Obliczanie obudowy pierścieniowej tuneli z tubingów żelbetowych i z bloków betonowych

Obudowę z prefabrykowanych elementów (tubingów) wykorzystuje się najczęściej w przypadku budowy tuneli metodą tarczową (testy uprawnienia budowlane). W tym przypadku z reguły wybiera się przekrój poprzeczny tunelu w kształcie koła. Jest to spowodowane tym, że niezbędne jest zmniejszenie do minimalnej liczby typów elementów prefabrykowanych. W przypadku takiego przekroju możliwe jest zmniejszenie liczby typów elementów, które są niezbędne do montowania jednego obudowy.

Przy obudowie z bloków cały pierścień można montować z takich samych elementów. Jeżeli mowa jest o kołowym przekroju, to można także zastosować mechanizację do montażu obudowy z tarczy.

Wytrzymałość tubingów

Tubingi powinny charakteryzować się odpowiednią wytrzymałością na dwa rodzaje obciążeń. Powinny one być wytrzymałe na parcie górotworu. Dotyczy to momentu, kiedy będą one już zmontowane, a po przesunięciu tarczy będą obudową stałą tunelu.

Oprócz tego należy je tak zaprojektować w ten sposób, żeby potrafiły przenieść bez uszkodzeń znaczne siły, które wynikają z nacisku lewarów tarczy podczas jej ruchu do przodu przy tunelowaniu. Wówczas tłoki lewarów znajdują oparcie w zamontowanym wcześniej pierścieniu obudowy. Obciążenia tubingów od znacznych, bo nieraz wynoszących kilkaset ton, sił skupionych od lewarów są czasami tak duże, że decydują o wymiarach tubingów. Dotyczy to zwłaszcza ich żeber podłużnych (programy do uprawnień budowlanych).

Dodatkowo podczas projektowania obudowy tubingowej konieczne jest, żeby uwzględnić obciążenia, które mogą się pojawić na etapie produkcji tubingów oraz podczas ich transportu.

Rodzaje tubingów

Podczas budowy tuneli metodą tarczową najczęściej wykorzystuje się dwa rodzaje tubingów:

– żeliwne,

– żelbetowe.

W przypadku małych tuneli, których średnica nie jest większa od 3,5 m, można zastosować obudowę z prefabrykowanych bloków betonowych, które są słabo zbrojone,

Jeszcze niedawno tubingi żelbetowe rzadko wykorzystywano w budownictwie podziemnym. Bardziej popularne były tubingi żeliwne, które charakteryzują się mniejszym ciężarem czy odpornością na korozję. Jednak aktualnie coraz częściej się stosuje żelbetowe ze względu na to, że można pozyskać coraz lepsze betony (egzamin ustny na uprawnienia architektoniczne).

Metody obliczeń

Projektując obudowę tubingową można zastosować dwa sposoby obliczeń. Pierwsza metoda to metoda, której autorem jest Hewett. Głównym założeniem jest rozważenie pierścienia obudowy jako pierścienia, który w sposób swobodny odkształca się pod wpływem parcia górotworu, a także pod wpływem parcia hydrostatycznego wody. Parcie to działa w kierunku pionowym i poziomym. Parcie hydrostatyczne ma wpływ w sytuacji, kiedy budowla znajduje się poniżej poziomu wody gruntowej.

Drugą metodę opracował Bodrow. Wykorzystuje się ją najczęściej podczas projektowania obudowy tubingowe żeliwnej Metra Moskiewskiego. Z tego powodu często nazywa się tę metodę metodą MM. W jej przypadku zakłada się, że pierścień odkształca się w sposób swobodny w środowisku sprężystym.W przypadku większych odkształceń w dolnej części przekroju może powstać odpór gruntu. Jest to kolejne, dodatkowe obciążenie obudowy. Ta metoda wiąże się z korzystnymi wynikami w przypadku projektowania obudowy żelbetowej. Z kolei żadnych korzyści ekonomicznych nie ma w przypadku obudowy z tubingów żelbetowych. Głównym powodem braku korzyści jest sztywność tej obudowy. Grubość obudowy żelbetowej powinna być większa z powodu większej odporności na przenikanie wody (uprawnienia architektoniczne – egzamin).

Obliczając obudowę tubingowej żelbetowej zaleca się, żeby zastosować metodę, która opiera się na założeniu Hewetta. Należy wówczas założyć, że pierścień obudowy odkształca się swobodnie pod wpływem działających na niego obciążeń zewnętrznych. Z tego też powodu nie stosuje się obudowy z bloków betonowych w przypadku, kiedy średnica wewnętrzna jest większa niż 4 m.