ПОДВОДНЫЙ ТУННЕЛЬ Российский патент 2016 года по МПК E02D29/63 

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при сооружении подводных транспортных туннелей.

Известен подводный туннель, содержащий бетонные туннельные секции, соединяемые между собой при помощи гибких водонепроницаемых накладок, размещенных с наружной и внутренней сторон секции с образованием в зоне торцов секций замкнутых полостей, внутри которых устанавливают гибкие тяжи, соединяющие торцы смежных секций, RU 2098562 С1, опубл. 10.12.1997.

Известный туннель имеет невысокую надежность соединения секций и невысокую жесткость конструкции.

Известен подводный трубомост, включающий установленные на опорах сборные секции, которые разделены горизонтальной перегородкой на две полости, в верхней из которых проложены транспортные пути, электрокабели силовой и осветительной сети, связи, контроля, а также размещены датчики давления, пожарной сигнализации, система пожаротушения, а нижняя полость секции разделена герметичными продольными перегородками для прокладки внутренних трубопроводов; трубомост имеет балластную полость, при этом секции трубомоста снабжены набором сборных элементов, обеспечивающих изменение и регулирование объема балласта; секции трубомоста уложены на подводные постоянные и временные опоры, причем временные опоры, расположенные в интервалах между постоянными опорами, снабжены гидравлической стабилизацией опорных стоек для обеспечения проектного расположения трубомоста, а верхние части постоянных и временных опор оборудованы основанием полукруглой или параболической формы и размером больше размера секции трубомоста; секции трубомоста снабжены пригрузом с профилем, соответствующим профилю секции трубомоста; каждая секция трубомоста снабжена временной торцевой переборкой, удаляемой после стыковки секций подводным монтажным судном, и стыковочным узлом, оборудованным уплотнительным кольцом и фиксатором соосного положения состыкованных секций, при этом размер стыковочного узла больше наружного размера секции трубомоста, RU 2244068 С2, опубл. 10.01.2005.

Данное техническое решение имеет сложную конструкцию, требует наличия балластной полости и пригрузов, а также временной торцевой переборки, удаляемой после стыковки.

Известен подводный туннель, содержащий установленные на опорах подводные удлиненные водонепроницаемые туннельные секции, каждая из которых имеет продольную ось и содержит внутри между своими торцами хотя бы одно дорожное полотно со средствами его поддержки; противоположные торцы соседних туннельных секций соединены посредством соединительных средств так, что продольные оси всех туннельных секций выровнены в продольном направлении; по крайней мере одна туннельная секция снабжена хотя бы одной подвижной перегородкой, выполненной с возможностью встраивания в дорожное полотно в опущенном горизонтальном положении и герметично перекрывающая сквозной проезд поперек над дорожным полотном туннельной секции в своем поднятом положении, RU 2270297 С2, опубл. 22.02.2006.

Стыковка двух смежных секций производится на плаву. Для стыковки двух смежных секций используется устройство, содержащее упорное кольцо, смонтированное на одной из секций, четыре гидроцилиндра и изогнутые штанги с роликами. Для центрирования секций штанги разводят, подводят между ними ближний конец второй стыкуемой секции и сводят штанги с помощью гидроцилиндров до соприкосновения роликов с поверхностью стыкуемой секции. После этого стык между секциями закрывают в таком зафиксированном отцентрированном положении секций. Для закрытия стыка используется трос, один конец которого прикреплен к стыкуемому концу одной секции, а другой конец - к подвижной перегородке, при этом требуемое усилие на тросе создается при опускании подвижной перегородки в горизонтальное положение.

Данное техническое решение, принятое за прототип настоящего изобретения, имеет конструкцию, наиболее близкую к заявленному подводному туннелю. Прототипу свойственны следующие недостатки: сложность стыковки отдельных секций, низкая прочность и низкая жесткость конструкции, а также необходимость монтажа подводного туннеля в водных условиях на плаву.

Задачей настоящего изобретения является увеличение прочности, жесткости и несущей способности конструкции, что обеспечивает возможность создания железобетонных подводных туннелей весьма больших размеров и позволяет значительно снизить стоимость сооружения. Кроме того, должна быть обеспечена возможность монтажа туннеля на поверхности земли.

