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 PDFInfo
- 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
Links
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims abstract description 40
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 23
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 15
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 claims description 11
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 6
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 4
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 claims description 4
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920006327 polystyrene foam Polymers 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 230000001331 thermoregulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D29/00—Independent underground or underwater structures; Retaining walls
- E02D29/045—Underground 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
- E02D29/05—Underground 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
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
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:
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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”)
Claims (8)
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)
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)
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 |
-
2018
- 2018-02-06 RU RU2018104443A patent/RU2681893C1/en active
Patent Citations (5)
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)
Title |
---|
Метро и тоннели, N 2, 2001, "Строительство тоннеля под каналом имени Москвы". * |
Cited By (1)
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 |