Подземное сооружение

(51) ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ) 23, 12,88. Бюл ) Б,А. Наторхин ) 622,281(088.8 вторское 355, кл. орское св 357, кл. ОДЗЕМНОЕ свидет Е 21 0 иде тел Е 21 Р СООРУЖЕ е отно инейй осио горхностиренней обретен у и транспортно(57)ленно льство СССР11/00, 1984.ство СССР11/04, 1984,НИЕится к промьппу строительс и м,б, использовано при устр-ве вод водов и туннелей, подземных емкосте для хранения жидких и газообразных материалов. Цель - уменьшение уровн растягивающих и сжимающих напряжений в корпусе, Подземное сооружение включает корпус (К) 1 кольцевого се чения и трапецеидальные элементы (ТЭ) 2, расположенные с внутре стороны К 1 по его вертикально и с наружной стороны К 1 по ег ризонтальной оси, Боковые пове первых из ТЭ 2 сходятся с внутФ1446319 10 стороны К 1, а боковые поверхностидругих " с наружной. Внутри ТЭ 2,расположенных на вертикальной оси,выполнены трубопроводы, имеющие компенсаторы перемещений и соединяющиевнутреннюю полость 5. Последняя служит для размещения подпружинивающегоматериала. Со стороны суженной поверхности каждого ТЭ 2 выполнена наружная полость 6, которая может быть заполнена высокодеформируемым материалом, Наклон боковых поверхностей Изобретение относится к промышленному и транспортному строительству, касается возведения под слоемгрунта сооружений кольцевого сечения,и может быть использовано при устройстве водоводов и туннелей, подземныхемкостей для хранения жидких и газообразных материалов и тому подобныхсооружений,Цель изобретения - уменьшениеуровня растягивающих и сжимающихнапряжений в корпусе. На фиг, 1 показан корпус подземного сооружения (водовода), поперечное сечение; на фиг, 2 - узел 1 на фиг, 1.Подземное сооружение включает корпус 1 кольцевого сечения, находящийся под слоем грунта, и по крайней мере четыре трапецеидальных элемента 2, попарно расположенные сверху и снизу на вертикальной оси корпуса в пределах контура корпуса и с боковых 25 сторон корпуса на его горизонтальной оси, Трапецеидальные элементы, расположенные на вертикальной оси корпуса, примыкают к внутренней образующей корпуса, а их боковые поверхно 30 сти сходятся с внутренней стороны корпуса, Трапецеидальные элементы, расположенные на горизонтальной оси корпуса, примыкают к наружной образующей корпуса, а их боковые поверхности сходятся с наружной стороны 35 корпуса.Внутри трапецеидальных элементов, расположенкых на вертикальной оси,ТЭ 2, находящихся на вертикальнойоси К 1, выполнен более крутым по отношению к ТЭ 2, находящимся на горизо:;тальной оси К 1. Площади ТЭ 2 вконтакте с полостью выполнены равными. При равном наклоне боковыхповерхностей ТЭ 2 площадь ТЭ 2, находящихся на вертикальной оси К 1в контакте с полостью, выполнена от"личной от площади ТЭ 2, находящихсяна горизонтальной оси К 1. 2 з.п,Ф-лы, 2 ил,и по линии их радиальной оси выполнены трубопроводы 3, снабженныекомпенсаторами 4 перемещений и соединяющие внутреннюю полость 5 с полезным объемом корпуса, Компенсаторы 4перемещений, являющиеся частью трубопровода, служат для обеспечениянеразрывности трубопровода при перемещениях трапецеидальных элементовотносительно корпуса. Внутренняяполость 5 служит как для элементов,расположенных на вертикальной оси,так и для элементов, расположенныхна горизонтальной оси корпуса, дляразмещения подпружинивающего материала. Для всех четырех элементов этаполость расположена с уширенной стороны тангенциальной поверхности. СОстороны суженной поверхности каждогоэлемента оставлена наружная полость6, причем для элементов, расположенных на вертикальной оси корпуса,она размещена между элементом и внутренней образующей корпуса, а для эле"ментов, расположенных на горизонталь"ной оси - между элементами и наружнойобразующей корпуса. Полость 6 можетбыть заполнена высокодеформируемымматериалом или же быть полой. Со стороны наружной образующей корпуса 1 и по сопряжению с уширенной поверхностью трапецеидального элемента, лежащего на горизонтальной оси корпуса, размещен внешний защитный слой 7, служащий для формирования полости 6 с внешней стороны корпуса. формирование полости 6 для элементов,50 14463 расположенных на вертикальной оси корпуса, может быть обеспечено внутренней облицовкой 8 корпуса.Предлагаемое сооружение может бьггь возведено как под насыпным грунтом, так и в среде естественного грунта.