Бетонный элемент с вкладышем полимерным защитным тюбинговым Российский патент 2024 года по МПК E21D11/08 E21D11/38 

Настоящее описание распространяется на бетонный элемент с вкладышем полимерным защитным тюбинговым, изготовленный способом сборки элементов производства из полимеров и эластомеров. Вкладыш полимерный защитный тюбинговый предохраняет от разрушения внутреннюю поверхность бетонного тюбингового кольца в коллекторе от негативного воздействия воды и содержащихся с ней механических частиц и химических веществ. Вкладыш полимерный защитный тюбинговый геометрически повторяет вогнутую часть сегмента тюбинга, являющейся рабочей частью ЖБИ в составе коллектора.

Подобные "тюбинги" или же защитные элементы известны из WO 2005/024183 А1. Они используются при машинной проходке туннелей посредством щитовой проходки туннелей. Например, используются буровые туннелепроходческие машины с бурильной головкой, за которой расположен цилиндрический щит с оболочкой щита и хвостом щита. Если буровая туннелепроходческая машина продвинулась на определенное расстояние, то в хвосте щита производится позиционирование бетонных элементов по кромке щита. Они прижимаются в противоположном проходке направлении к соседним, установленным последними, бетонным элементам и соединяются с ними. Несколько бетонных элементов вместе образуют кольцо по всему контуру туннеля. Зазор между кольцом и стенкой туннеля заполняется раствором для того, чтобы предотвратить, например, просадки.

WO 2005/024183 А1 описывает, что используемые для обделки туннеля тюбинги изготавливаются заранее и что уже при изготовлении тюбингов на внутреннюю сторону наносится облицовка, за счет которой в собранном состоянии отдельных тюбинговых колец производится герметизация стенки туннеля от воды и газов. При этом на бетонном элементе предусмотрен защитный слой, который покрывает противолежащую выпуклой наружной поверхности внутреннюю поверхность тюбинга. Этот защитный слой прочно закрепляется в бетоне за счет механического анкерного крепления, так что возникает неразъемное механическое соединение защитного слоя с бетоном. Защитный слой выполнен так, что также частично захватывается боковая поверхность бетонного элемента, а затем предусматривается уплотнение, которое выступает над защитным слоем. Уплотнение изготовлено из эластичного материала, так что при сборке отдельных тюбингов для обделки тоннеля стыки между соседними бетонными элементами закрываются посредством уплотнения.

Сам бетонный элемент изготавливается посредством опалубки. На дно опалубки в опалубку укладывается защитный слой. Далее к боковым стенкам опалубки также приставляются элементы защитного слоя. Далее опалубка имеет выемку, в которую вставляется уплотнение. Затем в опалубку вместе с арматурой заливается бетон. После затвердевания бетона тюбинг используются в качестве обделки туннеля.

Недостатками данного технического решения является то, что в переходе между защитным слоем и уплотнением всегда могут возникнуть неплотности, если при изготовлении бетонного элемента установка уплотнения в опалубку и/или расположение уплотнения относительно защитного слоя не были выполнены достаточно тщательно.

Поэтому задача изобретения заключается в том, чтобы предложить улучшенный защитный вкладыш, посредством которого с повышенной надежностью обеспечивается адекватное уплотнение бетонных элементов против сточных вод и газов, и одновременно простой способ изготовления, который одновременно требует меньше затрат.

Поставленная задача решается за счет использования у бетонного элемента защитного тюбингового полимерного вкладыша, состоящего из листа анкерного с V-образными анкерными элементами, рамки-каркаса, уголка и эластомерного уплотнения, где

рамка-каркас выполнена в виде профиля, характеризующегося фигурным поперечным сечением с по меньшей мере тремя округлыми выступающими элементами различной высоты с одной стороны и преимущественно уплощенной стороной с удлиненной полкой с противоположной стороны,

уголок выполнен в виде цельнолитого элемента, характеризующегося наличием двух сторон, расположенных под углом, при этом сечение каждого из элементов соответствует сечению рамки-каркаса,

эластомерное уплотнение выполнено в виде профиля и характеризуется поперечным фигурным сечением с выступающими шипами, выполненными ответными сечению рамки-каркаса и уголка, и плоской внешней стороной, при этом

лист анкерный с V-образными анкерными элементами выполнен с возможностью покрытия по меньшей мере внутренней поверхности бетонного элемента, рамка-каркас прилегает к торцевым сторонам бетонного элемента своей плоской стороной и выполнена с возможностью фиксации внутри бетонного элемента по меньшей мере своей удлиненной полкой, уголки выполнены с возможностью присоединения к рамке-каркасу в углах бетонного элемента, а эластомерное уплотнение выполнено с возможностью посадки своими выступающими шипами в рамку-каркас по типу шип-паз.

