RU2681893C1 - Tunnel with sub-zero air temperature in winter in its interior part - Google Patents

Tunnel with sub-zero air temperature in winter in its interior part Download PDF

Info

Publication number
RU2681893C1
RU2681893C1 RU2018104443A RU2018104443A RU2681893C1 RU 2681893 C1 RU2681893 C1 RU 2681893C1 RU 2018104443 A RU2018104443 A RU 2018104443A RU 2018104443 A RU2018104443 A RU 2018104443A RU 2681893 C1 RU2681893 C1 RU 2681893C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tunnel
section
concrete
layer
drainage
Prior art date
Application number
RU2018104443A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Альбертович Конных
Валерий Евсеевич Меркин
Артем Сергеевич Кезин
Леонид Юльевич Добровский
Оксана Николаевна Медведева
Олег Григорьевич Танана
Владимир Вениаминович Монастырев
Владимир Сэндэрович Котылевский
Андрей Леонидович Струк
Original Assignee
Публичное акционерное общество "МОСТОТРЕСТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "МОСТОТРЕСТ" filed Critical Публичное акционерное общество "МОСТОТРЕСТ"
Priority to RU2018104443A priority Critical patent/RU2681893C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2681893C1 publication Critical patent/RU2681893C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D29/00Independent underground or underwater structures; Retaining walls
    • E02D29/045Underground structures, e.g. tunnels or galleries, built in the open air or by methods involving disturbance of the ground surface all along the location line; Methods of making them
    • E02D29/05Underground structures, e.g. tunnels or galleries, built in the open air or by methods involving disturbance of the ground surface all along the location line; Methods of making them at least part of the cross-section being constructed in an open excavation or from the ground surface, e.g. assembled in a trench

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Abstract

FIELD: construction.SUBSTANCE: invention relates to the field of construction, namely to the construction of underground structures or tunnel. Tunnel with a negative in winter temperature of air in its inner part contains along its length a central section located at the calculated depth, and two transitional open-top sections connecting the central part with the ground surface, all three sections in cross-section contain a tray with a roadway above it and concrete walls and are made continuous without deformation joints. Tunnel contains a thermo-regulating coating, a drainage layer, drainage pipes, and all the concrete elements of the tray, walls and floors contain organized cracks. Drainage layer is located on the surface of the tray and the walls from the inside of the tunnel. Thermostatic coating is located directly on the drainage layer throughout this layer. Drainage pipes are located in the lower part of the tray and are connected by channels to the drainage layer. Organized cracks are located simultaneously over the entire cross-section of concrete, formed at the sites of targeted weakening of the concrete section at design points and injected with a composition having a strength not less than concrete, the distance along the length of the tunnel between the organized cracks is assigned by calculation.EFFECT: technical result consists in increasing the durability of the tunnel, providing a significant improvement in operating conditions.6 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительству подземных сооружений или тоннеля.The invention relates to the field of construction, namely the construction of underground structures or a tunnel.

Известен тоннель с отрицательной в зимний период температурой воздуха в его внутренней части, содержащий по его длине центральный участок, расположенный на расчетной глубине, и два переходных открытых сверху участка, соединяющих центральную часть с дневной поверхностью грунта, при этом все три участка в поперечном сечении содержат лоток с расположенным над ним полотном дороги и бетонные стены (Метро и тоннели, №2, 2001, «Строительство тоннеля под каналом имени Москвы»).A well-known tunnel with a negative air temperature in winter in its inner part, containing along its length a central section located at the calculated depth, and two transitional sections open at the top connecting the central section with the day surface of the soil, with all three sections in cross section a tray with a roadbed and concrete walls above it (Metro and tunnels, No. 2, 2001, “Construction of a tunnel under the Moscow Canal”).

Недостатком тоннеля является наличие деформационных швов, расположенных на расчетном расстоянии друг от друга. В результате в зимний период в зоне деформационных швов формируются наледи, которые существенно осложняют эксплуатацию.The disadvantage of the tunnel is the presence of expansion joints located at a calculated distance from each other. As a result, in the winter period, ice form in the zone of expansion joints, which significantly complicate the operation.

Известен тоннель с отрицательной в зимний период температурой воздуха в его внутренней части, содержащий по его длине центральный участок, расположенный на расчетной глубине, и два переходных открытых сверху участка, соединяющих центральную часть с дневной поверхностью грунта, при этом все три участка в поперечном сечении содержат лоток с расположенным под ним полотном дороги и бетонные стены, и выполнены непрерывными без деформационных швов (Метро и тоннели, №2, 2001, «Строительство тоннеля под каналом имени Москвы»). Текст статьи приведен в Приложении к описанию изобретения.A well-known tunnel with a negative air temperature in winter in its inner part, containing along its length a central section located at the calculated depth, and two transitional sections open at the top connecting the central section with the day surface of the soil, with all three sections in cross section a tray with a roadbed and concrete walls beneath it, and made continuous without expansion joints (Metro and tunnels, No. 2, 2001, “Construction of a tunnel under the Moscow Canal”). The text of the article is given in the Appendix to the description of the invention.

Недостатком данного технического решения является то, что отсутствие деформационных швов достигалось усиленным продольным армированием. Эта мера не устраняет напряженное состояние бетона, а лишь распределяет крупные трещины на мелкие. При этом с учетом применения гидроизоляции водопроницаемость бетона оказалась незначительной, но резко снизилась долговечность бетона.The disadvantage of this technical solution is that the absence of expansion joints was achieved by reinforced longitudinal reinforcement. This measure does not eliminate the stress state of concrete, but only distributes large cracks into small ones. Moreover, taking into account the use of waterproofing, the water permeability of concrete turned out to be insignificant, but the durability of concrete sharply decreased.

Целью предлагаемого технического решения является повышение долговечности тоннеля.The aim of the proposed technical solution is to increase the durability of the tunnel.

