubing to the maximum height adjacent to the annular sides, which is 50-55 mm less than the height of these sides, which is due to the conditions for installing the tubing ring and waterproofing the lining. Rigging holes are provided in the stiffeners, which are then used to fasten the elements of the internal arrangement of the structure. In each tubing on the outer part of the interface between the back and the sides, rounding is performed to prevent chipping of the corners when the ring is deformed under load from rock pressure. In the center of each normal, normal lightweight and adjacent tubing, a cylindrical thickening was made with a grouting hole with a diameter of 2 inches with a thread, which made it possible to install a nozzle of a hose nozzle in this hole for pumping the mortar into the grouting space, followed by a plug with a unified threaded grouting plug with a waterproofing gasket (diameter cement plug 2 inches selected from the condition of providing the possibility of installing a unified cement plug). Bolts for fastening the tubing in the ring and the rings to each other are installed in holes made in figured tides formed on the inside of the annular and radial sides of the tubing, which ensures the rigidity of the tubing ring. A embossing groove is made along the contour of each tubing, designed to provide waterproofing and allowing the use of all types of embossing materials, which makes it possible to use tubing lining in any hydrogeological conditions and in any operating mode.

Предлагаемое тюбинговое кольцо тоннельных обделок диаметром от 10,5 до 15,5 м для подземных сооружений иллюстрируется чертежами, на которых изображено:The proposed tubing ring of tunnel lining with a diameter of 10.5 to 15.5 m for underground structures is illustrated by drawings, which depict:

на фиг. 1 - общий вид двух соседних тюбинговых колец с перевязкой между ними;in FIG. 1 is a general view of two adjacent tubing rings with a dressing between them;

на фиг. 2 - вид А на фиг. 1 (тоннельное тюбинговое кольцо в сборе);in FIG. 2 is a view A in FIG. 1 (tunnel tubing ring assembly);

на фиг. 3 - сечение Б-Б фиг. 1 (элементы крепления тюбингов между собой в кольцо);in FIG. 3 is a section BB of FIG. 1 (elements for attaching tubing to each other in a ring);

на фиг. 4 - вид В на фиг. 2 (вид нормального или смежного тюбинга);in FIG. 4 is a view B in FIG. 2 (type of normal or adjacent tubing);

на фиг. 5 - вид Г на фиг. 2 (вид ключевого тюбинга);in FIG. 5 is a view D in FIG. 2 (type of key tubing);

на фиг. 6 - сечение Д-Д фиг. 4 (внутренние ребра жесткости);in FIG. 6 is a section DD of FIG. 4 (internal stiffening ribs);

на фиг. 7 - сечение Е-Е фиг. 4;in FIG. 7 is a cross-section EE of FIG. 4;

на фиг. 8 - сечение Ж-Ж фиг. 4;in FIG. 8 is a section FJ of FIG. 4;

на фиг. 9 - сечение З-З фиг. 7;in FIG. 9 is a cross-section ZZ of FIG. 7;

- 1 034249 на фиг. 10 - общий вид 3-х типоразмеров тюбингов в формате 3-D (Н - нормальный, НО - нормальный облегченный, С - смежный, К - ключевой тюбинги).- 1,034,249 in FIG. 10 - general view of 3 sizes of tubing in 3-D format (H - normal, BUT - normal lightweight, C - adjacent, K - key tubing).

Заявляемое изобретение включает в себя круговую чугунную обделку 1 тоннеля, состоящую из соединенных между собой нормальных 2, смежных 3 и ключевого 4 тюбингов посредством болтовых скреплений 5 с гидроизоляционными 6 и прижимными 7 шайбами в тюбинговое кольцо 8.The claimed invention includes a circular cast-iron lining 1 tunnel, consisting of interconnected normal 2, adjacent 3 and key 4 tubing through bolt fasteners 5 with waterproofing 6 and clamping 7 washers in the tubing ring 8.

Каждый из тюбингов выполнен в виде литого чугунного сегмента 9 с гладкой снаружи спинкой 10 и замкнутыми по контуру кольцевыми 11 и радиальными 12 бортами. В тюбинговом кольце нормальные тюбинги N, расположенные в нижней менее нагруженной от горного давления части обделки, выполнены облегченной конструкции за счет уменьшения толщины t спинки 10 тюбинга, так и толщины n стенки его бортов 11 и 12.Each of the tubing is made in the form of a cast-iron cast-iron segment 9 with a smooth back outside 10 and ring-shaped 11 and radial 12 sides closed along the contour. In the tubing ring, the normal tubing N located in the lower part of the lining, which is less loaded from the rock pressure, is made of a lightweight structure by reducing the thickness t of the tubing back 10 and the wall thickness n of its sides 11 and 12.