При возведении сооружения под насыпным грунтом в варианте, например, водовода предварительно подготавливают трассу будущего сооружения и основание под его корпусом. Формирование корпуса 1 осуществляют последовательно сопрягающимися кольцами вдоль трассы сооружения. Длина коль ца определяется температурными напряжениями в бетоне и выбранной технологией укладки бетона. Перед установкой первого кольца устанавливают опалубку для его нижней части, вы полненную, например, в виде скользящей разъемной секции контура по внешней образующей корпуса. Укладку бетона осуществляют в установленную секцию до уровня нижних отметок про ектного положения трапецеидального элемента 2, находящегося на вертикальной оси корпуса в его нижней части.Трапецеидальные элементы 2 как 30 для вертикальной оси корпуса, так и для его горизонтальной оси могут быть выполнены предварительно настроительной площадке, Для этогоиспользуют металлическую опалубку, а сами элементы изготавливают избетона или железобетона с облицовкой их боковыхповерхностей металлическим листомили без облицовки. Геометрические параметры трапецеидальных эле ментов 2 назначают в зависимости от условий силового воздействия на корпус со стороны грунта и возможности желаемого напряжения корпуса в связи с тем, что при выбранной интенсивности подпружинивания материала в примыкающей к элементу полости1 акие элементы будут создавать заданный по величине эффект расклинивания. Радиальный габарит каждого элемента назначают в соответствии с простностными свойствами материала элемента и теми расчетными тангенциальными напряжениями, которые необходимо создать для преднапряжения корпуса. Габарит элемента в тангенциальном направлении назначают всоответствии с возможностью создать на него необходимое давление со сто 194роны подпружиниваюшего материала,чтобы в сочетании с выбранным угломнаклона боковых образующих трапецеидального элемента было создано желаемое расклинивание корпуса. Толщину корпуса в радиальном направлениипо его вертикальной и горизонтальнойоси назначают с учетом того, чтобыэпюра тангенциальных напряженийпо указанным осям для расчетных случаев силового воздействия на сооружение была максимально приближена кпрямоугольной,При изготовлении трапецеидальныхэлементов 2, которые впоследствиибудут находиться на вертикальной осикорпуса, предусматривают устройствов них одного или нескольких трубопроводов 3 с компенсаторами 4 перемещений. Установку их осуществляют такимобразом, чтобы они были размещенысимметрично относительно центра тяжести элемента и по его радиальнойоси. Расстояние между трубопроводамивдоль продольной оси сооружения назначают из предпосылки того, чтобывпоследствии они обеспечивали заполнение подпружинивающей средой внут.ренней полости 5, находящейся междукорпусом и трапецеидальным элементом. Для облегчения заполнения по-лости 5 на начальных этапах уширенную тангенциальную поверхность трапецеидального элемента 2 выполняют свыступами и сообщающимися выемками,причем со стороны этой поверхностиэлемента трубопровод 3 размещаюттаким образом, чтобы он был заподлицо с плоскостью выемки, С другойсуженой стороны элемента трубопровод 3 выходит за пределы элементаи снабжен выполненным в виде например, сильфона из металла или синтетического материала компенсатором4 перемещений трубопровода 3. Дальнейшие габариты компенсатора 4 перемещений назначают таким образом,чтобы он мог быть размещен в наружной полости 6 трапецеидального элемента 2, находящейся между трапецеидальным элементом и образующей внутреннего объема корпуса. Трапецеидальные элементы, устанавливаемые впоследствии на горизонтальной оси корпуса, изготавливают без трубопроводов, однако их уширенные тангенциальные поверхности вы 14463полняют с такими же выступами и выемками.Для предотвращения заполнения бе-тоном выемок на уширенной поверхно 5сти элемента, что может иметь местопри дальнейшем формировании корпуса,может быть создан блок из тонкогометаллического листа, который крепится к элементу со стороны ущиренной 1 Оповерхности фиксирующими шпонками,разрываемыми впоследствии при перемещении элемента от воздействия подпружинивающего материала. Одна сторона этого блока перекрывает уширенную поверхность трапецеидального1элемента, а две другие - боковые поверхности перекрывают по плоскостибоковой поверхности элемента наружную полость 6, для чего они выполиены с соответствующим припуском. Этилисты снаружи снабжены анкерными узлами, которые, будучи уложенными вместе с трапецеидальными элементами впроектное положение и забетонированными, создают профиль"ниши для трацецеидального элемента,При монтаже блока из металлического листа на трапецеидальном элементе контакт между бпоком и элементом 30может быть заполнен антифрикционнымматериалом, например компаундом наоснове минеральных масел.С использованием секции скользящей опалубки, выполненной для внутренней образующей корпуса при отсутствии для будущего сооружениявнутренней металлической облицовкиили же с использованием секции внутренней облицовки, что может иметь 40место при использовании будущего сооружения в варианте, например, напорного водовода, осуществляют формирование нижней части корпуса.45 о Формирование следующих по высоте частей корпуса может быть осуществлено одновременно с подсыпкой грунта.