Поставленная цель достигается тем, что тоннель с отрицательной в зимний период температурой воздуха в его внутренней части содержит по его длине центральный участок, расположенный на расчетной глубине, и два переходных открытых сверху участка, соединяющих центральную часть с дневной поверхностью грунта. Все три участка в поперечном сечении содержат лоток с расположенным над ним полотном дороги и бетонные стены, и выполнены непрерывными без деформационных швов. Тоннель содержит терморегулирующее покрытие, водоотводящий слой, водоотводные трубопроводы, а все бетонные элементы лотка, стен и перекрытия содержат организованные трещины, при этом водоотводящий слой расположен на поверхности лотка и стен со стороны внутренней части тоннеля, терморегулирующее покрытие расположено непосредственно на водоотводящем слое на всем протяжении этого слоя, водоотводные трубопроводы расположены в нижней части лотка и соединены каналами с водоотводящим слоем. Организованные трещины расположены одновременно по всему поперечному бетонному сечению, сформированы в местах целенаправленного ослабления бетонного сечения в расчетных точках и заинъектированы составом, имеющую не меньшую чем бетон прочность, при этом расстояние по длине тоннеля между организованными трещинами назначено по расчету.This goal is achieved in that the tunnel with a negative air temperature in winter in its inner part contains along its length a central section located at the calculated depth, and two transitional sections open from above, connecting the central part with the ground surface. All three sections in cross section contain a tray with a roadbed and concrete walls located above it, and are made continuous without expansion joints. The tunnel contains a thermoregulatory coating, a drainage layer, drainage pipelines, and all concrete elements of the tray, walls and floors contain organized cracks, while the drainage layer is located on the surface of the tray and walls from the side of the inside of the tunnel, the temperature control coating is located directly on the drainage layer throughout of this layer, drainage pipelines are located in the lower part of the tray and are connected by channels to the drainage layer. Organized cracks are located simultaneously over the entire cross-section of concrete, formed in places of deliberate weakening of the concrete section at design points, and are injected with a composition that has no less strength than concrete, and the distance along the tunnel length between organized cracks is calculated.

Кроме того, центральный участок имеет перекрытие, содержащее бетонную плиту перекрытия, расположенные на нижней поверхности плиты сначала водоотводящий слой, а затем терморегулирующее покрытие, а на верхней поверхности сначала слой грунта и затем слой теплоизоляции, причем водоотводящий слой, терморегулирующее покрытие, слой грунта и слой теплоизоляции расположены на всем протяжении поперечного сечения.In addition, the central section has an overlap containing a concrete slab, located on the lower surface of the slab first with a drainage layer and then with a heat-regulating coating, and on the upper surface with a soil layer and then a thermal insulation layer, with the drainage layer, heat-regulating coating, soil layer and layer thermal insulation are located throughout the cross section.

Кроме того, лоток при уровне грунтовых вод выше уровня дренажных трубопроводов выполнен в виде плиты из армированного бетона.In addition, the tray at a groundwater level above the level of drainage pipelines is made in the form of a slab of reinforced concrete.

Кроме того, тоннель содержит слой теплоизоляции, расположенный в уровне дневной поверхности грунта за пределами сечения тоннеля с каждой стороны на ширину «С», при этомIn addition, the tunnel contains a layer of insulation located at the level of the surface of the soil outside the section of the tunnel on each side to a width of "C", while

C=4 hп, м,C = 4 h p , m,

где hп - глубина сезонного промерзания грунта при оголенной от снега поверхности.where h p - the depth of seasonal freezing of the soil when exposed to snow surface.

Кроме того, стены выше уровня грунтовых вод выполнены из гофрированного металла с вертикальной ориентацией гофров.In addition, the walls above the groundwater level are made of corrugated metal with a vertical orientation of the corrugations.

Кроме того, водоотводящий слой выполнен из пористого материала с незамкнутыми порами.In addition, the drainage layer is made of porous material with open pores.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 представлен аналог изобретения - тоннель с деформационными швами, сечение по продольной оси тоннеля;in FIG. 1 presents an analogue of the invention — a tunnel with expansion joints, a section along the longitudinal axis of the tunnel;

на фиг. 2 представлен прототип изобретения - сильноармированный тоннель без деформационных швов, сечение по продольной оси тоннеля;in FIG. 2 shows a prototype of the invention — a heavily reinforced tunnel without expansion joints, a section along the longitudinal axis of the tunnel;

на фиг. 3 представлено предлагаемое техническое решение тоннеля без деформационных швов, сечение по продольной оси тоннеля;in FIG. 3 presents the proposed technical solution of the tunnel without expansion joints, a section along the longitudinal axis of the tunnel;

на фиг. 4 представлено поперечное сечение центрального участка тоннеля в случае наличия перекрытия, сечение А-А на фиг. 3;in FIG. 4 shows a cross section of the central section of the tunnel in the event of overlap, section AA in FIG. 3;

на фиг. 5 представлено поперечное сечение переходного участка тоннеля, сечение Б-Б на фиг. 3;in FIG. 5 shows a cross section of the transition section of the tunnel, section BB in FIG. 3;

на фиг. 6 представлено поперечное сечение переходного участка тоннеля, сечение Б-Б на фиг. 3, вариант, когда уровень грунтовых вод ниже дренажных трубопроводов;in FIG. 6 shows a cross section of the transitional section of the tunnel, section BB in FIG. 3, an option when the groundwater level is below drainage pipelines;

на фиг. 7 представлено поперечное сечение переходного участка тоннеля, сечение В-В на фиг. 3, вариант для низкого уровня грунтовых вод;in FIG. 7 shows a cross section of the transition section of the tunnel, section BB in FIG. 3, an option for low groundwater;

на фиг. 8 представлено поперечное сечение центрального участка тоннеля при наличии перекрытия, сечение Г-Г на фиг. 3;in FIG. 8 shows a cross section of the central section of the tunnel in the presence of overlap, section GG in FIG. 3;