Анкерный лист применяется для футеровки как сборных, так и монолитных железобетонных объектов. Применяется и для футеровки объектов из металла. Анкерные листы изготавливают из полиэтилена и содержат V образные шипы для надежной фиксации в бетонном элементе.

Рамка-каркас представляет собой профиль прямолинейной или криволинейной (радиальной) формы относительно оси профиля. Изготавливается данный элемент преимущественно методом экструзии расплавленного материала в частном варианте изготовления, полиэтилена низкого и высокого давления. Допускается изготовление рамки-каркаса из отходов подходящих по свойствам полимеров.

Рамка-каркас характеризуется сложным профилем. Задумка выполнения данного профиля может быть описана как «гребенчатый каскад», что подразумевает под собой выполнение по меньшей трех выступающих округлых элемента различной высоты, разнесенных друг от друга на незначительном расстоянии. Выступающие элементы располагаются с внешней (уплотнительной) части рамки-каркаса. Внутренняя сторона выполнена преимущественно уплощенной с удлиненной полкой. Своей внутренней стороной рамка-каркас надежно закрепляется в бетонном элементе. Для этих целей внутренняя сторона рамки также может содержать дополнительные пазы, в том числе для размещения шипов уголка.

Уголок с внешней стороны повторяет форму профиля рамки-каркаса. С внутренней стороны уголок дополнительно снабжается шипами для соединения с рамкой по системе паз-шип, что создает прочное механическое соединение рамки и уголка. Два элемента, формирующих уголок, располагаются друг относительно друга под углом преимущественно от 80 до 100 градусов, что определяется геометрией сегментов в тюбинговом кольце для создания правильной укладки сегментов в кольцо и соседних колец между собой.

Материал изготовления уголка аналогичен материалу рамки-каркаса.

Форма внутренней (посадочной) части эластомерного уплотнения продиктована наилучшей интеграцией с соответствующей стороной профиля рамки-каркаса для обеспечения герметизации места посадки эластомерного уплотнения и рамки-профиля и нивелирования гидродинамических и гидростатических нагрузок. Выступающие шипы эластомерного уплотнения выполнены ответными выступающим округлым элементам рамки-каркаса. Размещение эластомерного уплотнения в рамке-каркасе выполняется без образования дополнительных пустот и зазоров. Также данная форма эластомерного уплотнения препятствует торцевому смещению уплотнения относительно посадочной части рамки.

Форма внешней (уплотнительной) части эластомерного уплотнения выполнена уплощенной. Зеркальное соединение двух уплотнений соседних сегментов тюбинга под воздействием нагрузки, вектор силы которой расположен перпендикулярно плоскости уплотнительной части, создает герметизирующий слой. Данный слой препятствует просачиванию любых жидкостей сквозь место стыка. Эластомерное уплотнение снабжено внутренними пустотами вдоль всего корпуса. Технологические пустоты выполнены в соответствие с необходимостью заданного векторного уплотнения при воздействии сил сжатия в заданных геометрических плоскостях. Эластомерное уплотнение интегрируется в рамку-каркас по всему периметру.

Форма профиля рамки-каркаса и ответная форма эластомерного уплотнения продиктована обеспечением надежной герметизации места прилегания уплотнения с рамкой. «Гребенчатая каскадность» рамки-каркаса нивелирует гидростатическое воздействие и гидродинамическое воздействие воды, дисперсных и эмульсионных смесей на основе воды вдоль плоскостей прилегания уплотнения и рамки. При плотном прилегании уплотнения и рамки друг к другу отсутствует возможность продольного смещения уплотнения относительно рамки при гидродинамическом воздействии смесей на основе воды, а также достигается достаточная герметичность места стыка уплотнения и рамки. При данном виде профиля места сопряжения уплотнения и рамки отсутствует необходимость дополнительной технологической обработки мест прилегания профилей, как то склейка, спайка и прочие операции адгезии.

