Конструкции перегонных тоннелей, сооружаемых открытым способом

09.06.2016

Линии метрополитенов мелкого заложения имеют неоспоримое преимущество по сравнению с линиями глубокого заложения в обслуживании пассажиров. Тоннели мелкого заложения сооружают открытым способом со вскрытием земной поверхности сразу на всю ширину разрабатываемого под обделку котлована или же по частям, при сооружении тоннелей траншейным способом. Трудоемкий траншейный способ применяют лишь в тех случаях, когда невозможно вскрыть котлован сразу на все сечение тоннеля. При этом способе конструкция обделки перегонного тоннеля должна обеспечивать возможность ее возведения по частям; она состоит из бетонных стен, перекрытия и лотка.
Сооружение тоннеля траншейным способом начинается с разработки траншей на всю глубину тоннеля, возведения стен, затем перекрытия и, наконец, лотка. Наиболее ответственными и сложными при этом являются работы по устройству наружной оклеечной гидроизоляции. Дальнейшее развитие траншейный способ получил в последнее время при сооружении перегонных тоннелей Киевского метрополитена.
К разновидности траншейного способа можно отнести также так называемый Миланский способ сооружения тоннелей мелкого заложения в условиях тесной городской застройки; в последнее время этот способ получил большое распространение за рубежом.
Наиболее распространенным при сооружении тоннелей мелкого заложения является открытый способ с разработкой котлована сразу на полное сечение. Порядок сооружения тоннелей мелкого заложения открытым способом состоит в том, что вначале с поверхности земли над будущими стенками тоннеля прорывают разведочную траншею и забивают в нее через 1—2 м друг от друга двутавровые стальные сваи (№ 45—55) на глубину 3—5 м ниже лотка тоннеля. Затем экскаваторами разрабатывают котлован, стенки которого по мере его углубления закрепляют горизонтальной затяжкой из досок, заводимых за полки двутавровых свай. Сваи раскрепляют раздвижными металлическими распорками и подкосами, которые, располагаясь выше перекрытия обделки и придавая креплению котлована надлежащую прочность, обеспечивают возможность механизированной разработки породы и возведения обделки индустриальными методами.
Конструкции перегонных тоннелей, сооружаемых открытым способом

В этом случае применяется наиболее распространенная и достаточно надежная наружная оклеечная гидроизоляция (рис. 32), состоящая из трех-четырех слоев гидроизоляционного оклеечного материала, наклеиваемого под лотком тоннеля на специальную бетонную подготовку, а в пределах стен обделки — на предварительно устроенную защитную стенку из плит различных материалов. Пространство между защитными стенками и затяжкой котлована по мере бетонирования стен засыпают песком для того, чтобы по окончании работ было возможно извлечь металлические сваи без повреждения гидроизоляции тоннельной обделки.
После возведения перекрытия на него наклеивают гидроизоляционный слой, укладывают защитный слой, затем котлован засыпают и открывают над тоннелем уличное движение. Этим способом ранее возводили обделки со стенками и лотком из монолитной кладки (бетона) и металлического или железобетонного перекрытия.
В большинстве случаев обделки тоннелей мелкого заложения устраивают двухпутными однопролетными ИЛИ С промежуточной опорой в междупутьи.
В дальнейшем стали применять такие обделки в виде замкнутых одно- или двухпролетных прямоугольных рам из монолитного железобетона (рис. 33) с расходом бетона около 10 м3 на 1 пог. м тоннеля
Конструкции перегонных тоннелей, сооружаемых открытым способом

В последующие годы широкое распространение получили обделки из сборного и преднапряженного железобетона. На рис. 34 приведена конструкция унифицированной сборной железобетонной двухпутной обделки мелкого заложения для метрополитенов Советского Союза. Эта обделка состоит из восьми блоков (пяти типов), изготовленных из бетона марки 250. Перекрытие обделки образуется балками П-1 корытообразного сечения, опирающимися на специальные утолщения в стеновых блоках С-2 и С-3.
Лоток состоит из среднего блока Л-5, в специальный паз которого закрепляется утрамбованным жестким цементным раствором блок средней стены (С-3), и двух промежуточных блоков Л-4.
Конструкции перегонных тоннелей, сооружаемых открытым способом

В лотковой части отдельные блоки имеют выпуски арматурных стержней, которые в последующем замоноличиваются. Ширина блоков П-1 и С-2 принята равной 1,5, а других блоков — 3 м. Швы между блоками перекрытия и лотка заполняются раствором на расширяющемся цементе. В вертикальных швах стеновых блоков устраивают цилиндрические пазы радиусом 2,5 см, которые после заполнения их цементным раствором образуют цилиндрическую шпонку.
В местах внутренних стыков обделки имеются канавки, которые в последующем зачеканивают расширяющимся цементом. Расход бетона на 1 пог. м тоннеля составляет 7,8 м3.
Несмотря на явные преимущества обделок из сборного железобетона, обеспечивающих высокую степень индустриализации строительства, эти конструкции не могут полностью удовлетворить запросам сегодняшнего дня. К числу недостатков сборных железобетонных обделок следует отнести: сложность изготовления и монтажа обделки из разных типов блоков; затруднительность ведения «мокрых» процессов по замоноличиванию стыков и отдельных сопряжений конструкций, особенно в зимних условиях; высокая трудоемкость работ по устройству оклеечной гидроизоляции на месте работ и др. Эти недостатки исключаются применением предварительно напряженных железобетонных обделок из готовых секций.
Цельносекционная обделка. Цельносекционная предварительно напряженная железобетонная обделка, как известно, более трещиностойка и водонепроницаема по сравнению с другими обделками.
В настоящее время строительная техника располагает весьма мощными механизмами для подъема и транспортировки крупных блоков весом свыше 50 т, длиной более 10—15 м. Это обстоятельство привело к широкому использованию крупнопанельных элементов при сооружении тоннелей мелкого заложения.
Обычно применяют прямоугольные цельносекционные железобетонные обделки (рис. 35) длиной 2 м под один или два пути; толщина перекрытия и лотков составляет 200 мм, стенок — 150 мм. Из двух таких однопутных секций может быть составлена обделка двухпутного тоннеля. Применяется также двухпутная обделка из цельномонолитных двухочковых рам (рис. 36) весом около 32 т.
Применение цельносекционных обделок при сооружении тоннелей открытым способом повышает производительность труда, снижает трудоемкость монтажа, позволяет отказаться от оклеечной гидроизоляции и получить конструкцию заводской готовности.
Конструкции перегонных тоннелей, сооружаемых открытым способом

Значительные трудности возникают при сооружении тоннелей мелкого заложения при непосредственном их расположении под зданиями или другими сооружениями, тогда вышележащие фундаменты этих сооружений приходится опирать непосредственно на шинельную конструкцию или на специально возведенную для этого раздельную с тоннелем конструкцию. При непосредственном опирании фундаментов зданий на тоннельную обделку необходимо предусмотреть мероприятия по снижению вибраций и шума, вызываемых движущимися поездами. В некоторых случаях при сооружении тоннелей мелкого заложения вблизи зданий применяется искусственное укрепление грунтов в основании зданий или же устройство ограждающих стенок вблизи их фундаментов.
В подземных конструкциях, в частности, в перегонных тоннелях, сооружаемых открытым способом, необходимо устраивать температурно-усадочные и деформационные швы. Расстояние по длине тоннеля между температурно-усадочными швами следует принимать в бетонных монолитно-сплошных конструкциях 20 м, в сборных — 40 м. В обделках из монолитного железобетона это расстояние принимается 40—50 м, а из сборного железобетона — 60 м. На переходных участках с подземного на наземный эти расстояния сокращаются на 10—20 м.