на фиг. 9 приведена расчетная схема для проведения теплофизического расчета лотковой части тоннеля, сечение Д-Д на фиг. 4;in FIG. 9 shows the design scheme for conducting thermophysical calculation of the chute part of the tunnel, section DD in FIG. four;

на фиг. 10 приведена эпюра распределения температур по глубине в лотковой части тоннеля (см. фиг. 9) в момент максимального промерзания;in FIG. 10 shows a diagram of the temperature distribution in depth in the chute part of the tunnel (see Fig. 9) at the moment of maximum freezing;

на фиг. 11 приведена расчетная схема для проведения теплофизического расчета перекрытия тоннеля, сечение Е-Е на фиг. 4;in FIG. 11 shows the design scheme for conducting thermophysical calculation of the overlap of the tunnel, section EE in FIG. four;

на фиг. 12 приведена эпюра распределения температур по толщине перекрытия (см. фиг. 11) в момент максимального промерзания;in FIG. 12 shows a diagram of the temperature distribution over the thickness of the floor (see FIG. 11) at the moment of maximum freezing;

на фиг. 13 приведена расчетная схема для проведения теплофизического расчета стены тоннеля, сечение Ж-Ж на фиг. 4;in FIG. 13 shows a design diagram for conducting a thermophysical calculation of a tunnel wall, section MF in FIG. four;

на фиг. 14 приведена эпюра распределения температур по толщине стены и прилегающего грунта (см. фиг. 13) в момент максимального промерзания;in FIG. 14 shows a diagram of the temperature distribution over the thickness of a wall and adjacent soil (see FIG. 13) at the moment of maximum freezing;

на фиг. 15 представлено требуемое положение нулевой изотермы в зоне верхней части стены при открытом сечении в момент максимального промерзания. in FIG. 15 shows the required position of the zero isotherm in the area of the upper part of the wall with an open section at the moment of maximum freezing.

Кроме того, к тексту описания прилагается Приложение с текстом статьи, которая описывает прототип.In addition, the Appendix with the text of the article that describes the prototype is attached to the description text.

Тоннель с отрицательной в зимний период температурой воздуха в его внутренней части содержит по его длине два переходных 1 открытых сверху участка и расположенный между ними центральный 2 участок. Температура во внутренней части тоннеля приближается к температуре наружного воздуха, т.е. температуре воздуха над дневной поверхностью грунта. Это имеет место потому, что концевые участки открыты сверху, а центральный участок либо тоже является открытым, либо, если не открытый, то, как правило, короткий и продувается.A tunnel with a negative air temperature in winter in its inner part contains along its length two transitional 1 open sections from above and a central 2 section located between them. The temperature in the interior of the tunnel approaches the temperature of the outside air, i.e. air temperature above the ground surface. This is because the end sections are open from above, and the central section is either open, or, if not open, is usually short and blown.

На фиг. 1 представлен аналог - тоннель, содержащий бетонную обделку 3, защищенную гидроизоляцией 4, имеющий по длине деформационные швы 5. Полотно дороги (железной или автомобильной) в подземной 6 части переходит в надземную 7 часть. Водонепронецаемость швов трудно обеспечить, поэтому в зимний период в местах швов образуются наледи, усложняющие эксплуатацию тоннеля.In FIG. 1, an analogue is presented — a tunnel containing concrete lining 3, protected by waterproofing 4, with expansion joints 5 in length. A road lane (railway or automobile) in the underground 6 part goes into the above-ground 7 part. The waterproofness of the seams is difficult to ensure, therefore, in winter, ice forms in the joints, complicating the operation of the tunnel.

На фиг. 2 представлен прототип - тоннель, не имеющий деформационных швов. Это было достигнуто за счет сильного армирования бетона. В результате исчезли большие трещины, но весь бетон насыщен микротрещинами, которые резко снижают долговечность материала, а следовательно, и всего тоннеля.In FIG. 2 shows a prototype - a tunnel that does not have expansion joints. This was achieved due to the strong reinforcement of concrete. As a result, large cracks disappeared, but the whole concrete is saturated with microcracks, which dramatically reduce the durability of the material, and therefore the entire tunnel.

Поставленная цель - повышение долговечности тоннеля - достигается введением новых элементов: организованных трещин 8, терморегулирующего покрытия 9, водоотводящего слоя 10 с водоотводными трубопроводами и слоя теплоизоляции 11.The goal - increasing the durability of the tunnel - is achieved by the introduction of new elements: organized cracks 8, thermostatic coating 9, the drainage layer 10 with drainage pipes and the insulation layer 11.

На фиг. 4 (сечение А - А на фиг. 3) представлено поперечное сечение центрального 2 участка тоннеля в случае наличия перекрытия. Обделка 3 (см. фиг. 3) выполнена из монолитного бетона и содержит лотковую плиту 12, стены 13 и плиту 14 перекрытия. Бетон может быть армирован в соответствии с расчетами. По всему поперечному сечению расположен водоотводящий слой 10. Для отвода воды в нижней части лотковой плиты 12 предусмотрены утолщения 15, в которых расположены водоотводные трубопроводы 16, которые связаны каналами 17 с водоотводящим слоем 10. Водоотводящий слой 10 расположен непосредственно с внутренней стороны обделки (позиции 12, 13, 14), а с ним с внутренней стороны (полость 18) контактирует терморегулирующее покрытие 9. Терморегулирующее покрытие 9 может состоять из пассивной теплоизоляции (например, пенополистирол), а может содержать элементы активного теплового действия (например, нагреватели). В каждом конкретном случае это решается в соответствии с местными условиями.In FIG. 4 (section A - A in FIG. 3) shows a cross section of the central 2 section of the tunnel in the case of overlap. The lining 3 (see Fig. 3) is made of monolithic concrete and contains a trough plate 12, walls 13 and a slab 14. Concrete can be reinforced in accordance with calculations. A drainage layer 10 is located throughout the cross-section. For drainage of water, thickenings 15 are provided in the lower part of the tray plate 12, in which drainage pipes 16 are located, which are connected by channels 17 to the drainage layer 10. The drainage layer 10 is located directly on the inside of the lining (position 12 , 13, 14), and the thermo-regulating coating 9 is in contact with it from the inside (cavity 18) 9. The thermo-regulating coating 9 may consist of passive thermal insulation (for example, polystyrene foam), and may contain elements active heat (e.g. heaters). In each case, this is decided in accordance with local conditions.

