Метрополитен • Сооружения

Способы сооружения тоннелей

Способ сооружения тоннеля метрополитена может быть открытым или закрытым в зависимости от гидрогеологических условий, плотности подземных коммуникации и городской застройки. В центральных участках города, как правило, работы ведут закрытым способом. В периферийных
14.04.15
Комментариев 0
Обсудить
Просмотров
11 064
Способ сооружения тоннеля метрополитена может быть открытым или закрытым в зависимости от гидрогеологических условий, плотности подземных коммуникации и городской застройки. В центральных участках города, как правило, работы ведут закрытым способом. В периферийных районах города, вне уличных магистралей, строительство целесообразно вести открытым способом.

Закрытый способ. При этом способе работ тоннели сооружают одновременно на нескольких участках, что ускоряет сроки строительства. На каждом участке с поверхности над осью тоннеля или вблизи от него закладывают ствол шахты и штольней соединяют его со строящимся тоннелем. Разработку грунта в тоннеле и обделки ведут от каждого ствола к соседним до встречи, т. е. до сбойки отдельных участков.

Горный способ проходки тоннелей заключается в следующем: породу разрабатывают буровзрывным методом или механизированным инструментом, после этого немедленно выполняют временное крепление лба и контура выработки, а затем возводят обделку тоннеля. В случае сооружения обделки из монолитного бетона или железобетона при наличии грунтовой поды устраивают внутреннюю оклеенную гидроизоляцию из четырех — шести слоев рубероида на битумной мастике и поддерживающую ее железобетонную оболочку толщиной 20 см. Так были сооружены участки значительной протяженности на первой очереди Московского метрополитена.

Щитовая проходка возможна в глинах, суглинах, песках, где тоннели круглого поперечного сечения сооружают, как правило, с применением специального механизма — щита.

Щит представляет собой подвижную металлическую крепь, под защитой которой в безопасных условиях разрабатывают забой, убирают разрыхленную породу и сооружают обделку тоннеля. Форма поперечного сечения щита соответствует внешнему очертанию обделки тоннеля. Наибольшее распространение имеют щиты круглой формы.

Существует много разновидностей проходческих щитов, которые вошли в практику строительства отечественных метрополитенов.

Щит имеет вид металлического цилиндра, состоящего из трех основных частей:

  1. Опорное кольцо из стальных сегментов;
  2. Стальной нож;
  3. Оболочка из листовой стали.
Сечение щита разделено вертикальными и горизонтальными перегородками па рабочие ячейки, в которых находятся проходчики, ведущие разработку грунта. Под защитой опорного кольца щита разрабатывают грунт с одновременной его уборкой на длине одного кольца обделки (т. е. на одной находке). Затем включают гидравлические домкраты, которые отталкиваясь от готовой обделки тоннеля, передвигают щит вперед. Под защитой стальной оболочки щита монтируют очередное кольцо сборной обделки или подают бетонную смесь для сооружения монолитной обделки.

Если щит не механизирован, то в нем отсутствуют какие-либо механизмы для разработки грунта. В этом случае щит выполняет функции передвижной крепи и рабочих подмостей. При проходке тоннеля в твердых породах их разрабатывают буровзрывным способом, а в пластичных и сыпучих породах — отбойными молотками и лопатами. Разрыхленную породу убирают погрузочными машинами или специальными устройствами, вмонтированными в нижнюю ячейку щита.

Механизированные щиты оснащают рабочими органами механического и гидравлического действия. Наибольшее распространение получили щиты с роторным рабочим органом, вращающимся вокруг продольной оси тоннеля. Используют также щиты с рабочими органами, оснащенными фрезами.

Коллективом Московского метростроя разработан способ проходки тоннелей мелкого заложения при максимальном использовании механизации проходческого цикла, который получил название московского способа.

Московский способ проходки тоннелей мелкого заложения предусматривает ведение работ закрытым способом. Он заменил применявшийся ранее открытый способ работ, при котором приходилось вскрывать земную поверхность по всей длине тоннеля па глубину его закладки и на ширину от 10 до 20 м, в связи с чем нарушается движение городского транспорта, требуется перенесение городских коммуникации и пр. Московский способ предусматривает использование механизированного щита. В проходческий цикл входят разработка забоя и выдача из него породы, погрузка породы в вагонетки, передвижение щита и всего вспомогательного оборудования за ним, монтаж обделки, нагнетание раствора за обделку и другие работы.

При проходке московским способом снижается стоимость 1 км перегонного тоннеля и значительно увеличивается по сравнению с проходкой открытым способом производительность труда.

Открытый способ. Этот способ работ применяют при строительстве тоннелей мелкого заложения. В этом случае вскрывают земную поверхность — сразу на всю ширину разрабатываемого под обделку котлована или по частям — при сооружении тополей траншейным способом. Конструкция обделки при траншейном способе возводится по частям. Обделка состоит из бетонных стен, перекрытия и лотка. Наиболее ответственным и сложным при этом является устройство наружной оклеечной гидроизоляции.

Наибольшее распространение имеет способ разработки котлована сразу на полное сечение.

При открытом способе работ вначале с поверхности земли над будущими стенами тоннеля прорывают разведочную траншею и забивают в псе через 1—2 м друг от друга двутавровые стальные сваи па глубину 3— 5 м ниже лотка тоннеля. Затем экскаваторами разрабатывают котлован, стены которого по мере его углубления закрепляют досками, заводимыми за полки свай. Сваи раскрепляют металлическими распорками и подкосами, располагаемыми выше перекрытия обделки, обеспечивая возможность механизированной разработки породы и возведения обделки индустриальными методами. Там, где позволяет городская застройка, котлован роют без крепления, а стены его делают под углом естественного откоса грунта.