В подводном туннеле, содержащем установленные на опорах подводные удлиненные водонепроницаемые туннельные секции с по меньшей мере одной полостью внутри, причем противоположные торцы соседних туннельных секций соединены посредством соединительных средств так, что продольные оси всех туннельных секций выровнены в продольном направлении, согласно изобретению туннельные секции выполнены из железобетона, а соединительные средства представляют собой предварительно напряженные тросы, расположенные в стенках туннельных секций вдоль их продольной оси, причем длина каждого троса превышает длину соответствующей туннельной секции, а концы каждого троса расположены в соседних секциях.

Подводный туннель может быть снабжен дополнительными соединительными средствами, выполненными в виде арматурных стержней, расположенных в стенках туннельных секций вдоль их продольной оси около их торцов, причем концы каждого стержня расположены в соседних секциях; туннельная секция может содержать в своей полости между торцами по меньшей мере одно дорожное полотно; преимущественно туннельная секция может содержать в своей полости между торцами два и более дорожных полотна, расположенных ярусами и разбивающих полость туннельной секции на два и более герметичных отсека, расположенных один над другим; туннельная секция может иметь железобетонную коробку, в поперечном сечении имеющую форму прямоугольника, внутри которой содержатся две цилиндрические полости, соединенные балками жесткости из железобетона, а цилиндрические полости могут быть окружены толстостенными железобетонными оболочками, при этом предварительно напряженные тросы и арматурные стержни расположены в железобетонных оболочках.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг. 1 - общий вид подводного туннеля;

на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;

на фиг. 3 - вид Б на фиг. 1;

на фиг. 4 - монтажный участок.

Подводный туннель содержит подводные удлиненные водонепроницаемые туннельные секции 1 с по меньшей мере одной полостью 2 внутри. Туннельные секции 1 установлены на опорах 3 с дополнительными натяжными лебедками (на чертежах не показано). Противоположные торцы соседних туннельных секций 1 соединены посредством соединительных средств 4 так, что продольные оси всех туннельных секций 1 выровнены в продольном направлении. Туннельные секции 1 выполнены из железобетона, а соединительные средства 4 представляют собой предварительно напряженные тросы 4, расположенные в стенках туннельных секций 1 вдоль их продольной оси, причем длина каждого троса 4 превышает длину соответствующей туннельной секции 1, а концы каждого троса 4 расположены в соседних секциях 1.

Подводный туннель снабжен дополнительными соединительными средствами 5, выполненными в виде арматурных стержней 5, расположенных в стенках туннельных секций 1 вдоль их продольной оси около их торцов, причем концы каждого стержня 5 расположены в соседних секциях 1. Арматурные стержни 5 могут проходить по всей длине туннельной секции 1.

Туннельная секция 1 содержит в своей полости 2 между торцами по меньшей мере одно дорожное полотно (на чертежах не показано). Туннельная секция 1 в конкретном примере выполнения содержит в своей полости 2 между торцами два дорожных полотна, расположенных ярусами и разбивающих полость 2 туннельной секции на два герметичных отсека 6 и 7, расположенных один над другим.

Туннельная секция 1 выполнена в виде железобетонной коробки 8, которая в поперечном сечении имеет форму прямоугольника. В конкретном примере внутри коробки 8 имеются две цилиндрические полости 2, соединенные балками 9 жесткости из железобетона. Цилиндрические полости 2 окружены толстостенными железобетонными оболочками 10, в которых расположены предварительно напряженные тросы 4 и арматурные стержни 5.

Монтажный участок 11 для изготовления подводного туннеля имеет два яруса 14 и 15. Верхний ярус имеет разводной пол 12, раскрывающийся вниз посредством поворота вокруг шарниров 13. Туннельную секцию 1 изготавливают на верхнем ярусе 14 монтажного участка 11. При этом в ее стенках предварительно располагают тросы 4 и арматурные стержни 5, концы которых выпускаются за торцы секции. Для тросов 4 используют сверхпрочную стальную проволоку, которая имеет незначительную текучесть. При постоянном напряжении ползучесть такой проволоки близка к ползучести бетона, поэтому потеря напряжения бетона вследствие ползучести тросов минимальна.

