СПОСОБ РЕМОНТА ПРЕССОВАННОЙ БЕТОННОЙ ОБДЕЛКИ МЕТРОПОЛИТЕНА Российский патент 2011 года по МПК E21D11/00 E04G23/00 

Описание патента на изобретение RU2433270C1

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к ремонту и проходке тоннелей, и может быть использовано при ремонте и проходке тоннелей метрополитена или других тоннелей с монолитно-прессованной бетонной обделкой.

Одной из существеннейших задач, стоящей перед эксплуатационной службой метрополитена, является постоянное поддержание в безопасном рабочем состоянии обделки транспортных тоннелей. Долговечность тоннельной обделки во многом зависит от способа ее изготовления, качества материала, гидроизоляции и количества грунтовой воды, проникающей в тоннель, и т.д. В том случае, когда обделка тоннеля изготавливается посредством прессования, например при щитовом способе проходки, неармированный бетон наиболее подвержен разрушению под действием горного давления и просачивающихся грунтовых вод.

Известно (А.А.Шилин и др. «Усиление железобетонных конструкций композиционными материалами», М., Стройиздат, 2004, с.9-13) несколько способов усиления строительных конструкций. Одним из широко применяемых в настоящее время является способ ремонта с применением дополнительных обойм усиления, которые имеют значительную толщину, включают металлическую арматуру и требуют значительных трудозатрат при проведении ремонтных работ. Кроме того, этот способ не применим при наличии значительных водопроявлений из-за коррозии металла в конструкции обойм усиления.

Наиболее близкой к предлагаемому способу следует отнести один из старейших и наиболее распространенный для бетонных конструкций метод усиления строительной конструкции, заключающийся в увеличении площади поперечного сечения элемента. Для увеличения сечения используют строительный раствор или торкретбетон, наносимый на усиливаемую поверхность. Однако в случае с прессованной бетонной обделкой метрополитена этот способ не дает надежных результатов при воздействии значительных внешних нагрузок от горного давления.

Изобретение направлено на решение задачи по созданию способа ремонта прессованной бетонной обделки метрополитена, позволяющего надежно и с меньшими затратами производить ремонт прессованной бетонной обделки транспортного тоннеля, находящейся в аварийном состоянии, с приданием конструкции первоначальной прочности и высокой коррозийной устойчивости.

Технический результат, который может быть получен при использовании способа, заключается в повышении скорости проведения ремонтных работ, что имеет решающее значение при проведении работ на действующих линиях метрополитена в ремонтные (межэксплуатационные) промежутки.

Поставленная задача решена за счет того, что в способе ремонта монолитно-прессованной бетонной обделки метрополитена, заключающемся в нанесении ремонтного слоя из мелкозернистого бетона по всей площади внутренней поверхности монолитно-прессованной бетонной обделки, на вновь образованную внутреннюю поверхность ремонтного слоя посредством полимерного клея закрепляют по меньшей мере один слой армирующей сетки из полимерного углеродного или арамидного волокна, или стекловолокна. Сетка выполнена из жгутов полимерного волокна с модулем упругости не менее 100 ГПа и прочностью на разрыв не менее 3 ГПа, причем суммарная площадь поперечного сечения жгутов армирующей сетки, направленных поперек продольной оси тоннеля, не менее чем в 1,5 раза больше суммарной площади жгутов армирующей сетки, направленных вдоль продольной оси тоннеля. Затем, армирующую сетку, пропитанную полимерным клеем на эпоксидной основе, покрывают дополнительным ремонтным слоем мелкозернистого бетона («свежее по свежему») толщиной 0,05-0,1 от толщины первоначальной прессованной бетонной обделки. При этом ремонтный слой представляет собой быстротвердеющий состав на основе смеси портландцемента, отсеянного песка с крупностью зерен до 1,5 мм и добавки порошка полиметилметакрилата. После затвердения ремонтный слой имеет следующие физико-механические характеристики:

- прочность на сжатие не менее 40 МПа;

- прочность на изгиб не менее 10 МПа;

- прочность на растяжение не менее 5 МПа;

- адгезия к бетону не менее 2,5 МПа.

