Доклад, представленный на международной конференции "NO-DIG - 2008". Автор - М.Б. Голота (ООО «Спецстрой-Инженеринг», Россия, Москва).
Строительство подземных коммуникаций при плотной застройке столь стремительно развивающегося мегаполиса как Москва – сложнейшая инженерная задача. Стремительное развитие нашей компании обусловлено также тем, что в своей работе мы используем последние достижения и разработки в области подземного строительства. В распоряжении ООО «Спецстрой-Инженеринг» помимо парка строительной техники есть тонеллепроходческие комплексы компании «Herrenkneht AG»: AVND 2500 (проект М890 и проект М1176), ЕРВ 3600 (проект М1179) и ЕРВ 3200; оборудование компаний VMT и Jackcontrol.
Точно так же туннели для добычи полезных ископаемых и для проектов в области гражданского строительства разделяют основные процедуры, но в значительной степени отличаются конструктивным подходом к постоянству в силу их различных целей. Многие туннели планировались только для временного использования с минимальными затратами во время добычи руды, хотя растущее стремление владельцев поверхности к правовой защите от последующего туннельного коллапса может привести к ее изменению. В отличие от этого, большинство туннелей, работающих на общественном транспорте, связаны с продолжительным заполнением человеком и полной защитой соседних владельцев и более консервативно разработаны для обеспечения постоянной безопасности.
С приобретением трёх щитов «Herrenkneht AG» объёмы работ по прокладке тоннелей значительно увеличились. Объекты, возведенные за последнее время:
- КЛ-110 кВ «Новобратцево – Войковская. Сооружен тоннель диаметром 3 м, протяженностью 1200 м. Грунт – обводненные пески, успешно пройден между газопроводом и тоннелем под коммуникации большого диаметра. Из-за невозможности переноса тоннеля с коммуникациями были выполнены повороты в плане и профиле трассы. Щит AVND 2500.
- КЛ от ПС «Ново-Внуково». Сооружен тоннель диаметром 3,6 м, протяженностью 240 м. Грунт – глина с илом и торфяником.
- КЛ от ПС «Марфино»Сооружен тоннель диаметром 3 м, протяженностью 1340 м. Был успешно пройден интервал длинной 852 м. Проходка велась в сложнейших горно-геологических условиях – грунт глина с камнями по контакту с сильно обводненными песками, торфяниками. Щит AVND 2500.
- КВЛ-110 кВ «Ново-Кунцево – Сетунь». Сооружен тоннель диаметром 3 м, протяженностью 1350 м. Из-за высокой плотности грунта (глина), наличия подземных коммуникаций пришлось осуществить поворот радиусом 300 м, принимая совместные решения со специалистами Херренкнехта. Щит AVND 2500.
- КЛ от ПС «Очаково» до ПС «Сити-2». Сооружен тоннель диаметром 4,1 м, протяженностью 500 м. Прокладка осуществлялась под важнейшей федеральной трассой. Щит ЕРВ 3600. Сооружено 2 тоннеля диаметром 3 м, протяженностью 400 м. Прокладка осуществлялась под р. Москва, глубина заложения 30 м. Сооружено 2 тоннеля диаметром 3 м, протяженностью 550 м.
Об областях применения оборудования
Сильнотрещиноватые и мягкие породы
Во всех туннелях геологические условия играют доминирующую роль в управлении приемлемостью методов строительства и практичности различных конструкций. Действительно, история туннелирования заполнена случаями, когда внезапное столкновение с непредвиденными условиями вызвало длительные остановки для изменений в методах строительства, в дизайне или в обоих, что привело к значительному увеличению стоимости и времени.
Основные элементы тоннеля
Тщательный геологический анализ необходим для оценки относительных рисков в разных местах и для уменьшения неопределенностей условий грунта и воды в выбранном месте. К основным факторам относятся, помимо почв и пород, исходные дефекты, контролирующие поведение горной массы; размер каменного блока между суставами; слабые слои и зоны, включая разломы, зоны сдвига и измененные области, ослабленные выветриванием или тепловым воздействием; грунтовые воды, включая структуру потока и давление; плюс несколько особых опасностей, таких как риск возгорания, газа и землетрясения.