На внутренней поверхности спинки 10 каждого нормального 2, N и смежного 3 тюбинга выполнены вертикальные ребра жесткости 13 в количестве одного и более рядов, обеспечивающие необходимую несущую способность и жесткость тюбинга при минимизации его веса. Высота этих ребер жесткости выполнена переменной от 0 мм в середине тюбинга до максимальной высоты h на примыкании к кольцевым бортам 11, которая на 50...55 мм меньше высоты 1 этих бортов. При этом в стенках ребер жесткости 13 образованы такелажные отверстия 14 для монтажа колец и использования в дальнейшем для крепления элементов внутреннего обустройства сооружения. В каждом тюбинге 2, N, 3 и 4 на внешней части сопряжения спинки 10 с бортами 11 и 12 выполнено скругление R радиусом не менее 60 мм для предотвращения сколов углов при деформации кольца под нагрузкой от горного давления. По центру каждого нормального, нормального облегченного и смежного тюбингов расположено утолщение цилиндрической формы с тампонажным отверстием 15 диаметром 2 дюйма с резьбой, позволяющим обеспечить установку в него штуцера сопла шланга для нагнетания раствора в заобделочное пространство с последующей заглушкой резьбовой тампонажной пробкой с гидроизоляционной прокладкой (условно не показаны).On the inner surface of the backrest 10 of each normal 2, N and adjacent 3 tubing, vertical stiffeners 13 are made in the amount of one or more rows, providing the necessary bearing capacity and stiffness of the tubing while minimizing its weight. The height of these stiffeners is made variable from 0 mm in the middle of the tubing to a maximum height h adjacent to the annular sides 11, which is 50 ... 55 mm less than the height 1 of these sides. At the same time, rigging holes 14 are formed in the walls of the stiffening ribs 13 for mounting the rings and later used for fastening the elements of the internal arrangement of the structure. In each tubing 2, N, 3 and 4, on the outer part of the interface between the backrest 10 and the sides 11 and 12, a rounding of R with a radius of at least 60 mm was performed to prevent chipping of the corners when the ring was deformed under load from rock pressure. In the center of each normal, normal lightweight and adjacent tubing there is a thickening of a cylindrical shape with a grouting hole 15 with a diameter of 2 inches with a thread, which makes it possible to install a hose nozzle fitting into it for pumping mortar into the sealing space, followed by a threaded cement plug with a waterproofing gasket (conditionally not shown).

При этом болты скрепления 5 тюбингов и колец между собой установлены в отверстия 16, выполненные в фигурных приливах 17, образованных с внутренней стороны кольцевых 11 и радиальных 12 бортов указанных тюбингов, а по контуру последних выполнена чеканочная канавка 18, обеспечивающая гидроизоляцию и возможность использования тюбинговой обделки в любых гидрогеологических условиях и режимах эксплуатации.At the same time, the fastening bolts of 5 tubing and rings to each other are installed in holes 16 made in figured tides 17 formed on the inner side of the annular 11 and radial 12 sides of these tubing, and the embossing groove 18 is made along the contour of the latter, providing waterproofing and the possibility of using tubing lining in any hydrogeological conditions and operating conditions.

Созданное тюбинговое кольцо для тоннельных обделок диаметром от 10,5 до 15,5 м для подземных сооружений метрополитенов обеспечивает надежную перевязку тюбинговых колец в обделке за счет исключения смещения стыков, улучшает гидроизоляцию, упрощает процесс монтажа, обеспечивает высокую прочность и жесткость конструкции всей тюбинговой чугунной обделки метрополитена.The created tubing ring for tunnel lining with a diameter of 10.5 to 15.5 m for underground metro structures ensures reliable ligation of the tubing rings in the lining by eliminating joint displacement, improves waterproofing, simplifies the installation process, provides high strength and structural rigidity of the entire tubing cast iron lining subway.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить уменьшение ресурса времени при сборке обделки, обеспечение удобства и точности монтажа, обеспечение равно прочности тюбингового кольца, а также обеспечение возможности перевязки тюбинговых колец, увеличение жесткости стыков тюбингов в кольце и, как следствие, увеличение несущей способности и жесткости сооружения в целом.Thus, the proposed technical solution allows to reduce the time resource during the assembly of the lining, ensure the convenience and accuracy of installation, ensure the strength of the tubing ring, as well as provide the possibility of dressing the tubing rings, increase the stiffness of the joints of the tubing in the ring and, as a result, increase the bearing capacity and rigidity of the structure as a whole.