Также возможно на внутренней поверхности обделки закреплять несколько слоев армирующей сетки, разделенных между собой ремонтными слоями («свежее по свежему»), каждый из которых имеет толщину не менее 0,05 толщины первоначальной обделки.

Способ поясняется чертежами. На фиг.1, 2, 3 соответственно представлены поперечные сечения обделки тоннеля: фиг.1 - в первоначальной конструкции; фиг.2 - в конструкции, подвергшейся действию горного давления; фиг.3 - в конструкции после ремонта. На фиг.4 показаны результаты испытания первоначальной конструкции, представленной на фиг.1, и кольца усиленной конструкции, представленной на фиг.3.

Первоначально производят подготовку ремонтируемой поверхности обделки, подвергнувшейся действию горного давления (фиг.2), путем удаления на ней поврежденного бетона, заделки всех выколов, трещин и других дефектов первоначальной конструкции 1 (фиг.3), а также выравнивания внутренней поверхности обделки. Затем на подготовленную внутреннюю поверхность обделки тоннеля по всей ее площади, на которой в данный момент ведутся ремонтные работы, наносится ремонтный слой 2 состава, который представляет собой быстротвердеющий состав на основе смеси портландцемента, отсеянного песка с крупностью зерен до 1,5 мм и добавки порошка акрилата.

Как показали эксперименты, ремонтный состав, образующий указанный слой, после отверждения должен иметь прочность на сжатие не менее 40 МПа, прочность на изгиб - не менее 10 МПа, прочность на растяжение - не менее 5 МПа и адгезию к бетону не менее 3 МПа. При таких условиях ремонтный слой обеспечивает оптимальную работу армирующей сетки 3, закрепляемой в дальнейшем на ремонтируемую поверхность.

После нанесения ремонтного слоя на внутреннюю поверхность обделки, на ней закрепляется армирующая сетка, которую изготавливают из не подверженного коррозии материала - углеродного или арамидного волокна (или стекловолокна) с модулем упругости не менее 100 ГПа и прочность не менее 3 ГПа.

Поскольку конструкция обделки под действием внешних сил работает различно в продольном и поперечном направлениях, усилия, возникающие в материале, также будут различаться. Армирующая сетка, воспринимающая нагрузки, также будет нагружена неравномерно в продольном и поперечном направлениях. Как показали экспериментальные замеры, изгибающие продольные усилия, действующие на материал обделки, будут значительно больше сжимающих поперечных усилий. В связи с этим суммарная площадь поперечного сечения жгутов армирующей сетки, направленных поперек продольной оси тоннеля, должна быть не менее чем в 1,5 раза больше суммарной площади жгутов армирующей сетки, направленных вдоль продольной оси тоннеля.

После закрепления пропитанной клеем армирующей сетки на первом слое ремонтного состава, ее покрывают дополнительным ремонтным слоем толщиной 0,05-0,1 от толщины первоначальной прессованной бетонной обделки. Как показали испытания, ремонтный слой меньше чем 0,05 (5%) от толщины обделки первоначальной конструкции, не обеспечивает надежное закрепление и совместную работу первоначальной конструкции, армирующей сетки и ремонтным слоем, как единой конструкции. Дополнительный ремонтный слой больший, чем 0,1 (10%) от толщины обделки первоначальной конструкции, ведет к неоправданному расходу материала и снижению проходного сечения тоннеля. Толщина дополнительного ремонтного слоя, составляющая 5-10% от толщины обделки первоначальной конструкции, обеспечивает нормальную работу армирующей сетки и ее механическую защиту от воздействия внешних факторов.

В том случае, если первоначальная обделка имеет сильные повреждения, целесообразно провести дополнительное усиление конструкции. С этой целью обделку усиливают дополнительными слоями армирующей сетки, которая может быть уложена вторым и даже третьим слоем. В таких случаях каждый из нескольких слоев армирующей сетки отделяют от соседнего ремонтным слоем («свежее по свежему») толщиной не менее 0,05 толщины первоначальной обделки.

Совершенно очевидно, что описываемый способ ремонта монолитно-прессованной бетонной обделки может быть использован не только при ремонте тоннеля метрополитена, но и при ремонте других бетонных и железобетонных конструкций, например, коллекторных тоннелей и т.п., а также и при строительстве новых тоннелей с применением монолитно-прессованной обделки.