При укладке трапецеидальных элементов, находящихся на горизонтальной 5 О оси корпуса, в качестве внешней опалубки используют внешний защитный слой 7 трапецеидального элемента, который представляет собой выполненный по внешнему контуру коРпуса фраг" 55 мент, например, из металла, ограничивающий наружную полость 6 трапецеидального элемента 2 от воздействия будущего насыпного грунта. За пре 9 6делами этой полости б внешний слойможет быть заанкерован в корпус.По горизонтальной оси корпусаукладывают трубопровод 3, соединяющий выемку на уширенной поверхностипредварительно уложенного трапецеццального элемента и внутренний объемкорпуса. Укладкой трапецеидальногоэлемента,.лежащего в верхней частикорпуса на его горизонтальной оси,и окончательной заливкой бетоназавершают формирование корпуса. Приналичии внутренней облицовки 8 корпуса 1 выводят через него гидравлические каналы связи трубопроводов 3 систочником закачки подпружинивающегоматериала, которые на стадии возведения сооружения могут находиться вовнутреннем объеме корпуса или, принеобходимости использования их впроцессе эксплуатации сооружения,в специальной галерее или на поверхности грунта. Завершается возведение сооружения окончательной засыпкойгрунта до проектных отметок.функционирование сооружения почасти Регулирования в корпусе напряженно-деформированного состояния осу-.ществляют по заранее проведенномуанализу расчетов и экспериментовв связи с силовыми воздействиямина корпус. со стороны .грунта и состороны объекта использования сооружения в строительный и эксплуатационный период. При этом имеетсяв виду следующее,При укладке над корпусом грунта взоне, находящейся вблизи внутреннейобразующей корпуса, по его вертикальной оси возникают зоны растяжения,ориентированные в тангенциальномнаправлении, а вблизи наружной образующей корпуса по его горизонтальной по отношению к сечению - сжимающие напряжения. С увеличением вы"соты насыпи абсолютные значения этих.напряжений также возрастают. Дляулучшения напряженно-деформированного состояния корпуса сооружения составляют технологическую карту интенсивности подпружинивания в каждойполости трапецеидального элемента;попарно в полостях, расположенныхпо вертикальной и горизонтальнойосям, или постоянной во всех полостях. В результате этого перед очередным этапом засыпки грунта растягивающие напряжения вблизи внутренней144 б 3 10 ВНИИПИ Заказ 6727/38 Тираж 459 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 образующей корпуса по вертикальной оси переходят в сжимающие, а вблизи внешней образующей по горизонтальной оси сжимающие напряжения увеличиваются, приближаясь как на вертикальной оси, так и на горизонтальной по характеру распределения к распределению по прямоугольной эпюре.По завершении возведения насыпи до проектных отметок и адаптации сооружения к условиям эксплуатации подпружинивающий материал может быть заменен на твердеющий. Формула изобретения 1. Подземное сооружение, включающее корпус кольцевого сечения, нахо дящийся под слоем грунта и имеющий.трапецеидальные элементы, боковые поверхности которых сходятся у одних элементов и расходятся у других относительно их геометрической оси, 25 и полость, заполненную подпружи" нивающей средой и сопряженную с тангенциально ориентированной поверхностью кажцого элемента, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью уме" 30 ньшения уровня растягивающих и сжимающих напряжений в корпусе, трапе 19 8цеидальные элементы расположены свнутренней стороны корпуса по еговертикальной оси и с наружной стороны корпуса по его горизонтальной оси,причем боковые поверхности первЫх изних сходятся с внутренней стороныкорпуса, а боковые поверхности других - с наружной,2. Сооружение по п, 1,ф о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, наклонбоковых поверхностей трапецеидальныхэлементов, находящихся на вертикальной оси корпуса, выполнен более крутым по отношению к оси элемента, чемдля элементов, находящихся на горизонтальной оси корпуса, а площадьэлементов в контакте с полостью вы"полнена равной как для одних, так идля других элементов,3, Сооружение по п. 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что наклон боковых поверхностей трапецеидальныхэлементов относительно их геометрической оси как для одних, так и длядругих элементов выполнен одинаковым, а площадь элементов, находящих-,ся на вертикальной оси корпуса, вконтакте с полостью выполнена меньшей, чем площадь элементов в контакте с полостью, находящихся на горизонтальной оси,