Дополнительно с уплотнительной стороны рамка-каркас в нижней части содержит уступ, высота которого соответствует высоте анкерного листа. В предпочтительном варианте он составляет 4мм. Его наличие обеспечивает более плотное прилегание рамки к анкерному листу, а также препятствует деформации анкерного листа кверху вдоль плоскости анкерного листа от центра к краям листа. Рамка создает контур края листа. Данный уступ нивелирует момент силы для опрокидывания рамки к центру плоскости анкерного листа.

Материал эластомерного уплотнения представляет собой резиновую смесь на основе преимущественно этилен-бутадиенового каучука. Возможен вариант изготовления уплотнения из резиновой смеси на основе других видов каучука в зависимости от условий эксплуатации (внешних климатических факторов, рабочей среды эксплуатации и прочих).

На представленных ниже фигурах продемонстрированы следующие конструктивные элементы заявленного вкладыша тюбингового:

Фиг. 1 - общий вид профиля рамки-каркаса,

Фиг. 2 - общий вид уголка,

Фиг. 3 - общий вид профиля эластомерного уплотнения,

Фиг. 4 - укрупненный вид с внутренней стороны одного из углов вкладыша тюбингового в сборе.

Фиг. 5 - взаимное расположение рамок-каркаса соседних тюбингов при соединении их в кольцо,

Фиг. 6 - взаимное расположение рамок-каркаса соседних тюбингов при соединении их в кольцо.

Заявленный бетонный элемент содержит тюбинговый полимерный защитный вкладыш 1, который состоит из листа анкерного 2 с V-образными анкерными элементами, рамки-каркаса 3, уголка 4 и эластомерного уплотнения 5. Рамка-каркас 3 выполнена с тремя округлыми выступающими элементами 6 различной высоты с одной стороны и преимущественно уплощенной стороной с удлиненным выступом 7 с противоположной стороны. Уголок 4 характеризуется наличием двух сторон 8 и 9, расположенных под углом. Сечение каждого из элементов 8 и 9 уголка 4 соответствует сечению рамки-каркаса 3, т.е. содержит аналогичной конструкции три округлых выступающих элемента 10 различной высоты с одной стороны. С внутренней стороны уголок 4 снабжен шипами 11 для соединения с рамкой по системе паз-шип. С внутренней стороны уголок 4 имеет выступ 12 для анкерования его в бетонном элементе. Эластомерное уплотнение 5 выполнено с поперечным фигурным сечением с выступающими шипами 13, формирующими полости ответные сечению рамки-каркаса 3 и уголка 4, и плоской внешней стороной 14. Эластомерное уплотнение 5 снабжено внутренними пустотами 15 вдоль всего корпуса.

С уплотнительной стороны рамка-каркас 3 в нижней части содержит уступ 16 для размещения анкерного листа. Высота уступа соответствует высоте анкерного листа.

Изготавливают бетонный элемент с вкладышем полимерным защитным тюбинговым следующим образом. Рамку-каркас 3 вырезают в размер сторон для каждого сегмента проектируемого тоннельного кольца. Далее стыкуют уголки 4 со сторонами рамок-каркаса 3 каждого сегмента в соответствии с технологической картой геометрической раскладки каждого сегмента. Стыковка осуществляется ручным или полуавтоматическим способом с дальнейшим контролем облоя или заусенцев на внешней стороне рамки-каркаса. Далее осуществляют стыковку анкерного листа 2 и собранной рамки-каркаса 3 и уголков 4. Данное действие осуществляется ручным способом.

Стыковка может быть произведена любым доступным способом с достижением максимальной герметичности соединения. Преимущественно стыковку осуществляют путем сваривания элементов.