Испытания вибропрессованных колец, усиленных предлагаемым способом, показали (фиг.4), что в случае установки 2-х слоев углеродной сетки несущая способность кольца повышается более чем в 2 раза. Кроме того, этот способ усиления исключает возможность хрупкого разрушения, что особенно важно для транспортных тоннелей.

Похожие патенты RU2433270C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ РЕМОНТА И/ИЛИ УСИЛЕНИЯ ВЛАЖНЫХ И/ИЛИ ЗАСОЛЕННЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 2012
  • Шилин Андрей Александрович
  • Шилина Татьяна Алексеевна
  • Гапонов Виталий Владимирович
  • Аксельрод Евсей Зеликович
RU2484218C1
СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ОСТРОДЕФЕКТНОЙ ОБДЕЛКИ ТОННЕЛЯ 2012
  • Шилин Андрей Александрович
  • Гапонов Виталий Владимирович
RU2511168C1
СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ РЕБРИСТОЙ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ И ВИНТОВАЯ ПОЛИМЕРНАЯ СТЯЖКА 2008
  • Шилин Андрей Александрович
  • Мосин Геннадий Николаевич
  • Картузов Дмитрий Валерьевич
RU2374409C1
ТРЕХСВОДЧАТАЯ СТАНЦИЯ МЕТРОПОЛИТЕНА КОЛОННОГО ТИПА И СПОСОБЫ ЕЕ ВОЗВЕДЕНИЯ (УСТРОЙСТВО И СПОСОБЫ ЮРКЕВИЧА П.Б.) 2012
  • Юркевич Павел Борисович
RU2510444C2
СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 2010
  • Шилин Андрей Александрович
  • Гапонов Виталий Владимирович
RU2451144C1
Способ возведения трехсводчатой станции метрополитена закрытого способа производства работ с двухпутным перегонным тоннелем 2019
  • Захаров Георгий Рафаэльевич
  • Маслак Владимир Александрович
  • Рябков Станислав Валерьевич
  • Тюшевская Лидия Валентиновна
RU2704414C1
АРМАТУРА КОМПОЗИТНАЯ 2011
  • Кукин Антон Сергеевич
RU2482248C2
Способ возведения трехпролетной станции метрополитена открытого способа производства работ с боковым расположением пассажирских платформ и с двухпутным перегонным тоннелем 2018
  • Захаров Георгий Рафаэльевич
  • Маслак Владимир Александрович
  • Рябков Станислав Валерьевич
  • Доненко Екатерина Евгеньевна
RU2692518C1
Способ сооружения монолитно-прессованной бетонной обделки тоннеля с помощью проходческого щита 1985
  • Ауэрбах Виктор Михайлович
  • Сарабеев Виктор Федорович
  • Смолянский Вилен Моисеевич
  • Савранский Борис Владимирович
SU1372049A1
СПОСОБ ЩИТОВОЙ ПРОХОДКИ ТОННЕЛЯ 2008
  • Шилин Андрей Александрович
  • Картузов Дмитрий Валерьевич
RU2383738C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 433 270 C1

Реферат патента 2011 года СПОСОБ РЕМОНТА ПРЕССОВАННОЙ БЕТОННОЙ ОБДЕЛКИ МЕТРОПОЛИТЕНА

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к ремонту бетонных и железобетонных конструкций, и может быть использовано при ремонте прессованной бетонной обделки метрополитена. Способ ремонта заключается в нанесении ремонтного слоя по всей площади внутренней поверхности прессованной бетонной обделки. Вслед за этим на внутреннюю поверхность ремонтного слоя обделки посредством полимерного клея закрепляют по меньшей мере один слой армирующей сетки из углеродного, или другого аналогичного (арамидного или стекловолокна) волокна с модулем упругости не менее 100 ГПа и прочностью не менее 3 ГПа. Суммарная площадь поперечного сечения продольных волокон армирующей сетки должна быть не менее чем в 1,5 раза больше суммарной площади поперечных волокон. Затем армирующую сетку, пропитанную клеем, покрывают дополнительным ремонтным слоем толщиной 0,05-0,1 от толщины первоначальной прессованной бетонной обделки, имеющим следующие физико-механические характеристики: прочность на сжатие не менее 40 МПа; прочность на изгиб не менее 10 МПа; прочность на растяжение не менее 5 МПа; адгезия к бетону не менее 2,5 МПа. На внутренней поверхности ремонтного слоя обделки посредством полимерного клея может быть закреплено несколько слоев полимерной армирующей сетки, разделенных между собой ремонтным слоем. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 433 270 C1