Claims (3)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Тюбинговое кольцо тоннельных обделок диаметром от 10,5 до 15,5 м для подземных сооружений, состоящее из соединенных между собой нормальных, смежных и ключевого тюбингов посредством болтовых скреплений с гидроизоляционными и прижимными шайбами, причем каждый из тюбингов выполнен в виде литого чугунного сегмента с гладкой снаружи спинкой и замкнутыми по контуру кольцевыми и радиальными бортами, отличающееся тем, что в нем нормальные тюбинги, расположенные в нижней части обделки, выполнены облегченной конструкции за счет уменьшения толщины их спинки и бортов, и во всех тюбингах, кроме ключевого, выполнены внутренние радиальные ребра жесткости в количестве одного и более рядов с возможностью обеспечения заданной несущей способности и жесткости тюбинга при минимизации его веса, причем высота этих ребер жесткости выполнена переменной от 0 мм в середине тюбинга до максимальной высоты на примыкании к кольцевым бортам, которая на 50-55 мм меньше высоты этих бортов, при этом в стенках ребер жесткости образованы такелажные отверстия для монтажа колец и крепления элементов внутреннего обустройства сооружения, а в каждом тюбинге на внешней части сопряжения спинки с бортами выполнено скругление для обеспечения предотвращения сколов углов при деформации кольца под нагрузкой от горного давления.1. Tubing ring of tunnel lining with a diameter of 10.5 to 15.5 m for underground structures, consisting of interconnected normal, adjacent and key tubing by means of bolt fasteners with waterproofing and pressure washers, each of the tubing made in the form of a cast iron segment with a smooth back outside and closed along the contour annular and radial sides, characterized in that it has normal tubing located in the lower part of the lining, made of lightweight construction by reducing thickness their backs and sides, and in all tubings, except for the key one, internal radial stiffeners in the amount of one or more rows are made with the possibility of providing a given bearing capacity and stiffness of the tubing while minimizing its weight, and the height of these stiffeners is made variable from 0 mm in the middle tubing to a maximum height adjacent to the annular sides, which is 50-55 mm less than the height of these sides, while rigging holes are formed in the walls of the stiffeners for mounting rings and fixing elements internally arrangement of the structure, and in each tubing on the outer part of the interface between the back and the sides, rounding was performed to ensure the prevention of corner cleavage during ring deformation under load from rock pressure. 2. Тюбинговое кольцо по п.1, отличающееся тем, что по центру каждого нормального, нормального облегченного и смежного тюбингов выполнено утолщение цилиндрической формы с тампонажным отверстием с резьбой для обеспечения установки штуцера сопла шланга нагнетания раствора в заобделочное пространство с последующей заглушкой его резьбовой тампонажной пробкой с гидроизоляционной прокладкой.2. The tubing ring according to claim 1, characterized in that in the center of each normal, normal lightweight and adjacent tubing, a cylindrical thickening with a grouting hole with a thread is made to ensure the installation of the nozzle of the nozzle of the hose for pumping the mortar into the sealing space, followed by a plug with its threaded grouting plug with waterproofing gasket. 3. Тюбинговое кольцо по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в нем болты скрепления тюбингов в кольце и колец между собой установлены в отверстия, выполненные в фигурных приливах, образованных с внутренней стороны кольцевых и радиальных бортов тюбингов, а по контуру последних выполне-3. The tubing ring according to claims 1 and 2, characterized in that the bolts holding the tubing in the ring and the rings between them are installed in holes made in shaped tides formed on the inner side of the annular and radial sides of the tubing, and along the contour of the latter - - 2 034249 на чеканочная канавка для обеспечения гидроизоляции.- 2,034,249 per embossing groove to provide waterproofing.