В лотковой зоне расположено полотно 6 дороги. Обделка со стороны грунта может быть защищена гидроизоляцией 4. В уровне дневной поверхности 19 грунта (У П) расположена теплоизоляция 11, которая на ширине «в» поперечного сечения тоннеля расположена непосредственно над тоннелем, и имеет боковые участки шириной «с», иногда с вертикальными участками 20. Теплоизоляция 11 защищена защитным слоем 21.In the trough zone, the roadway 6 is located. The lining on the soil side can be protected by waterproofing 4. At the level of the day surface 19 of the soil (U P) there is a thermal insulation 11, which is located directly above the tunnel on the width “c” of the tunnel cross section and has side sections with a width of “c”, sometimes with vertical sections 20. Thermal insulation 11 is protected by a protective layer 21.

На фиг. 5 (сечение Б - Б на фиг. 3) приведено поперечное сечение переходного 1 участка тоннеля. Такое же поперечное сечение может быть и на центральном участке при небольшой общей глубине расположения полотна 6 дороги. Основные элементы поперечного сечения в основном те же, что и на фиг. 4. Но теплоизоляция 11 расположена только с внешней стороны тоннеля и отделяется от терморегулирующего слоя 9 швом 22. Для обеспечения возможности дополнительного прогрева обустроены нагревательные элементы 23. На фиг. 6 приведен вариант поперечного сечения, изображенного на фиг. 5. В том случае, если уровень 24 грунтовых вод (УГВ) ниже водоотводных трубопроводов 16, то лотковая часть расположена непосредственно на грунте 25, при этом устойчивость стенок обеспечивается распорками 26.In FIG. 5 (section B - B in Fig. 3) shows a cross section of the transitional 1 section of the tunnel. The same cross-section can be in the central section with a small overall depth of the location of the roadway 6. The main elements of the cross section are basically the same as in FIG. 4. But the thermal insulation 11 is located only on the outside of the tunnel and is separated from the thermostatic layer 9 by a seam 22. To enable additional heating, heating elements 23 are equipped. FIG. 6 shows a variant of the cross section shown in FIG. 5. In the event that the groundwater level (groundwater level) 24 is lower than the drainage pipelines 16, then the chute part is located directly on the ground 25, while the stability of the walls is provided by spacers 26.

На фиг. 7 (сечение В-В на фиг. 3) приведен вариант поперечного сечения переходного участка 1, когда уровень 24 грунтовых вод (УГВ) ниже уровня 19 дневной поверхности (УП). В этом случае верхняя часть обделки выполнена из гофрированного металла 27 с вертикальной ориентацией гофров.In FIG. 7 (section BB in FIG. 3), a cross-sectional embodiment of the transition section 1 is shown when the level of 24 groundwater (ground water) is below the level of 19 day surface (UE). In this case, the upper part of the lining is made of corrugated metal 27 with a vertical orientation of the corrugations.

На фиг. 8 (сечение Г-Г на фиг. 3) приведен вариант поперечного сечения центрального участка 2, когда толщина грунта между перекрытием и дневной поверхностью 19 грунта не хватает для обеспечения необходимого температурного режима обделки тоннеля. В этом случае перекрытие осуществлено пролетным строением 28, которое через опорные части 29 опирается на стены 13.In FIG. 8 (section G-D in FIG. 3) shows a variant of the cross section of the central portion 2, when the soil thickness between the floor and the ground surface 19 of the soil is not enough to provide the required temperature regime of the tunnel lining. In this case, the overlap is carried out by the span 28, which through the supporting parts 29 rests on the walls 13.

Тоннель с отрицательной в зимний период температурой в его внутренней части работает следующим образом.A tunnel with a temperature negative in winter in its inner part works as follows.

В зимний период холодный воздух поступает в полость 18 тоннеля и охлаждает внутреннюю поверхность тоннеля. Кроме того охлаждается массив грунта с дневной поверхности 19. Со стороны полости 18 недопустимому охлаждению препятствует терморегулирующее покрытие 9, а со стороны дневной поверхности 19 недопустимому охлаждению препятствует теплоизоляция 11.In winter, cold air enters the cavity of the 18 tunnel and cools the inner surface of the tunnel. In addition, the soil mass is cooled from the day surface 19. From the side of the cavity 18, thermostatic coating 9 prevents unacceptable cooling, and from the side of the day surface 19 the heat insulation 11 prevents the unacceptable cooling.

Формирование температурного режима тоннеля в зимний период происходит следующим образом.The formation of the temperature regime of the tunnel in the winter is as follows.

В общем в зоне тоннеля идет трехмерный тепловой процесс. Однако тепловыми потоками в направлении продольной оси тоннеля можно пренебречь, за исключением отдельных узлов. Оставшийся двумерный процесс формируется за счет взаимосвязи характерных одномерных процессов.In general, a three-dimensional thermal process is going on in the tunnel zone. However, heat fluxes in the direction of the longitudinal axis of the tunnel can be neglected, with the exception of individual nodes. The remaining two-dimensional process is formed due to the relationship of the characteristic one-dimensional processes.