1. Способ ремонта монолитно-прессованной обделки метрополитена, заключающийся в нанесении ремонтного слоя из мелкозернистого бетона по всей площади внутренней поверхности монолитно-прессованной бетонной обделки, отличающийся тем, что на внутреннюю поверхность ремонтного слоя обделки посредством клея закрепляют по меньшей мере один слой армирующей сетки из жгутов полимерного волокна - углеродного, или арамидного, или стекловолокна с модулем упругости не менее 100 ГПа и прочностью не менее 3 ГПа, при этом суммарная площадь поперечного сечения жгутов армирующей сетки, направленных поперек продольной оси тоннеля, не менее чем в 1,5 раза больше суммарной площади жгутов, направленных вдоль продольной оси тоннеля, затем армирующую сетку, пропитанную клеем, покрывают дополнительным ремонтным слоем толщиной 0,05-0,1 от толщины первоначальной прессованной бетонной обделки, причем ремонтный слой представляет собой быстротвердеющий состав на основе смеси портландцемента, отсеянного песка с крупностью зерен до 1,5 мм, и порошка акрилата, и после затвердения имеет следующие физико-механические характеристики:
прочность на сжатие не менее 40 МПа;
прочность на изгиб не менее 10 МПа;
прочность на растяжение не менее 5 МПа;
адгезия к бетону не менее 2,5 МПа.

2. Способ ремонта монолитно-прессованной бетонной обделки метрополитена по п.1, отличающийся тем, что на внутренней поверхности обделки посредством клея закрепляют несколько слоев армирующей сетки, разделенных между собой ремонтными слоями, каждый из которых имеет толщину не менее 0,05 толщины первоначальной обделки.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2433270C1

СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ОБДЕЛКИ ТОННЕЛЯ 2004
  • Шилин Андрей Александрович
  • Зайцев Михаил Васильевич
  • Золотарев Игорь Александрович
RU2277147C1
СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ РЕБРИСТОЙ ПЛИТЫ ПЕРЕКРЫТИЯ И ВИНТОВАЯ ПОЛИМЕРНАЯ СТЯЖКА 2008
  • Шилин Андрей Александрович
  • Мосин Геннадий Николаевич
  • Картузов Дмитрий Валерьевич
RU2374409C1
Способ ремонта нарушенной бетонной обделки с внутренней металлической оболочкой 1986
  • Амусин Борис Зиновьевич
  • Ардашев Константин Аркадьевич
  • Басинский Юрий Михайлович
  • Белинский Станислав Альбинович
  • Голицынский Дмитрий Михайлович
  • Кауган Владимир Антонович
  • Ледяев Александр Петрович
  • Степанов Петр Васильевич
  • Ходыко Олег Леонович
SU1474272A1
СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОВЕРХНОСТИ КОНСТРУКЦИИ И СТРОИТЕЛЬНАЯ КОНСТРУКЦИЯ С ЗАЩИТНЫМ СЛОЕМ 1998
  • Блажко В.П.
RU2139980C1
СПОСОБ РЕКОНСТРУКЦИИ И УКРЕПЛЕНИЯ ДОРОГ 2008
  • Кузнецов Никита Сергеевич
  • Плотников Кирилл Александрович
  • Смогунов Владимир Васильевич
  • Сукмановская Елена Ярославовна
  • Хубашвили Валерий Владимирович
RU2381324C2

RU 2 433 270 C1

Авторы

Шилин Андрей Александрович

Гапонов Виталий Владимирович

Аксельрод Евсей Зеликович

Заломов Сергей Сергеевич

Даты

2011-11-10Публикация

2010-05-11Подача