После сборки вкладыша защитного полимерного осуществляется визуальный осмотр на предмет деформаций, брака и прочих изъянов. Установка эластомерного уплотнения 5 производиться после визуального контроля целостности готового вкладыша перед установкой вкладыша в форму для изготовления тюбингового сегмента

Далее вкладыш защитный полимерный устанавливается в форму для изготовления тюбинга в полностью готовом исполнении. Не допускается установка в форму для тюбинга отдельных составных элементов вкладыша, так как это влечет за собой отсутствие гарантии качественного исполнения функций, заложенных при проектировании вкладыша.

Далее производят заливку бетоном формы с размещенным в ней защитным вкладышем. В процессе заливки бетона в форму для сегмента тюбинга происходит заполнение бетонным раствором технологических полостей вкладыша, как облегание анкеров самого листа раствором, так и затекание раствора в технологический паз рамки-каркаса. В процессе высокочастотной вибрации в форме тюбинга происходит максимальное проникновение бетонной смеси в необходимые полости. Это позволяет вкладышу интегрироваться с бетонной частью тюбингового сегмента и предотвращает сепарацию вкладыша от бетона в процессе установки и эксплуатации тюбинговых колец.

Бетонные элементы с вкладышем полимерным защитным тюбинговым стыкуются между собой в кольцо посредством центрующих элементов хлыстообразной формы, а также посредством специальных анкерующих шпилек, соединяющих между собой симметричные закладные втулки. Данные элементы не являются элементами вкладыша защитного полимерного.

Вкладыш полимерный защитный тюбинговый является важным защитным элементом специализированного ЖБИ-сегмента тюбинга. Операция по помещению вкладыша полимерного защитного тюбингового в форму для изготовления тюбинга предшествует операциям по технологической карте изготовления ЖБИ. Соответственно вогнутая поверхность готового сегмента тюбинга надежно защищена. После окончательной установки тюбинговых сегментов в кольцо в рамках коллектора не требуется дополнительных операций по нанесению или созданию дополнительного защитного покрытия внутренней части коллектора от воздействия негативных факторов (механических примесей, агрессивных химических веществ и воды). Соответственно облегчается задача по созданию защитного покрытия внутренней поверхности коллектора.

Изобретение распространяется на бетонный элемент с вкладышем полимерным защитным тюбинговым, изготовленный способом сборки элементов производства из полимеров и эластомеров. Вкладыш полимерный защитный тюбинговый геометрически повторяет вогнутую часть сегмента тюбинга, являющуюся рабочей частью ЖБИ в составе коллектора. Защитный тюбинговый полимерный вкладыш бетонного элемента состоит из листа анкерного с V-образными анкерными элементами, рамки-каркаса, уголка и эластомерного уплотнения, где рамка-каркас выполнена в виде профиля, характеризующегося фигурным поперечным сечением с по меньшей мере тремя округлыми выступающими элементами различной высоты с одной стороны и преимущественно уплощенной стороной с удлиненной полкой с противоположной стороны, уголок выполнен в виде цельнолитого элемента, характеризующегося наличием двух сторон, расположенных под углом. Сечение каждого из элементов соответствует сечению рамки-каркаса. Эластомерное уплотнение выполнено в виде профиля и характеризуется поперечным фигурным сечением с выступающими шипами, выполненными ответными сечению рамки-каркаса и уголка, и плоской внешней стороной. Лист анкерный с V-образными анкерными элементами выполнен с возможностью покрытия по меньшей мере внутренней поверхности бетонного элемента. Рамка-каркас прилегает к торцевым сторонам бетонного элемента своей плоской стороной и выполнена с возможностью фиксации внутри бетонного элемента по меньшей мере своей удлиненной полкой. Уголки выполнены с возможностью присоединения к рамке-каркасу в углах бетонного элемента. Эластомерное уплотнение выполнено с возможностью посадки своими выступающими шипами в рамку-каркас по типу шип-паз. Техническим результатом является повышение надежности за счет обеспечения уплотнения бетонных элементов против сточных вод и газов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Бетонный элемент с вкладышем полимерным защитным тюбинговым, включающий лист анкерный с V-образными анкерными элементами, рамку-каркас, уголки и эластомерное уплотнение, где

рамка-каркас выполнена в виде профиля, характеризующегося фигурным поперечным сечением с по меньшей мере тремя округлыми выступающими элементами различной высоты с одной стороны и преимущественно уплощенной стороной с полкой с противоположной стороны,