Одномерный процесс теплопередачи в лотковой части происходит в расчетной зоне, которую можно представить колонкой на фиг. 9: сверху щебень полотна дороги 6, далее терморегулирующее покрытие 9, водоотводящий слой 10, плита из армированного бетона 12 и грунт 25 основания. Необходимо, чтобы в холодный период года всегда температура в зоне водоотводящего слоя 10 была положительной. Это достигается соответствующей мощностью терморегулирующего покрытия 9, с одной стороны, и потоком тепла из глубинных слоев грунта (например, среднегодовая температура грунта на глубине 10 м и более равна в Москве +8°С). Эпюра 30 распределения температур по глубине в самый неблагоприятный момент приведена на фиг. 10. Точка М перехода из отрицательной в положительную часть эпюры расположена в пределах терморегулирующего покрытия 9.The one-dimensional heat transfer process in the tray part occurs in the calculation zone, which can be represented by the column in FIG. 9: crushed stone of the roadbed 6 from above, then a thermostatic coating 9, a drainage layer 10, a reinforced concrete slab 12 and a base soil 25. It is necessary that in the cold season always the temperature in the area of the drainage layer 10 is positive. This is achieved by the corresponding power of the thermostatic coating 9, on the one hand, and by the heat flux from the deep layers of the soil (for example, the average annual temperature of the soil at a depth of 10 m and more is + 8 ° С in Moscow). Diagram 30 of the distribution of temperature over depth at the most unfavorable moment is shown in FIG. 10. The point M of the transition from the negative to the positive part of the plot is located within the thermostatic coating 9.

Одномерный процесс теплопередачи в перекрытии (см. фиг. 4) происходит в расчетной зоне, которую можно представить колонкой на фиг. 11. Здесь в зимний период охлаждение происходит как сверху, так и снизу. Условие здесь должно быть обеспечено то же, что и в предыдущем случае: в пределах водоотводящего слоя круглый год должна быть обеспечена положительная температура. Это обеспечивается, с одной стороны, терморегулирующим слоем 9, а с другой, - запасом тепла, аккумулированном в летний период в перекрытии, в основном за счет слоя грунта 25. В связи с изложенным, данная конструкция возможна при определенной минимальной толщине этого слоя. На фиг. 12 приведено распределение температур (эпюра 31) по толщине перекрытия в самый неблагоприятный момент времени: точка N перехода эпюры из положительной в отрицательную зону расположена в пределах терморегулирующего покрытия 9.The one-dimensional heat transfer process in the floor (see FIG. 4) occurs in the calculation zone, which can be represented by the column in FIG. 11. Here in the winter, cooling occurs both above and below. The condition here must be ensured the same as in the previous case: a positive temperature must be ensured throughout the drainage layer year-round. This is ensured, on the one hand, by the temperature control layer 9, and on the other hand, by the heat reserve accumulated during the summer in the ceiling, mainly due to the soil layer 25. In connection with the foregoing, this design is possible with a certain minimum thickness of this layer. In FIG. 12 shows the temperature distribution (plot 31) over the thickness of the floor at the most unfavorable time: the point N of the transition of the plot from the positive to the negative zone is located within the thermostatic coating 9.

Одномерный процесс теплопередачи в стене охарактеризован фигурами 13 и 14. Он качественно аналогичен процессу теплопередачи в лотковой части (см. фиг. 9 и 10).The one-dimensional heat transfer process in the wall is characterized by figures 13 and 14. It is qualitatively similar to the heat transfer process in the tray part (see Figs. 9 and 10).

Наиболее сложно обеспечить положительные температуры в водоотводящем слое 10 в верхней части стены 13 при открытом сверху сечении. В самом неблагоприятном моменте времени очертание нулевой изотермы 33 должно быть обеспечено в соответствии с фиг. 15. Увеличение теплоизоляции может оказаться нерациональным. В этом случае терморегулирующее покрытие 10 целесообразно снабдить греющим кабелем 23, который может включаться в экстремальные моменты времени.It is most difficult to ensure positive temperatures in the drainage layer 10 in the upper part of the wall 13 when the section is open at the top. At the most unfavorable moment of time, the outline of the zero isotherm 33 should be provided in accordance with FIG. 15. An increase in thermal insulation may be irrational. In this case, it is advisable to provide the temperature control coating 10 with a heating cable 23, which can be included at extreme times.

Говоря о работе тоннеля, необходимо отметить, что водонепроницаемость бетонной обделки обеспечена тем, что в ее конструкции предусмотрены «организованные трещины», которые образуются в специально ослабленных местах поперечного сечения по длине тоннеля и инъектируются в момент достижения бетоном температур, близких к нулю. В результате обеспечивается водонепроницаемость организованных трещин.Speaking about the operation of the tunnel, it is necessary to note that the waterproofness of the concrete lining is ensured by the fact that its structure provides for “organized cracks” that form in specially weakened cross-sections along the length of the tunnel and are injected when concrete reaches temperatures close to zero. As a result, the water resistance of organized cracks is ensured.

Тоннель с отрицательной в зимний период температурой в его внутренней части сооружается следующим образом.A tunnel with a temperature negative in winter in its interior is constructed as follows.

Следует отметить одну важную особенность сооружения, которая отличает предлагаемое техническое решение: это формирование «организованных трещин» в процессе бетонирования обделки, сущность которых будет изложена в следующем разделе.It should be noted one important feature of the structure that distinguishes the proposed technical solution: this is the formation of "organized cracks" in the process of concreting the lining, the essence of which will be described in the next section.

Характеристика существенных признаков.Characterization of essential features.

Основная цель данного технического решения является повышение долговечности тоннеля. Это достигается несколькими мерами.The main goal of this technical solution is to increase the durability of the tunnel. This is achieved by several measures.

