Применение фиброволокна ВСМ в тоннельных коллекторах

Для моделирования воздействия пожара на блоки обделок из полипропиленового фибробетона были проведены испытания образцов – кубов. Образцы подвергались воздействию высоких температур в муфельной печи, при этом отслеживалось состояние и происходящие изменения в бетоне образцов. После снятия температурных нагрузок образцы испытывались на прочность по методике ГОСТ 10180.

Огневые испытания блоков обделки

Результатами испытаний неводонасыщенных образцов подтверждена повышенная сопротивляемость огневым воздействиям фибробетона по сравнению с обычным бетоном, получены данные для отработки методики проведения огневых испытаний.

На основании результатов лабораторных огневых испытаний образцов с полипропиленовой фиброй подобран состав бетона для проведения натурных испытаний блоков обделок тоннельных коллекторов: бетон В45 с наполнением фиброй длиной 12 мм, расходом 1,0 кг/м3.

Блоки с полипропиленовым волокном

Для оценки технологических особенностей полипропиленового фибробетона и испытаний на статические нагружения было изготовлено шесть опытных образцов блоков обделки из полипропиленового фибробетона в опалубочных размерах, принятых по рабочим чертежам для типового комплекса фирмы «HERRENKNECHT».

Блоки были изготовлены на действующей технологической линии по выпуску аналогичных железобетонных блоков обделки завода ЖБИ «Моспромжелезобетон». Рабочее армирование блоков обделки (тюбингов) выполнялось по типовому проекту.

В процессе формования блоков в момент перемешивания цемента с водой бетоносмеситель равномерно подавалась распушенная полипропиленовая фибра.

При формовании образцов блоков обделки для огневых испытаний по высоте сечения были установлены выводы (термопары) для дальнейшего присоединения к ним датчиков измерения температуры. Все прочие технологические операции по изготовлению ФБ блоков обделки были такими же, как для аналогов из обычного железобетона.

Готовые блоки обделки имели высококачественную поверхность, отвечающую требованиям нормативов.

Испытания опытных образцов на эксплуатационные нагрузки проводились на стенде в экспериментальном цехе ГУП «НИИМосстрой».

Стенд предусматривает специальные металлические опоры, обеспечивающие шарнирность опирания элементов, а также возможность их горизонтальных перемещений при вертикальном нагружении. Нагружение блоков производилось ступенями, составляющими не более 10% от контрольных нагрузок по прочности и образованию трещин. Вертикальная и горизонтальная нагрузки, имитирующие горное давление на эти конструкции, создавались гидравлическими домкратами. В ходе испытаний образцы поэтапным нагружением были доведены до разрушения. На промежуточных этапах нагружения определялся момент образования трещин и ширина их последующего раскрытия.

С учётом свойств полипропиленового фибробетона разработана методика испытаний блоков обделки (тюбингов), позволяющая составить заключение об их несущей способности в соответствии со СНиП 52-01-2003 и ГОСТ 8829-94.

Методика испытаний позволяет имитировать воздействия на блок обделки нагрузки, возникающей:

• при устройстве коллекторов - «домкратные нагрузки»;
• при работе коллектора в грунте - эксплуатационные нагрузки;
• при работе на монтажные и транспортные нагрузки.

Величина и вид нагрузок представлены проектной организацией.

Методикой предусматривается испытание элементов блоков по трём схемам нагружения:

• работа элемента в кольце сечения коллектора от воздействия эксплуатационных нагрузок («горного давления» и «колёсной нагрузки») и по двум расчетным сочетаниям нагрузок от грунта при прокладке тоннеля;
• имитация воздействия усилий при транспортных и погрузочно-разгрузочных работах;
• нагрузка на блок обделки (тюбинг) от щитовых домкратов.

Блоки испытывали в соответствии с требованиями ГОСТ 8829-94 «Изделия строительные железобетонные и бетонные заводского изготовления. Методы испытания нагружением. Правила оценки прочности, жесткости и трещиностойкости».

При испытании элементов замеряли:

• прогибы элементов в середине пролета (факультативно);
• деформации бетона в наиболее нагруженных сечениях;
• ширина раскрытия трещин в местах максимального раскрытия.

Прочностные испытания блока обделки

Результаты испытаний опытных образцов блоков обделки с разным составом бетона и фибры показали, что при действии контрольных нагрузок по прочности 30 и 60 тс все блоки сохранили несущую способность. Трещины в блоках появлялись при нагрузках, превышающих контрольные величины.

Контрольная ширина раскрытия трещин в блоках, составляющая 0.3 мм, была достигнута при нагрузках, превышающих контрольные величины.

Испытание блоков на нагрузку, имитирующую давление от двух домкратов по 70 тс, показало, что при контрольной нагрузке разрушений бетона не было, трещины и местные разрушения образовались при нагрузках, значительно превышающих контрольные.

Проведены огневые испытания опытных контрольных образцов из полипропиленового фибробетона, проведены прочностные испытания опытных образцов блоков обделок.

Разработан состав полипропиленового фибробетона для изготовления изделий повышенной огнестойкости, применяемых в коллекторных тоннелях, сооружаемых методом щитовой проходки. Проведены испытания конструкций блоков обделки (тюбингов) из полипропиленового фибробетона на эксплуатационные и монтажные нагрузки.

На основании результатов исследований разработана нормативно-техническая документации на опытную партию блоков (тюбингов) из полипропиленового фибробетона.