Не каждая новая техническая разработка или открытие найдет свое применение и место на рынке, многое так и остается незамеченным и невостребованным. Этого никак не скажешь о сравнительно молодой отрасли строительства как микротоннелирование.
Растущий с каждым годом уровень урбанизации ведет к стремительному увеличению населения городов. Такой огромный мегаполис как Москва – не исключение. Непрекращающееся увеличение населения столицы привело к невероятной ценности земли.
Для горных районов большая стоимость и длительное время, требуемые для глубоких бурильных работ, обычно ограничивают их количество; но многое можно извлечь из тщательной аэрофотосъемки и наземных съемок, а также методов каротажа и геофизики, разработанных в нефтяной промышленности. Часто к проблеме прикладывается гибкость в отношении изменений в дизайне и методах строительства, а также непрерывная разведка впереди туннеля, выполняемая в старых туннелях путем добычи пилотного бура впереди и теперь путем бурения.
Ущерб поселений и потерянные земли
Японские инженеры стали первопроходцами для преодоления проблемных пород и водных условий. Туннели с мягкой почвой чаще всего используются для городских служб, для которых потребность в быстром доступе пассажиров или обслуживающего персонала способствует небольшой глубине. Во многих городах это означает, что туннели находятся выше коренных пород, что упрощает туннелирование, но требует постоянной поддержки. Конструкция туннеля в таких случаях, как правило, предназначена для поддержки всей нагрузки грунта над ней, отчасти потому, что земляная арка в почве со временем ухудшается, а частично - с учетом изменений нагрузки в результате будущего строительства зданий или туннелей.
В связи с этим город разрастается вверх и «под землю».
Подземные паркинги – это решение часть решения проблемы нехватки свободной площади под застройку, но не единственная. Сравнительно большие площади можно высвободить, перенеся под землю инженерные, транспортные коммуникации, линии электропередач. Одним из способов осуществления таких грандиозных проектов – микротоннелирование.
Тоннели с мягким грунтом, как правило, имеют круговую форму, потому что из-за своей формы она обладает большей прочностью и способностью перенастраиваться на будущие изменения нагрузки. В местах уличных прав в пути доминирующая проблема городского туннелирования заключается в необходимости избегать невыносимого ущерба соседним зданиям. Хотя это редко бывает проблемой для современных небоскребов, которые обычно имеют основания, простирающиеся до скал и глубоких подвалов, часто проходящих под туннелем, это может быть решающим фактором при наличии зданий средней высоты, фундаменты которых обычно мелкие.
Когда в середине 90-х годов был реализован первый проект по микротоннелированию с помощью оборудования «Herrenkneht AG», мало кто мог предположить, что эта технология так легко и быстро приживется в России. И вот уже больше десяти лет эта технология будет помогать решать сложные инженерные задачи.
Бесспорно, что в ближайшем будущем микротоннелирование будет актуально и востребовано все больше и больше. Невозможно оставить без внимания планы Правительства РФ по реформе ЖКХ и энергетики как столицы, так и России в целом. По различным статистическим данным, инженерные сети в городах России изношены на 70 % и более процентов; около 1000 га земли только в пределах Москвы находится под линиями электропередач.
В этом случае инженер-туннель должен выбирать между подкреплением или использованием метода туннелирования, который является достаточно надежным, что предотвратит урон от поселений. Поверхностное урегулирование происходит из-за утраты грунта, т.е. земли, которая перемещается в туннель сверх фактического объема туннеля. Все методы туннелирования на мягких грунтах приводят к определенному количеству потерянных грунтов. Некоторые из них неизбежны, например, медленное латеральное сжатие пластиковой глины, которое происходит впереди поверхности туннеля, поскольку новые напряжения от куполообразного поезда ведут к тому, что глина перемещается к лицу до того, как туннель достигнет своего местоположения.
При плотной городской застройке лозунг «No Dig» особенно актуален. Непрекращающаяся жизнь мегаполиса не дает возможности вести работы по перекладке или прокладке тоннелей с остановкой движения на перегруженных дорогах, сроки строительства также должны быть максимально сокращены. Все перечисленные факторы являются весомым аргументом при привлечении все больших инвестиций в микротоннелирование. А это немаловажно, так как безупречно точное, высокотехнологичное оборудование требует немалых капиталовложений и профессионализма обслуживающего его персонала.
Однако большинство потерянных результатов являются результатом неправильных методов строительства и неосторожного мастерства. Следовательно, следующее подчеркивает разумно консервативные методы туннелирования, которые дают наилучший шанс удержать землю на приемлемом уровне примерно на 1 процент.
Древняя практика ручной добычи по-прежнему экономична для некоторых условий и может иллюстрировать конкретные методы лучше, чем ее механизированный аналог. Примерами являются методы форполяции и грудного вскармливания, разработанные для опасного случая пробега. На рисунке 3 показаны основные аспекты процесса: заголовок продвигается под крышей передних досок, которые продвигаются вперед на коронке плюс сплошная доска или грудное молоко в заголовке. При тщательной работе метод позволяет продвигаться с очень небольшим количеством потерь.
Наша компания плодотворно сотрудничает с «Herrenkneht AG» уже в течение двух лет. Особенно близок и как нельзя более подходит русскому менталитету девиз наших немецких партнеров – «Teamwork Tunneling». Только командой, когда в проект вовлечены и производитель, и инженеры, и строители, можно добиться слаженной работы и высокого результата.
ООО «Спецстрой-Инженеринг» имеет в своем распоряжении различные тоннелепроходческие комплексы:
Верхняя доска может быть удалена, маленький раскопанный ранец, этот нагрудный доску заменен, и прогресс продолжился, работая на одной доске за раз. При проколах передние промежутки прерывисты с промежутками между ними. Коронное вращение по-прежнему прибегает к прохождению плохой земли; в этом случае шпильки могут состоять из направляемых вперед рельсов или даже стальных стержней, установленных в отверстиях, сверленных в измельченную породу. В грунте, обеспечивающем разумное время стояния, современная система поддержки использует стальные облицовочные плиты, расположенные на почве и закрепленные в сплошной сплошной круг, а в более крупных туннелях укреплены внутри круговыми стальными ребрами.
- AVND 2500 проект М890,
- AVND 2500 проект М1176,
- ЕРВ 3600 проект М1179,
- ЕРВ 3200.
Парк оборудования таких немалых диаметров в своем роде уникален. По статистике на долю подобных тоннелепроходческих комплексов в России приходится лишь 5 %.
Кадровая политика
Подземное пространство столицы из года в год все больше усложняется. Помимо метрополитена большой протяженности недра Москвы насыщены еще более протяженными коммуникационными тоннелями различного диаметра и назначения.
Самые длинные тоннели
Индивидуальные вкладыши легкие по весу и легко устанавливаются вручную. Верхний заголовок продвигается вперед, которому предшествует «дрейф обезьяны», в котором установлена настенная плита, и служит опорой для арочных ребер, а также охватывается, поскольку настенная плита подкрепляется установкой столбов небольшими вырезами на каждом стороне нижней скамьи. Поскольку ребра и облицовочная плита обеспечивают только легкую опору, они укрепляются путем установки бетонной облицовки примерно на один день после добычи.
Если щитами диаметром до 1500 мм уже пройдено достаточно много километров под Москвой и накоплен достаточно большой опыт, то оборудование такого большого диаметра освоено немногими компаниями. Требующие еще большего контроля, профессионализма, подобные тоннелепроходческие комплексы крайне востребованы.
Специалисты нашей компании – инженеры, механики, операторы – прошли специализированное обучение работе с оборудованием у компании «Herrenkneht AG» и имеют сертификаты.
В то время как тоннели футеровки более экономичны, чем экранирующие туннели, риск потери земли несколько выше и требует не только очень тщательного изготовления, но и тщательного изучения почвенной механики заранее, впервые в Чикаго. Риск потери земли также может быть уменьшен за счет использования щита с отдельными карманами, из которых могут работать мои рабочие; их можно быстро закрыть, чтобы остановить ввод. В чрезвычайно мягкой почве щит можно просто задвинуть вперед, когда все его карманы закрыты, полностью вытесняя почву впереди; или его можно сунуть с некоторыми открытыми карманами, через которые мягкая почва выдавливается, как колбаса, разрезается на куски для удаления ленточным конвейером.
Кадровая политика нашей компании нацелена на создание сплоченного, способного принимать неординарные инженерно-технические решения и выполнять задачи любой сложности коллектива. Сплав молодости и опыта как нельзя лучше сказываются на качестве выполнения поставленных задач, и позволяет с уверенностью смотреть на будущие перспективы развития. За плечами наших специалистов работы при сооружении Московской кольцевой автодороги, в строительстве Третьего транспортного кольца, прокладке километров тоннелей.
Первый из этих методов был использован на иле в реке Гудзон. Опора, установленная внутри хвоста экрана, состоит из больших сегментов, настолько тяжелых, что им требуется рычаг электроподогревателя для позиционирования при соединении болтами. Из-за его высокой стойкости к коррозии, это наиболее часто используемый материал для сегментов, что устраняет необходимость вторичной облицовки бетона. Сегодня заняты более легкие сегменты. Британские инженеры разработали сегменты, которые пользуются популярностью в Европе.
Неотъемлемой проблемой метода щита является наличие двух-пятидюймовой кольцеобразной пустоты, оставленной вне сегментов в результате толщины пластинки кожи и зазора, необходимого для эрекции сегмента. Движение почвы в эту пустоту может привести к утере до 5 процентов, что недопустимо в городских условиях. Потерянная земля удерживается на разумных уровнях, быстро продувая мелкий гравий в пустоту, а затем впрыскивая цемент.
Объекты
Сооружение кабельного коллектора 110кВ «Новобратцево - Войковская»:
Глубина ведения проходки составляла порядка 10 м.
Проходка велась в сложных гидрогеологических условиях. Так устройство шахт и микротоннелирование проводилось в обводненных песках мелких и средней крупности, которые под влиянием техногенных факторов теряют структурную прочность и переходят в текучее состояние. Уровень подземных вод, с учетом его сезонного повышения, на протяжении всего участка строительства превышал отметки заложения коллектора и днища микротоннеля.
Кузнецовский железнодорожный тоннель
Туннель с мягким грунтом ниже уровня грунтовых вод связан с постоянным риском попадания в туннель, почвы и воды, что часто приводит к полной потере заголовка. Одним из решений является снижение уровня грунтовых вод под дном туннеля до начала строительства. Это может быть достигнуто путем откачки из глубоких скважин впереди и из скважин в туннеле. Хотя это способствует туннелированию, падение уровня грунтовых вод увеличивает нагрузку на более глубокие слои почвы. Если они относительно сжимаемы, результатом может стать крупное расселение смежных зданий на мелководных основаниях, крайний пример - проседание от 15 до 20 футов из-за перегрузки.
Для локализации влияния подземных вод в период ведения строительства было предусмотрено искусственное водопонижение глубинными скважинами с насосами (устраивалось на выходе щита, в демонтажной шахте, расположенной в месте локального распространения водоносных горизонтов).
Велась проходка щитом AVND 2500. Трасса длиной 1200 м была пройдена тремя интервалами по 200 м и одним - длиной порядка 600 м.
Когда почвенные условия делают нежелательным падение уровня грунтовых вод, внутри туннеля может смещаться давление наружной воды. В более крупных туннелях давление воздуха обычно устанавливается так, чтобы уравновешивать давление воды в нижней части туннеля, в результате чего оно затем превышает меньшее давление воды на головке. Поскольку воздух, как правило, выходит из верхней части туннеля, требуется постоянный осмотр и ремонт утечек соломой и грязью. В противном случае может произойти выброс, сброс давления в туннеле и, возможно, потерять заголовок по мере поступления почвы.
Из-за присутствия на трассе газопровода и тоннеля под коммуникации большого диаметра и невозможности переноса существующих коммуникаций были выполнены повороты в плане и профиле трассы. Все интервалы были пройдены в срок, без задержек.
Сооружение кабельного коллектора 110кВ «Ново-Кунцево – Сетунь»:
Сжатый воздух значительно увеличивает эксплуатационные расходы, отчасти потому, что требуется большая компрессорная установка, с резервным оборудованием, чтобы застраховаться от потери давления и частично из-за медленного движения рабочих и мошенников по воздушным шлюзам. Однако доминирующим фактором является огромное сокращение времени производства и продолжительного времени декомпрессии, требуемого для людей, работающих под воздействием воздуха, чтобы предотвратить разрушающее заболевание, известное как, также встреченное дайверами.
Глубина ведения проходки составляла порядка 15 м.
Проходка осуществлялась не только под существующими проездами, зелеными насаждениями, но и под линиями высоковольтных электропередач, а также под путями Московской железной дороги Белорусского направления.
Использовался щит AVND 2500. Трасса длиной 1350 м была пройдена двумя интервалами порядка 600м.
Первый интервал протяженностью 630 м имел сложные геологические условия. В толще разрабатываемого грунта из высокой плотности суглинков и глины встречались фрагменты фундамента, железобетонные конструкции от снесенных зданий и сооружений.
Из-за плотности подземных коммуникаций с помощью специалистов «Herrenkneht AG» был произведен поворот радиусом 300 м. Система управления продавливанием труб позволила точно устанавливать местоположение проходческой машины в любое время. Положение машины постоянно отражается на экране пульта управления, благодаря чему оператор безупречно управляет процессом проходки.
Для локализации влияния подземных вод в период ведения строительства было предусмотрено искусственное водопонижение легкими иглофильтрами внутри шахты.
Сооружение кабельного коллектора 110кВ от ПС «Марфино»:
Глубина ведения проходки составляла 12 м.
Использовался щит AVND 2500. Трасса длиной 1340 м пройдена двумя интервалами. Один из интервалов был длиной 850 м. Прохождения интервала такой длины и диаметром 2500 мм – уникален для Москвы. Слаженная работа коллектива ООО «Спецстрой-Инженеринг», безупречная работа техники и помощь со стороны производителя позволили пройти интервал без задержек, аварий и поломок.
Сложнейшие геологические условия – проходка велась в грунте, состоящем из глины с камнями по контакту с сильно обводненными песками, торфяниками.
Для локализации влияния подземных вод в период ведения строительства было предусмотрено искусственное водопонижение глубинными скважинами с насосами (устраивалось на вводе щита, в шахтах), а также легкими иглофильтрами (приемный котлован).
Сооружение кабельного коллектора 110кВ от ПС «Яшино»:
Глубина ведения проходки составляла 10 м.
Использовался щит AVND 2500. Трасса длиной 650 м проходила в сложных гидрогеологических условиях, под существующими проездами и в непосредственной близости к тоннелям Московского метрополитена.
Проходка осуществлялась в обводненных песках различного гранулометрического состава, местами с прослойками суглинка, торфа и водонасыщенного песка. Значительное превышение подземных вод, неоднородность литологического состава в районе ведения проходки создали ряд трудностей с проведением водопонижения.
Сооружение кабельного коллектора 110кВ от ПС «Очаково – Сити-2»:
Проходка осуществлялась под важнейшей трассой – Кутузовским проспектом – в связи с этим особое внимание было уделено обеспечению максимальной точности и отсутствию даже минимальной просадки.
Использовался щит ЕРВ 3600 с грунтопригрузом. Трасса составляла 500 м.
Глубина ведения проходки составляла 9 м.
Проходка второго интервала в настоящий момент осуществляется под р. Москва на глубине 30 метров.
При сооружении всех объектов особое внимание уделялось обеспечению герметичности обделки тоннелей. Качество сборки обделки – чрезвычайно важный фактор, определяющий эффективность работы уплотнений, но на используемом оборудовании Использование двойных уплотнений из эластомеров ни на одном из объектов не позволило усомниться в универсальности и высоком качестве подобной технологии.
Перспективы
Проведение ежегодных международных выставок, конференций и семинаров не оставляет сомнения в широчайшем распространении по всему миру технологии бестраншейного строительства и в частности микротоннелирования.
Строительство современного надежного и герметичного тоннеля с высокой скоростью проходки и качеством возможно лишь при увязке следующих компонентов:
- комплексы, соответствующие грунтовым условиям строительства;
- высокого качества и точно установленная обделка тоннелей;
- правильное распределение трудовых ресурсов;
- точное планирование предварительных работ.
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:
- Опорное кольцо из стальных сегментов;
- Стальной нож;
- Оболочка из листовой стали.
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.
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.