Первая мера (первый существенный признак) - организованные трещины в бетонной обделке тоннеля. Дело в том, что при твердении бетонной смеси происходит выделение большого количества тепла, и бетонная монолитная обделка при изготовлении разогревается до 60°С и выше. При остывании обделка по длине должна сократиться, но окружающий грунт не позволяет проявиться свободным деформациям. Возникают напряжения, значительно превышающие предел прочности бетона на растяжение, что приводит к образованию трещин. Трещины возникают беспорядочные и на небольшом расстоянии друг от друга, что по существу разрушает структуру бетона и резко снижает его долговечность. Чтобы это предотвратить, на определенном расстоянии по длине тоннеля поперечное сечение ослабляется с поверхности, в результате трещины сразу формируются в ослабленных местах и по мере остывания бетона увеличиваются в размерах. Остальной бетон остается без трещин. До того момента, когда трещина раскрыта, напряжения в бетоне равны нулю. Как только мы заинъектируем трещину твердеющим составом, дальнейшее понижение температуры обделки будет приводить к возникновению и росту растягивающих напряжений. Чтобы напряжения не превысили допустимых значений по прочности и, следовательно, чтобы не образовались новые трещины, инъектирование (т.е. замыкание смежных с трещиной частей) организованных трещин должно иметь место при как можно более низкой температуре. Если замкнуть при самой низкой зимней температуре, то при дальнейшей эксплуатации, напряжения будут возникать только в летний период, и они будут сжимающие. Однако ожидание зимнего периода и самой низкой температуры резко увеличивает строительный период, поэтому замыкание обделки целесообразно производить при положительной температуре. Но тогда будут большие растягивающие напряжения в зимний период (и появление трещин).The first measure (the first significant sign) is organized cracks in the concrete lining of the tunnel. The fact is that during the hardening of the concrete mixture, a large amount of heat is released, and the concrete monolithic lining during production is heated to 60 ° C and above. When cooling, the lining should be reduced in length, but the surrounding soil does not allow free deformations to appear. Stresses arise that significantly exceed the tensile strength of concrete, which leads to the formation of cracks. Cracks occur randomly and at a short distance from each other, which essentially destroys the structure of concrete and sharply reduces its durability. To prevent this, at a certain distance along the length of the tunnel, the cross section is weakened from the surface, as a result, cracks immediately form in weakened places and increase in size as the concrete cools down. The rest of the concrete remains without cracks. Until the crack is opened, the stresses in the concrete are zero. As soon as we inject a crack with a hardening composition, a further decrease in the temperature of the lining will lead to the appearance and growth of tensile stresses. To prevent stresses from exceeding the permissible strength values and, therefore, to prevent new cracks from forming, injection (i.e., closure of parts adjacent to the crack) of organized cracks should take place at the lowest possible temperature. If you close at the lowest winter temperature, then during further operation, stresses will arise only in the summer period, and they will be compressive. However, the expectation of a winter period and the lowest temperature dramatically increases the construction period, so it is advisable to close the lining at a positive temperature. But then there will be large tensile stresses in the winter (and the appearance of cracks).

Для устранения этого недостатка в поперечном сечении тоннеля предусмотрено терморегулирующее покрытие 9 (второй существенный признак). Терморегулирующее покрытие может состоять только из пассивной теплоизоляции, а может содержать дополнительно и активные нагревательные элементы, например, греющий кабель 23 (см. фиг. 5). Указанное покрытие рассчитывается таким образом, чтобы внутренняя поверхность бетонной обделки круглый год имела положительную температуру.To eliminate this drawback, a thermostatic coating 9 (second essential feature) is provided in the cross section of the tunnel. The temperature-controlled coating may consist only of passive thermal insulation, and may additionally contain active heating elements, for example, a heating cable 23 (see Fig. 5). The specified coating is calculated so that the inner surface of the concrete lining has a positive temperature all year round.

Несмотря на наличие гидроизоляции 4, возможны протечки воды сквозь повреждения гидроизоляции. Протечки могут быть и ниже уровня грунтовых вод, и за счет поверхностных вод, протекающих с поверхности в глубинные слои, и за счет дождевых вод при открытом сечении. Для устранения протечек между терморегулирующим покрытием 9 и обделкой устроен водоотводящий слой 10, который позволяет собирать воду с любой части поперечного сечения тоннеля и передавать ее в водоотводные трубопроводы 16 через каналы 17. Таким образом, водоотводящий слой, водоотводные трубопроводы и каналы являются соответственно третьим, четвертым и пятым существенными признаками.Despite the presence of waterproofing 4, water may leak through damage to the waterproofing. Leaks can be lower than the groundwater level, and due to surface water flowing from the surface into the deeper layers, and due to rainwater when the cross section is open. To eliminate leaks between the thermostatic coating 9 and the lining, a drainage layer 10 is arranged, which allows you to collect water from any part of the cross section of the tunnel and transfer it to the drainage pipes 16 through channels 17. Thus, the drainage layer, drainage pipes and channels are, respectively, the third, fourth and fifth essential features.

Существенными признаками являются такие признаки, отраженные в ограничительной части формулы. Центральный и переходные участки (шестой и седьмой существенные признаки) - характеризуют однозначно состав конструкции заявленного тоннеля и являются соответственно шестым и седьмым существенными признаками. Восьмым и девятым существенными признаками являются лоток и стены тоннеля, поскольку также однозначно определяют состав конструкции заявленного тоннеля.The essential features are such features, reflected in the restrictive part of the formula. Central and transitional sections (sixth and seventh essential features) - characterize unambiguously the composition of the claimed tunnel and are respectively the sixth and seventh essential features. The eighth and ninth essential features are the tray and the walls of the tunnel, since they also uniquely determine the composition of the claimed tunnel.

Все перечисленные выше девять существенных признаков являются необходимыми для достижения заявленного технического результата - повышения долговечности тоннеля. Других существенных признаков не требуется, поэтому указанные признаки являются также достаточными.All of the nine essential features listed above are necessary to achieve the claimed technical result - to increase the durability of the tunnel. Other essential features are not required, therefore, these features are also sufficient.