После изготовления секции 1 пол 12 раскрывают и готовую секцию при помощи натяжных тросов 16 опускают на нижний ярус 15. Готовую секцию 1 вытягивают судном, но ее конец остается на полу 17 нижнего яруса 15. После изготовления следующей секции 1 ее опускают на пол 17 нижнего яруса 15 и две соседние секции стыкуют, а затем бетонируют. Перед бетонированием туннельных секций 1 выступающие концы тросов 4 и арматурных стержней 5 располагают в соседней секции 1, с перекрытием. Затем тросы 4 натягивают с помощью гидравлических натяжных устройств (на чертежах не показано). Величина натяжения тросов должна рассчитываться с учетом компенсации усадки бетона при потере влаги, которая может продолжаться довольно долго и вызывать потерю напряжения тросов. Необходимо применять высокопрочный бетон прочностью в возрасте 28 дней более 400 кг/см². Наиболее высокую прочность обеспечивают жесткие и жирные бетонные смеси. При укладке бетона используют вибраторы. Натяжение тросов 4 поддерживается до того момента, когда бетон станет достаточно прочным, после чего концы тросов 4 освобождают от натяжных устройств. При этом натяжение тросов 4 передается бетону благодаря сцеплению с ним. Напряженный бетонный элемент проектируется таким образом, чтобы при полной рабочей нагрузке в бетоне не возникло растягивающих напряжений. Если этот элемент будет перегружен, то при условии, что напряжения в тросах не достигли предела текучести, он имеет способность, практически, к полному восстановлению после снятия нагрузки. Как показывают расчеты, предварительно напряженные тросы 4 значительно увеличивают жесткость и несущую способность конструкции. Благодаря реализации отличительных признаков изобретения также достигается и другой технический результат: полностью используется потенциальная прочность на сжатие высококачественного бетона, а его низкая прочность на растяжение при этом не будет иметь значения, так как силы, действующие на растяжение, будут только уменьшать сжатие, созданное предварительным натяжением тросов. Таким образом, впервые обеспечивается возможность создания железобетонных подводных туннелей весьма больших размеров, что позволяет значительно снизить стоимость сооружения.

Железобетонная коробка 8 дополнительно увеличивает жесткость конструкции, а также придает ей дополнительный вес, что необходимо для затопления готовой туннельной секции. При затоплении готовой туннельной секции в нижний отсек 7 полости 2 заливают воду, количество которой рассчитывается в зависимости от необходимой глубины затопления. Таким образом, коробка и полости в ней выполняют роль балластной емкости и пригрузов, что упрощает конструкцию туннеля.

Для реализации изобретения могут быть использованы распространенные материалы и известное оборудование, что, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при сооружении подводных транспортных туннелей. Подводный туннель содержит установленные на опорах подводные удлиненные водонепроницаемые туннельные секции с по меньшей мере одной полостью внутри, причем противоположные торцы соседних туннельных секций соединены посредством соединительных средств так, что продольные оси всех туннельных секций выровнены в продольном направлении. Туннельные секции выполнены из бетона, а соединительные средства выполнены в виде предварительно напряженных тросов, расположенных в стенках туннельных секций вдоль их продольной оси. Длина каждого троса превышает длину соответствующей туннельной секции, а концы каждого троса расположены в соседних секциях. Технический результат состоит в увеличении прочности, жесткости и несущей способности конструкции, снижении материалоемкости сооружения. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Подводный туннель, содержащий установленные на опорах подводные удлиненные водонепроницаемые туннельные секции с по меньшей мере одной полостью внутри, причем противоположные торцы соседних туннельных секций соединены посредством соединительных средств так, что продольные оси всех туннельных секций выровнены в продольном направлении, отличающийся тем, что туннельные секции выполнены из бетона, а соединительные средства выполнены в виде предварительно напряженных тросов, расположенных в стенках туннельных секций вдоль их продольной оси, причем длина каждого троса превышает длину соответствующей туннельной секции, а концы каждого троса расположены в соседних секциях.

2. Подводный туннель по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными соединительными средствами, выполненными в виде арматурных стержней, расположенных в стенках туннельных секций вдоль их продольной оси около их торцов, причем концы каждого стержня расположены в соседних секциях.

3. Подводный туннель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что туннельная секция содержит в своей полости между торцами по меньшей мере одно дорожное полотно.

4. Подводный туннель по п. 3, отличающийся тем, что туннельная секция содержит в своей полости между торцами два и более дорожных полотна, расположенных ярусами и разбивающих полость туннельной секции на два и более герметичных отсека, расположенных один над другим.

5. Подводный туннель по п. 4, отличающийся тем, что туннельная секция содержит железобетонную коробку, в поперечном сечении имеющую форму прямоугольника, причем внутри коробки выполнены две цилиндрические полости, соединенные балками жесткости из железобетона, при этом цилиндрические полости окружены толстостенными железобетонными оболочками, а предварительно напряженные тросы и арматурные стержни расположены в железобетонных оболочках.