Трехсводчатые станции пилонного типа с обделкой из сборного железобетона

В соответствии с директивными указаниями партии и правительства России о широком внедрении в строительство сборного железобетона и экономии черных металлов проектировщиками и строителями метрополитенов проделана большая работа по изданию новых типов станций из сборного железобетона. В 1961 г. в Санкт-Петербурге были впервые построены три станции пилонного типа с обделкой в глухих частях из железобетонных тюбингов, а позже, в 1963 г., были сооружены станции, значительная часть которых выполнена из сборного железобетона. Наконец, в 1963 г. в Киеве была сооружена станция пилонного типа «Политехнический институт» полностью из сборного железобетона.
Опыт строительства этих станций в сухих или слабовлажных плотных глинах в виде кембрийских или спондиловых глин показал принципиальную возможность и целесообразность применения сборного железобетона взамен чугуна в конструкциях трехсводчатых станций пилонного типа.
Выявившиеся в процессе сооружения таких трехсводчатых станций особенности их статической работы заключаются в том, что напряженное состояние каждого готового тоннеля резко изменяется вследствие частичного снятия отпора породы со стороны вновь сооружаемого смежного тоннеля. Обделка готового тоннеля при этом сильно деформируется и в ее тюбингах появляются трещины и скоты бетона. В особо трудных условиях оказывается обделка ранее возведенного среднего тоннеля станции. В этом случае тоннельную обделку приходится поддерживать на время проходки смежных тоннелей сплошной временной крепью, а в некоторых случаях и производить замену ее поврежденных тюбингов.
Исходя из этих соображений на первых станциях, на которых была применена обделка из сборного железобетона, кольца обделки из железобетонных тюбингов были возведены лишь в глухих участках боковых тоннелей трехсводчатых станций с пилонами. Кольца обделки были приняты наружным диаметром 8,5 м и шириной 0,75 м. Каждое кольцо станционного тоннеля (рис, 86) состоит из 15 тюбингов, из которых 12 нормальных НБт, 2 смежных СБт и один замковый КБт.

Тюбинги изготовляют из особо жесткой вибрированной бетонной смеси по специально разработанной технологии в опрокидных матрицах-формах. Марка бетона 600. Арматура тюбингов периодического профиля в виде сварных каркасов. Высота борта тюбингов 35 см, их толщина 14 см, а толщина оболочки 12 см. Тюбинги между собой соединяются в кольцевых швах 43 болтами диаметром 30 мм, а в радиальных швах — двумя болтами.
Отверстия для болтов, принятые диаметром 36 мм, упрочняются стальной спиралью и чугунными втулками. Гидроизоляция таких обделок из бетона высокой плотности, расположенных в плотных глинах, осуществлялась путем расчеканки швов расширяющимся цементом и постановкой в болтовых соединениях сферических шайб и битумных конических прокладок. Общий расход железобетона на одно кольцо составляет 4,91 м3, а общий вес металла (арматуры, закладных частей и болтовых скреплений) — 1356 кг.
Железобетонные обделки аналогичной конструкции наружным диаметром 9,768 м монтируют из 17 тюбингов. В этом случае общий расход железобетона на одно кольцо составляет 5,77 м3, а металла — 1826 кг.
При сооружении следующей станции пилонного типа в кембрийских глинах возвели обделку из железобетонных тюбингов не только в глухих участках, но и в проемной части боковых тоннелей. Однако, учитывая значительные деформации обделки в процессе строительства и сложность изготовления железобетонных рамных тюбингов, обрамление проемов осуществлено чугунными тюбингами (рис. 87).
Конструкция чугунных тюбингов проема принята по типу рамных тюбингов обделки из чугуна. Железобетонные тюбинги в пределах пилона и проема приняты тех же типов, что и на глухих участках тоннелей станции.
Значительно труднее решить задачу полного исключения чугунных элементов из конструкции пилонных станций из сборного железобетона. В последние годы было предложено несколько проектов таких конструкций станций с устройством проемной части в виде клинчатых перемычек или балок, опирающихся на стойки.
Один из таких проектов предусматривает возведение в проемной части колец обделок, имеющих с внутренней стороны на уровне верха и низа проемов специальные приливы с горизонтальными плоскостями для опирания на них продольных железобетонных балок (рис. 88). В этом примере обделка станционных тоннелей принята из 12 железобетонных блоков ребристого сечения, изготовленных из бетона марки 600. Каждое кольцо состоит из восьми нормальных (С-3) блоков, двух укороченных С-2, одного смежного С-4 и одного замкового С-1. Замковый блок имеет скошенный относительно радиального направления лишь один борт и потому требуется иметь в кольце лишь один смежный блок.
В кольца обделки проемной части включены специальные блоки С-5 и С-6, имеющие горизонтальные площадки.

В процессе проходки тоннелей кольца обделки в проемной части замыкают блоками временного заполнения этих проемов (С-7 и С-8). Затем в пределах проемов устанавливают верхнюю и нижнюю продольные опорные балки длиной 4,95 м и распирают их в местах расположения пилонов стойками высотой 2,3 м. Зазоры между балками и опорными площадками фасонных блоков С-5 и С-6 подбивают фибробетоном. Проходы между смежными тоннелями станции сооружают после установки балок и стоек в этих тоннелях и удаления блоков временного заполнения проемов.
Наиболее полным решением вопроса по применению сборного железобетона в крупных подземных конструкциях следует считать осуществленную в натуре на строительстве Киевского метрополитена трехсводчатую станцию пилонного типа «Политехнический институт», выполненную полностью из железобетона. Эта станция длиной 100,5 м состоит из трех параллельных тоннелей с расстоянием между их осями 10,1 м, имеющих наружный диаметр 8,5 м и внутренний 7,5 м (рис. 89). Средний тоннель длиной 44 м сообщается с боковыми тоннелями шестью проемами с каждой стороны шириной по 3 м. Каждое кольцо обделки шириной 0,75 м в глухой части станции состоит из 10 тюбингов — восьми нормальных CК-1 (рис. 90), смежного СК-2 и замкового СК-3.

Для облегчения сборки колец на их кольцевых бортах предусмотрены 36 отверстий диаметром 32 мм, в которые вставлены болты диаметром 24 мм. В радиальных бортах устроены по два гнезда на стык диаметром 30 мм и глубиной 100 мм для соединения тюбингов в кольце монтажными шпильками диаметром 25 мм.
Тюбинговые кольца (рис. 91) в проемной части станции состоят из этих же стандартных тюбингов и двух дополнительных — CP-1 и СП-1.
Эти кольца образуют три параллельных тоннеля, соединенных пилонами шириной 1,5 м и проемами шириной 3 м, перекрытыми монолитными железобетонными балочными перемычками. Отличительной особенностью тюбинговых колец в проемной части станции является конструкция их сопряжения с железобетонными балочными перемычками в верхней и нижней части проема посредством тюбинга CP-1. Эти тюбинги, имея срезанные борта и увеличенную на 5 см толщину спинки в пределах высоты балки, примыкают к ней вплотную с двух сторон и тем обеспечивают жесткость соединения. Над проемами и под ними на всю длину проемной части (28,5 м) располагают продольные балки прямоугольного сечения высотой 1,24 м и шириной 0,4 м. Наклонное положение балок позволило обеспечить высоту прохода 2,75 м от уровня пола платформы.

Тюбинги изготовлены на заводе в металлических формах из бетона марки 500, армированы сварным каркасом. В процессе изготовления тюбинги подвергались вибрированию в течение 5 мин и последующему пропариванию в течение 7 ч.
При строительстве станции вначале сооружали боковые тоннели, потом бетонировали балочные перемычки в боковых тоннелях, затем проходили средний тоннель, бетонировали его перемычки, сооружали пилоны и, наконец, раскрывали проемы.
Благодаря значительному размеру целика между боковыми тоннелями (11,7 м) взаимное влияние проходки боковых тоннелей было несущественным. Лишь при проходке среднего тоннеля пришлось устанавливать в боковых тоннелях временные горизонтальные стяжки.
Достаточно мощная обделка станционных тоннелей в сочетании с удачно выбранной последовательностью производства работ, а также благоприятные инженерно-геологические условия позволили успешно осуществить сооружение этой трехсводчатой станции пилонного типа из сборного и частично монолитного железобетона.
Дальнейшее развитие этого типа станций намечается с учетом следующих мероприятий:
- некоторого облегчения конструкции железобетонных тюбингов в соответствии с действующими в них усилиями;
- замены монолитных железобетонных балочных перемычек сборными из преднапряженного железобетона;
- конструкцию несущею пилона следует выполнять из сборных элементов заводского изготовления. Размеры железобетонных блоков пилона необходимо подобрать таких размеров, чтобы можно было их монтировать вместе с несущей обделкой станции и опирать на них балочную перемычку;
- необходимо усовершенствовать методы разработки породы и монтажа обделки станции, особенно при сооружении ее пилонов и проходов.