В ряде частных случаев заявляемое техническое решение может быть усовершенствовано, что изложено в пп. 2. 3, 4, 5, 6 формулы изобретения. Дополнительные существенные признаки, позволяющие достичь при соответствующих условиях заявляемый технический результат более простым способом являются: перекрытие (фиг. 4) в центральном участке тоннеля (десятый существенный признак), плита (фиг. 4) из армированного бетона (одиннадцатый существенный признак), теплоизоляция (фиг. 5), уложенная в уровне дневной поверхности грунта за пределами сечения тоннеля (двенадцатый существенный признак), часть стены (фиг. 7) из гофрированного металла (тринадцатый существенный признак) и схема водоотводящего слоя (четырнадцатый существенный признак).In a number of special cases, the claimed technical solution can be improved, which is described in paragraphs. 2. 3, 4, 5, 6 claims. Additional essential features that make it possible to achieve the claimed technical result under more appropriate conditions in a simpler way are: overlapping (Fig. 4) in the central section of the tunnel (the tenth essential feature), a slab (Fig. 4) made of reinforced concrete (eleventh essential feature), thermal insulation ( Fig. 5), laid at the level of the daily surface of the soil outside the section of the tunnel (the twelfth essential feature), part of the wall (Fig. 7) made of corrugated metal (the thirteenth essential feature) and the drainage scheme layer (fourteenth essential feature).

Эффективность предлагаемого технического решения определяется, прежде всего, достижением основной цели - повышением долговечности тоннеля. Одновременно получен и другой эффект - существенное улучшение условий эксплуатации. Все это достигается за счет:The effectiveness of the proposed technical solution is determined, first of all, by achieving the main goal - increasing the durability of the tunnel. At the same time, another effect was obtained - a significant improvement in operating conditions. All this is achieved by:

- отсутствия деформационных швов;- lack of expansion joints;

- отсутствия трещинообразования в бетоне;- lack of cracking in concrete;

- снятия проблемы морозостойкости бетона обделки (круглый год положительная температура);- Removing the problem of frost resistance of concrete lining (year-round positive temperature);

- налаживания водоотвода в зимний период;- establishing drainage in the winter;

- отсутствия наледей.- lack of ice.

Приложениеapplication

к описанию изобретенияto the description of the invention

(статья из журнала «Метро и тоннели», №2, 2001(article from the journal Metro and Tunnels, No. 2, 2001

«Строительство тоннеля под каналом имени Москвы»)“Construction of a tunnel under the Moscow Canal”)

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Claims (8)

1. Тоннель с отрицательной в зимний период температурой воздуха в его внутренней части, содержащий по его длине центральный участок, расположенный на расчетной глубине, и два переходных открытых сверху участка, соединяющих центральную часть с дневной поверхностью грунта, при этом все три участка в поперечном сечении содержат лоток с расположенным над ним полотном дороги и бетонные стены, и выполнены непрерывными без деформационных швов, отличающийся тем, что он содержит терморегулирующее покрытие, водоотводящий слой, водоотводные трубопроводы, а все бетонные элементы лотка, стен и перекрытия содержат организованные трещины, при этом водоотводящий слой расположен на поверхности лотка и стен со стороны внутренней части тоннеля, терморегулирующее покрытие расположено непосредственно на водоотводящем слое на всем протяжении этого слоя, водоотводные трубопроводы расположены в нижней части лотка и соединены каналами с водоотводящим слоем, а организованные трещины расположены одновременно по всему поперечному бетонному сечению, сформированы в местах целенаправленного ослабления бетонного сечения в расчетных точках и заинъектированы составом, имеющим не меньшую чем бетон прочность, при этом расстояние по длине тоннеля между организованными трещинами назначено по расчету.1. A tunnel with a negative air temperature in winter in its inner part, containing along its length a central section located at the calculated depth, and two transitional sections open at the top connecting the central section to the ground surface of the soil, all three sections in cross section contain a tray with a roadbed located above it and concrete walls, and are made continuous without expansion joints, characterized in that it contains a temperature-controlled coating, a drainage layer, a drainage pipe wires, and all concrete elements of the tray, walls and floors contain organized cracks, while the drainage layer is located on the surface of the tray and walls from the inside of the tunnel, the temperature control coating is located directly on the drainage layer throughout this layer, drainage pipelines are located in the lower part tray and connected by channels to the drainage layer, and organized cracks are located simultaneously along the entire transverse concrete section, formed in places of focused weakening of the concrete section at the calculated points and injected with a composition having no less than concrete strength, while the distance along the tunnel length between the organized cracks is assigned by calculation. 2. Тоннель по п. 1, отличающийся тем, что центральный участок имеет перекрытие, содержащее бетонную плиту перекрытия, расположенные на нижней поверхности плиты сначала водоотводящий слой, а затем терморегулирующее покрытие, а на верхней поверхности сначала слой грунта и затем слой теплоизоляции, причем водоотводящий слой, терморегулирующее покрытие, слой грунта и слой теплоизоляции расположены на всем протяжении поперечного сечения.2. The tunnel according to claim 1, characterized in that the central section has an overlap containing a concrete floor slab located on the lower surface of the slab first with a drainage layer and then with a thermostatic coating, and on the upper surface with a soil layer and then a thermal insulation layer, with a drainage layer the layer, thermostatic coating, the soil layer and the thermal insulation layer are located throughout the entire cross section. 3. Тоннель по п. 1, отличающийся тем, что лоток при уровне грунтовых вод выше уровня дренажных трубопроводов выполнен в виде плиты из армированного бетона.3. The tunnel according to claim 1, characterized in that the tray at a groundwater level above the level of drainage pipelines is made in the form of a slab of reinforced concrete. 4. Тоннель по п. 1, отличающийся тем, что он содержит слой теплоизоляции, расположенный в уровне дневной поверхности грунта за пределами сечения тоннеля с каждой стороны на ширину «С», при этом4. The tunnel under item 1, characterized in that it contains a layer of insulation located at the level of the surface of the soil outside the section of the tunnel on each side to a width of "C", while C = 4hп, м,C = 4h p , m где hп - глубина сезонного промерзания грунта при оголенной от снега поверхности.where h p - the depth of seasonal freezing of the soil when exposed to snow surface. 5. Тоннель по п. 1, отличающийся тем, что стены выше уровня грунтовых вод выполнены из гофрированного металла с вертикальной ориентацией гофров.5. The tunnel under item 1, characterized in that the walls above the groundwater level are made of corrugated metal with a vertical orientation of the corrugations. 6. Тоннель по п. 1, отличающийся тем, что водоотводящий слой выполнен из пористого материала с незамкнутыми порами.6. The tunnel under item 1, characterized in that the drainage layer is made of porous material with open pores.
RU2018104443A 2018-02-06 2018-02-06 Tunnel with sub-zero air temperature in winter in its interior part RU2681893C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018104443A RU2681893C1 (en) 2018-02-06 2018-02-06 Tunnel with sub-zero air temperature in winter in its interior part

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018104443A RU2681893C1 (en) 2018-02-06 2018-02-06 Tunnel with sub-zero air temperature in winter in its interior part

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2681893C1 true RU2681893C1 (en) 2019-03-13

Family

ID=65806015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018104443A RU2681893C1 (en) 2018-02-06 2018-02-06 Tunnel with sub-zero air temperature in winter in its interior part

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2681893C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2706496C1 (en) * 2019-03-14 2019-11-19 Публичное акционерное общество "МОСТОТРЕСТ" Tunnel with air temperature in its inner part negative in winter period

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1714141A1 (en) * 1988-03-28 1992-02-23 Специальное конструкторско-технологическое бюро Главтоннельметростроя Lining of open-cast tunnel
RU2055212C1 (en) * 1993-06-28 1996-02-27 Владимир Иванович Полозов Method for making hydraulic insulation of underground construction
RU2138597C1 (en) * 1999-03-31 1999-09-27 Закрытое акционерное общество "Подземпроект" Method for erection of underground structure
RU2152473C1 (en) * 1999-12-31 2000-07-10 Муравин Геннадий Исаакович Method for erection of vehicular traffic tunnel of urban ring highway of megapolis
RU2175366C2 (en) * 1999-12-31 2001-10-27 Общероссийская Общественная Организация "Российская Инженерная Академия" Method for erecting road interchange

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1714141A1 (en) * 1988-03-28 1992-02-23 Специальное конструкторско-технологическое бюро Главтоннельметростроя Lining of open-cast tunnel
RU2055212C1 (en) * 1993-06-28 1996-02-27 Владимир Иванович Полозов Method for making hydraulic insulation of underground construction
RU2138597C1 (en) * 1999-03-31 1999-09-27 Закрытое акционерное общество "Подземпроект" Method for erection of underground structure
RU2152473C1 (en) * 1999-12-31 2000-07-10 Муравин Геннадий Исаакович Method for erection of vehicular traffic tunnel of urban ring highway of megapolis
RU2175366C2 (en) * 1999-12-31 2001-10-27 Общероссийская Общественная Организация "Российская Инженерная Академия" Method for erecting road interchange

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Метро и тоннели, N 2, 2001, "Строительство тоннеля под каналом имени Москвы". *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2706496C1 (en) * 2019-03-14 2019-11-19 Публичное акционерное общество "МОСТОТРЕСТ" Tunnel with air temperature in its inner part negative in winter period

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101845860B1 (en) Cold Storage Warehouse for Dehumidification and Preventing Frost Damage
CN102322276A (en) Tunneling engineering freeze-proofing structure in seasonally frozen ground region
CN208534539U (en) One kind can maintenance type drainage heating system for seasonal Layers In Cold-area Tunnels
RU2681893C1 (en) Tunnel with sub-zero air temperature in winter in its interior part
RU2324032C1 (en) Road embankment over permanently frosen soils
Plotnikov Stabilizing the temperature regime of a frozen foundation bed using thermal insulation and cooling mechanisms
CN106089263A (en) Tunnel based on phase-changing and temperature-regulating gunite concrete anti-freezing and heat-insulating structure and construction method
RU131009U1 (en) ROAD ON THE FROZEN SOIL (OPTIONS)
RU70269U1 (en) ROAD FILL ON PERMANENTLY FROZEN SOILS
RU2706496C1 (en) Tunnel with air temperature in its inner part negative in winter period
CN204475696U (en) A kind of severe cold area thermal-insulating water-proof roof
KR100875827B1 (en) Insulation prevention device between tunnel waterproof sheet
RU2348759C2 (en) Method of building of pile foundation and pile foundation
CN105863685A (en) Phase change temperature-adjusting plate based anti-freezing thermal-insulation structure for tunnel and construction method of phase change temperature-adjusting plate based anti-freezing thermal-insulation structure for tunnel
CN202250107U (en) Tunneling anti-freezing structure in seasonally frozen ground district
CN106089264B (en) Tunnel anti-freezing and heat-insulating structure and construction and operation method based on phase-changing and temperature-regulating concrete
CN112962913A (en) Pipe ditch structure of ice rink
KR20130052271A (en) Concrete box for protecting freezing slope surface and method for constructing the same
KR100605280B1 (en) Structure for forming curing layer of concrete road
RU2046871C1 (en) Road structure
US4326364A (en) In-ground, insulated swimming pool construction and method
RU103540U1 (en) POST FOR BRIDGE SUPPORT ON PERMANENT FROZEN
CN107201700A (en) Clip automatic control ventilation pipe foundation between one kind ventilation plumber block stone
KR200228733Y1 (en) Freeze protection structure of pier drainage pipe
RU161956U1 (en) ARCH WATER PIPE UNDER THE ROAD FILL IN THE PERMANENT FROZEN AREA

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20210630