уголок выполнен в виде цельнолитого элемента, характеризующегося наличием двух сторон, расположенных под углом, при этом сечение каждого из элементов соответствует сечению рамки-каркаса,

эластомерное уплотнение выполнено в виде профиля и характеризуется поперечным фигурным сечением с выступающими шипами, выполненными ответными сечению рамки-каркаса и уголка, и уплощенной внешней стороной, при этом

лист анкерный с V-образными анкерными элементами выполнен с возможностью покрытия по меньшей мере внутренней поверхности бетонного элемента, рамка-каркас прилегает к торцевым сторонам бетонного элемента своей плоской стороной и выполнена с возможностью фиксации внутри бетонного элемента своей полкой, уголки выполнены с возможностью присоединения к рамке-каркасу в углах бетонного элемента, а эластомерное уплотнение выполнено с возможностью посадки своими выступающими шипами в рамку-каркас по типу шип-паз.

2. Бетонный элемент по п.1, отличающийся тем, что рамка-каркас характеризуется выполнением профиля в виде «гребенчатого каскада», при этом выступающие округлые элементы разнесены друг от друга на расстоянии и располагаются с внешней уплотнительной части рамки-каркаса.

3. Бетонный элемент по п.1, отличающийся тем, что уголок с внутренней стороны дополнительно снабжен шипами для соединения с рамкой по системе паз-шип.

4. Бетонный элемент по п.1, отличающийся тем, что два элемента, формирующих уголок, располагаются относительно друг друга под углом преимущественно от 80 до 100 градусов.

5. Бетонный элемент по п.1, отличающийся тем, что эластомерное уплотнение снабжено внутренними пустотами вдоль всего корпуса.

6. Вкладыш полимерный защитный тюбинговый, включающий лист анкерный с V-образными анкерными элементами, рамку-каркас, уголки и эластомерное уплотнение, где

рамка-каркас выполнена в виде профиля, характеризующегося фигурным поперечным сечением с по меньшей мере тремя округлыми выступающими элементами различной высоты с одной стороны и преимущественно уплощенной стороной с полкой с противоположной стороны,

уголок выполнен в виде цельнолитого элемента, характеризующегося наличием двух сторон, расположенных под углом, при этом сечение каждого из элементов соответствует сечению рамки-каркаса,

эластомерное уплотнение выполнено в виде профиля и характеризуется поперечным фигурным сечением с выступающими шипами, выполненными ответными сечению рамки-каркаса и уголка, и уплощенной внешней стороной, при этом

указанные элементы выполнены с возможностью интеграции в бетонный тюбинг, в частности лист анкерный выполнен с возможностью покрытия по меньшей мере внутренней поверхности бетонного элемента, рамка-каркас выполнена с возможностью покрытия торцевых сторон бетонного элемента своей плоской стороной, уголки выполнены с возможностью присоединения к рамке-каркасу в углах бетонного элемента, а эластомерное уплотнение выполнено с возможностью посадки своими выступающими шипами в рамку-каркас по типу шип-паз.

7. Вкладыш полимерный защитный тюбинговый по п. 6, отличающийся тем, что лист анкерный с V-образными анкерными элементами, рамка-каркас и уголки выполнены с возможностью герметичной стыковки друг с другом.

8. Вкладыш полимерный защитный тюбинговый по п. 6, отличающийся тем, что рамка-каркас характеризуется выполнением профиля в виде «гребенчатого каскада», при этом выступающие округлые элементы разнесены друг от друга на расстоянии и располагаются с внешней уплотнительной части рамки-каркаса.

9. Вкладыш полимерный защитный тюбинговый по п. 6, отличающийся тем, что уголок с внутренней стороны дополнительно снабжен шипами для соединения с рамкой по системе паз-шип.

10. Вкладыш полимерный защитный тюбинговый по п. 6, отличающийся тем, что два элемента, формирующих уголок, располагаются относительно друг друга под углом преимущественно от 80 до 100 градусов.

11. Вкладыш полимерный защитный тюбинговый по п. 6, отличающийся тем, что эластомерное уплотнение снабжено внутренними пустотами вдоль всего корпуса.