Оклеечную гидроизоляцию накладывают под лотком тоннеля на специальную бетонную подготовку, а в пределах обделки стен — на предварительно сооружаемую защитную стену из плит различных материалов. Пространство за защитными стенами засыпают песком.

По окончании работ извлекают металлические сваи. После возведения перекрытия на него также наклеивают гидроизоляционный слой, защитный слой и котлован засыпают землей.

В последние годы секции обделки тоннеля возводят главным образом из сборных железобетонных блоков, что значительно сокращает сроки строительства. Однако наличие в секции обделки четырех— шести элементов требует трудоемких работ по замоноличиванию стыков между блоками, устройству оклеенной гидроизоляции на месте работ и т. п. Эти недостатки исключаются применением предварительно напряженных железобетонных обделок из готовых секции.

При сооружении тоннелей мелкого заложения и их расположении под зданиями пли в непосредственной близости от них предусматривают устройство опорных конструкций, укрепление грунтов или устройство ограждающих стенок, а также мероприятия по снижению вибрации и шума от проходящих поездов.

В конструкциях тоннеля вследствие колебания температур и усадки бетона, неравномерной осадки неоднородного грунта могут появиться трещины. Чтобы предотвратить появление таких трещин, в конструкции делают вертикальные разрезы, называемые температурно-усадочными или деформационными швами. Расстояние между такими швами в зависимости от конструкции отделки может быть 20; 40; 50 и 60 м.

Специальные способы работ. Такие способы применяют в особо сложных инженерно-геологических условиях, когда обычные способы ведения горных работ не могут быть применены.

При проходке тоннелей, расположенных ниже уровня подземных вод, всегда приходится вести борьбу с обводнением забоев. Применяют следующие способы искусственного осушения и закрепления пород:

  • водопонижение;
  • замораживание;
  • химическое закрепление;
  • цементацию;
  • битумизацию;
  • устройство противофильтрационных перемычек.

Водопонижение заключается и откачке воды из породного массива, понижающей ее уровень ниже подошвы тоннеля. Этот способ широко применяют при сооружении тоннелей мелкого заложения, при проходке стволов шахт. Недостатком его является нарушение естественного режима водоносных пластов, из-за чего невозможно использовать их в дальнейшем в качестве источника водоснабжения.

Способ замораживания не требует удаления воды из пор породы. Порода закрепляется замораживанием, которое происходит при циркуляции особого раствора по трубам (колонкам), установленным в замораживающих скважинах, пробуренных по определенному контуру. Раствор (хладагент) подается холодильными установками.

В результате этого около будущей выработки образуется контур из ледовородного массива, обладающего достаточной прочностью и полной водонепроницаемостью. Этот способ применяют при проходке наклонных ходов эскалаторов, тоннелей и станций в самых неблагоприятных гидрогеологических условиях. К недостаткам способа относится подверженность некоторых пород пучению в процессе замерзания и осадкам при оттаивании, сложность подготовительных работ, длительность самого процесса и высокая стоимость замораживания.

Замораживанием и водопонижением закрепляют породу только на период строительства подземного сооружения, после возведения всех конструкций и их гидроизоляции порода оттаивает до первоначального состояния и горное н гидростатическое давления передаются на обделку сооружения.

Химическое закрепление пород осуществляют силикатизацией и смолизацией. Силикатизация заключается в последовательном нагнетании в поры породы водных растворов — сначала жидкого стекла (силиката натрия), а затем хлористого кальция. В результате химической реакции образуется студенистая масса, которая твердеет и связывает частицы породы в монолит, обладающий высокой механической прочностью и водонепроницаемостью. Смолизация состоит в нагнетании растворов синтетических смол с добавками-отвердителями. Высокая стоимость этого материала ограничивает его применение.

Цементация заключается в заполнении пор, трещин и пустот в породе цементным раствором, вытесняющим под давлением воду. При высокой агрессивности подземных вод цементацию осуществить трудно; кроме того, не все породы хорошо поддаются закреплению этим способом.

Битумизация состоит в том, что трещины и пустоты породного массива заполняют расплавленным горячим битумом, который вытесняет воду и, застывая, образует монолит. С такой же целью в породу иногда нагнетают тонкодисперсную битумную эмульсию; этот способ называют холодной битумизацией.

Насыщение породы битумом или специальной эмульсией производится через скважины, в которые опущены колонны стальных труб при помощи специального оборудования.

Устройство противофильтрационных перемычек. Такие перемычки — шпунтовые ограждения — представляют собой сплошные стены за пределами контура выработки, сооружаемые до начала земляных работ. Устраивают их из свай, погружаемых в грунт вплотную одна к другой. Они могут быть сделаны из дерева, металла и других материалов. Такая защита выработки от подземных вод может быть устроена быстро и дает полную гарантию безопасности работ.

Проходка тоннелей под сжатым воздухом. В водоносных неустойчивых породах проходку тоннелей можно производить также и под сжатым воздухом (кессонный способ). До начала кессонных работ в тоннеле па расстоянии 40—50м от забоя сооружают шлюзовую воздухонепроницаемую железобетонную или стальную перегородку, разделяющую тоннель на две зоны: зону нормального давления и рабочую зону (от забоя до перегородки), называемую кессоном, где создают повышенное давление (по сравнению с атмосферным), подавая сжатый воздух от компрессорной станции. Забой может разрабатываться любым из вышеописанных способов. Благодаря повышенному давлению воздуха в кессоне, превышающему гидростатическое давление, вода оттесняется из забоя и рабочей зоны.

Обсудить
Просмотров
11 064
Подпишись на нашу рассылку лучших статей о технике
Подписалось
14
Комментарии (0)
Добавить комментарий
Прокомментировать
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Войти через: