Подземные сооружения улично-дорожной и транспортной сети

14.06.2016

Подземное строительство сооружений улично-дорожной и транспортной сети позволяет организовать скоростное движение автотранспорта и одновременно повысить безопасность движения пешеходов. Отсутствие задержек автомобильного транспорта перед светофорами и в «пробках» снижает затраты времени на передвижение по городу, способствует снижению уровней транспортных шумов, а также уровней загрязненности воздушного бассейна выхлопными газами автомобилей.
Основным средством организации скоростного движения наземного транспорта является устройство транспортных и пешеходных тоннелей мелкого заложения, а также автотранспортных тоннелей глубокого заложения. Общие принципы проектирования автотранспортных тоннелей в городах сводятся к следующему:
- к выбору автомобильных трасс, на которых целесообразно устройство тоннелей;
- обеспечению полного разделения в тоннелях встречного движения;
- исключению слияния в тоннелях второстепенных потоков с главными потоками транспорта.
Различают следующие виды тоннелей: горные - для преодоления горных препятствий; подводные - для преодоления водных преград; городские автомобильные и железнодорожные тоннели, в том числе тоннели метро - для устранения пересечений транспортных потоков в одном уровне.
Строительство автотранспортных тоннелей целесообразно на отдельных участках наиболее загруженных магистральных улиц и дорог как средство повышения их пропускной способности. Для обеспечения сохранности исторической застройки города строительство автотранспортного тоннеля часто оказывается единственно возможным решением.
В городских условиях могут быть использованы автотранспортные тоннели для двухстороннего и одностороннего движения. Тоннели второго типа позволяют «развести» встречные потоки транспорта, а также целесообразны при необходимости обхода фундаментов капитальных сооружений и монументов или при необходимости устройства съездов между тоннелями. Различные типы транспортных тоннелей могут быть составными элементами развитых в плане многоярусных транспортных пересечений и узлов. При этом использование двухъярусных и многоярусных транспортных тоннелей, на каждом уровне которых движение является односторонним, повышает безопасность движения. Городские тоннели специальных типов могут быть использованы для преодоления водных преград.
Автотранспортные тоннели могут входить в состав более сложных комплексов, включающих станции метро мелкого заложения, железнодорожные пути и другие транспортные сооружения. Во многих случаях рациональными оказываются решения, в которых автотранспортные тоннели и эстакады, связанные между собой системами съездов, являются элементами единого дорожно-транспортного комплекса. Для повышения скорости движения по городу автотранспортные тоннели и другие дорожно-транспортные сооружения должны представлять собой единую целостную систему. При этом автотранспортные тоннели глубокого заложения при высокой, по сравнению с метро, стоимости их строительства и относительно небольшой, по сравнению с ним, пропускной способности в массовом порядке строиться не могут.
Минимальная глубина заложения городских тоннелей, проходимых подземным способом под застроенными территориями, составляет 8-12 м.
На этой глубине тоннель не встречает городских подземных коммуникаций; при надлежащих способах проходки удается сохранить поверхностные здания. При такой глубине заложения тоннелей метро станции оказываются неглубокими.
Тоннели, пройденные подземным, горным или щитовым способом, обычно имеют круговую и сводчатую форму, которая лучше противостоит давлению окружающих пород. Верхнюю подводную часть тоннеля называют каллотой, нижнюю часть - штроссой. Тоннелям мелкого заложения, сооруженным открытым способом, обычно придают в поперечном сечении прямоугольную форму; при этом рациональнее используется площадь сечения.
Однако сама по себе стоимость проходки тоннелей сравнительно мало зависит от глубины и значительно больше - от грунтовых условий. Поэтому, если верхний грунтовый слой неблагоприятен для проходки тоннелей, то линии метро прокладывают в более устойчивых грунтах на большей глубине. Тоннели метро, пройденные подземным способом, обычно имеют круглое поперечное сечение. Станции метрополитена являются большими, ответственными подземными сооружениями, объемом 20-100 тыс. м3. По форме поперечного сечения различают станции глубокого заложения односводчатые, двухсводчатые, трехсводчатые, а станции неглубокого заложения, сооружаемые открытыми способами, -одно-, двух- и трехпролетные. Станции глубокого заложения обычно имеют монолитную обделку; в устойчивых скальных породах известны примеры сооружения станций и без монолитной обделки.
Подземные сооружения улично-дорожной и транспортной сети

Великолепным примером строительства транспортных подземных сооружений является строительство Гагаринского тоннеля на третьем транспортном кольце г. Москвы (рис. 3.11).
Подземные сооружения улично-дорожной и транспортной сети

Строительство уникального многоуровневого комплекса осуществлялось в сложных инженерно-геологических условиях при переменном рельефе, в зоне сложившейся жилой и общественной застройки, в непосредственной близости от национального парка «Нескучный сад». Строительные работы были начаты в 1999 г., завершение строительства состоялось в 2004 г. Каждая из секций имеет длину 60 м и опирается на буровые столбы диаметром 2 м, заделанные в известковую породу на глубине 65 м от поверхности земли. Объем уложенного монолитного железобетона составляет 21 500 м3.
Сооружение могло бы попасть в книгу рекордов по целой серии номинаций:
- во-первых, при его строительстве были устроены самые большие как по глубине, так и по диаметру сваи в Москве;
- во-вторых, пролет моста является одним из самых больших в мире для конструкций коробчатого сечения из перенапряженного железобетона;
- в третьих, его конструкция способна воспринять вес здания, которое должно быть построено над ним в перспективе.
Подземные сооружения улично-дорожной и транспортной сети

При строительстве тоннеля на площади Гагарина наиболее проблемным участком, вызывавшим опасения инженеров-геотехников, был участок пересечения путепровода с существующей станцией метро «Ленинский проспект», построенной открытым способом на малой глубине около 30 лет назад. Четыре секции транспортного тоннеля проходят над действующей станцией метро почти перпендикулярно ее оси. При этом расстояние в свету между лотком обделки тоннеля и кровлей станции метро крайне мало и составляет от 85 до 380 см. Кольцевую железную дорогу в дальнейшем предполагается использовать для пассажирских перевозок с остановочным пунктом в зоне станции метро «Ленинский проспект», что требует размещения на этом отрезке пересадочного узла, объединяющего эти две станции, а также перспективную станцию метро.
Подземные сооружения улично-дорожной и транспортной сети

Пролетные строения секций подземного моста представляют собой преднапряженные в обоих направлениях железобетонные конструкции коробчатого сечения. Общая нагрузка на основание от собственного веса мостовых конструкций, проектируемого здания, грунта обратной засыпки, а также полезной нагрузки в тоннелях и здании составляет около 100 тыс. т. Максимальная нагрузка на фундаментную опору одной секции моста достигала 10-12 тыс. т.
Выбор конструктивного решения фундаментов мостовых опор определялся следующими факторами:
- необходимостью воспринять столь значительные нагрузки на основание;
- недопустимостью осадок опор более нескольких сантиметров;
- ограниченной площадью в плане, на которой необходимо было разместить опоры.
В перспективе в процессе реализации второй очереди реконструкции площади Ю. Гагарина непосредственно над транспортным тоннелем и станцией метро «Ленинский проспект» предусматривается возвести здание общественно-торгового назначения высотой 4-6 этажей (рис. 3.15).
Подземные сооружения улично-дорожной и транспортной сети

Уникальный проект по строительству транспортного тоннеля в условиях плотной городской застройки был осуществлен в г. Бостоне (США). Большой бостонский тоннель - 8-полосная магистраль, самый дорогой проект в истории строительства США. В середине прошлого века для решения сложной транспортной проблемы города была построена скоростная автострада («хайвый») - главная артерия города. Было выселено много людей, а их дома снесены. Земельные участки под автострадой так и осталось незадействованными. Город страдал от загрязнения воздуха.
Подземные сооружения улично-дорожной и транспортной сети

Проект заключается в том, чтобы соединить аэропорт с Южным Бостоном тоннелем, который будет проходить под гаванью и тянуться вдоль на запад, между штатной 90-й магистралью, так же планировалось убрать надземную автомагистраль и пустить тоннель через центр города и заменить старый мост через реку Чарльз на новый вантовый мост. Проект назвали «Большой тоннель», который состоял из четырех основных этапов:
- 1-й этап - построить тоннель под гаванью, который соединит аэропорт с городом;
- 2-й этап - продолжить строительство тоннеля под Южным Бостоном и проливом Порт-Пойнт с последующим присоединением его к существующей магистрали 1-90;
- 3-й этап - строительство тоннеля под центром города;
- 4-й этап - строительство нового моста через реку Чарльз.
После 16 лет ожидания финансирования от Конгресса строительство началось. 2,6 млрд долларов - такова сумма первоначального бюджета строительства. Окончательный бюджет составил более 14,6 млрд долларов США. Издержки и расходы составляли 3 млн долларов в день. Использовано более 150 кранов. Участвовало более 5000 человек. Каждый день вывозили 1200 грузовиков грунта. При строительстве погибло 5 человек из них 4 рабочих и 1 водитель. Первая часть строительства была закончена с открытием 15 декабря 1995 г. тоннеля Теда Вильямса. В дальнейшем тоннель нужно было соединить с трассой 1-90. Ho строительство было осложнено стесненными условиями строительства: с одной стороны - завод «Жилет», а с другой - почтовая служба США. Далее нужно было проложить тоннель под проливом.
Ситуация осложняется тем, что под проливом в 8 м под водой проходит красная ветка очень старого метро. Движение поездов нельзя было останавливать. Решено было проложить тоннель под проливом и в 1,5 м над метро. При малейшей неосторожности Атлантический океан мог затопить метрополитен и весь город. Далее пришлось строить тоннель под рельсами, ведущими к вокзалу. Движение поездов нельзя было останавливать. На этот раз проблемой было то, что 70 % построек Бостона возведено на насыпной смеси кирпича, древесины и пр. Ниже проходит слой разнообразной почвы (помимо глины были и другие почвы).
Инженеры заморозили почву, так как никакие другие меры укрепления грунта не подходили. В 5 м под землёй над рельсами был сделан тоннель. Далее надо было проложить трассу через центр города до соединения с 90-й магистралью. Тоннель продолжился на участке прохождения автострады, при самом высоком уровне грунтовых вод, которую он в дальнейшем заменил. С этой целью инженеры подняли 550 тыс. т бетона и металла с помощью специальных домкратов, расположенных с разных сторон «хайвея», построили тоннель и уже только после этого разобрали автостраду, движение по которой не прекращалось в процессе строительства. В рамках этого проекта был также построен самый широкий 10-вантовый мост в мире. После строительства улучшилась экологическая обстановка в городе и уровень угарного газа снизился на 12 %. При строительстве ни одного дома не было разрушено. Строительство этой транспортной системы было завершено в 2007 г.
Для организации непрерывного транспортного движения и повышения безопасности движения пешеходов необходимо создание систем подземных переходов. Общая протяженность отдельных подземных переходов определяется шириной проезжих частей улиц и дорог, а также условиями размещения лестниц, пандусов и других элементов этих сооружений. Для сокращения строительной длины переходов их обычно трассируют перпендикулярно продольной оси пересекаемой улицы или проезда. В отдельных случаях может возникать необходимость трассирования подземных переходов под острым углом к оси улицы или в устройстве переходов сложных конфигураций.
В зависимости от пространственно-планировочной организации подземные пешеходные переходы могут быть решены с использованием следующих схем:
- линейных («коридорных»), однопролетных и многопролетных;
- развитых в плане T-, У-, H-, X- и О-образных;
- «зальных», в том числе многопролетных;
- комбинированных типов.
Тоннельные пешеходные переходы, как правило, должны совмещаться с остановочными пунктами общественного уличного транспорта, среднее расстояние между остановками которого в городских условиях не должно превышать 300-400 м (в отдельных случаях - 500 м). Подземные переходы рекомендуется также совмещать с системой автостоянок и гаражей большой вместимости, а также с другими объектами массового тяготения.
В зонах железнодорожных вокзалов рационально совмещение пешеходных тоннелей с подземными подходными коридорами железнодорожных вокзалов и подземными вестибюлями станций метро, которые часто располагаются примерно в одних и тех же узловых пунктах города и приблизительно на одних и тех же отметках. Развитые в плане подземные переходы могут включать в себя различные объекты сферы обслуживания (киоски и магазины штучных товаров, театральные кассы, справочные бюро, блоки телефонов-автоматов и др.). Для городских железнодорожных станций часто вместо надземных пешеходных мостов целесообразны подземные переходы, обеспечивающие меньшую высоту вынужденных подъемов и спусков.