 |
Сущность и особенности строительства подземных объектов
|
|
|
|
Подземное строительство является более сложным, чем обычное промышленно-гражданское. Здесь наряду с возведением зданий и сооружений на поверхности необходимо осуществить подземные горные работы, которые имеют следующие особенности: ограниченность фронта работ, лимитируемая числом одновременно действующих забоев, численности рабочих и числа механизмов, размещаемых в забое; изменчивость горно-геологических условий по мере подвигания забоя; особые требования техники безопасности и промышленной санитарии; прямая зависимость возможности выполнения производственных процессов в забое от работы обслуживающих цехов (подъема, вентиляции, водоотлива и т.п.).
До начала строительства необходимо иметь четкое представление о конструкции подземного сооружения, наилучших способах организации строительно-монтажных и горнопроходческих работ, необходимых материальных, энергетических, трудовых и других ресурсах. Это представление вырабатывается в процессе проектирования.
В настоящее время проектирование является самостоятельным звеном процесса создания технических средств производства, занимая место между научными исследованиями и собственно материальным производством.
В процессе проектирования создают систему образов технического объекта или технологического процесса, которую оформляют в виде чертежей, графиков, расчетов, таблиц, пояснительных записок и называют проектно - сметной документацией. Роль и значение проектирования значительно шире, чем просто подготовка чертежей и смет для строительства. В проектах строительства подземных сооружений предусматривают повышение эффективности капитальных вложений, скорейшее освоение новых мощностей, сокращение сроков и снижение стоимости строительства при высоком качестве строительно-монтажных работ.
|
|
|
Проектированием (инженерным) называют деятельность по созданию на основе использования исходной технической информации, научных знаний и воображения прототипов (прообразов) новых объектов, процессов или элементов, которые с максимальной эффективностью и минимальными затратами выполняли бы предписанные им функции.
После того как намечены одна или несколько принципиальных схем подземного сооружения или организации его строительства, приступают к инженерному анализу, включающему в себя проведение расчетов и получение данных, необходимых для принятия решения. Составными частями инженерного анализа, тесно связанными друг с другом, являются представление и оптимизация.
К транспортным подземным сооружениям относят автодорожные, железнодорожные, пешеходные, судоходные тоннели, тоннели метрополитена, подземные стоянки автомобилей и гаражи, подземные заводы и морские базы. В зависимости от глубины заложения от поверхности Н различают тоннели мелкого (Я< 10 м) и глубокого (Я > 10-20 м) заложения. По месту расположения тоннели подразделяют на горные, подводные и городские.
При строительстве метрополитена выделяют следующие особенности:
1. Метрополитены должны обеспечивать безопасную перевозку пассажиров, соответствовать требованиям санитарно-гигиенических норм и безопасных условий труда для эксплуатационного персонала, охраны окружающей среды и противопожарным требованиям
2. Линии метрополитена следует проектировать на основе Комплексной схемы развития всех видов городского транспорта, утвержденной схемы развития метрополитена, отражающей направление, протяженность, места расположения станций, электродепо, административных зданий и производственных предприятий, соединения с путями общей сети железных дорог России, и в соответствии с градостроительным заданием.
|
|
|
3. Станции следует предусматривать в центрах пассажироформирующих нагрузок территорий, вблизи железнодорожных, автобусных и речных вокзалов и других объектов массового посещения города. При расстоянии между станциями 3000 м и более в средней части перегона следует предусматривать дополнительный выход для эвакуации пассажиров из тоннеля на поверхность или зону коллективной защиты пассажиров.
4. Линии метрополитена следует проектировать, как правило, подземными мелкого и глубокого заложения. При пересечении водных преград, в незаселенных местах, вдоль линий железных дорог и т.п. возможно предусматривать наземные или надземные участки в галереях закрытого типа, а также открытые наземные и надземные участки линий.
5. Прокладка участков линий мелкого заложения, сооружаемых открытым способом, на землях заповедников, заказников, ботанических садов, дендрологических парков, лесопарков и в охранных зонах памятников истории и культуры не допускается.
6. Для обеспечения строительства участков линий мелкого заложения необходимо предусматривать технические зоны шириной не менее 40 м. Возведение зданий в технической зоне до окончания строительства сооружений метрополитена не допускается.
7. Прокладку подземных коммуникаций, посадку кустарника и устройство газонов в технической зоне, а также застройку территории шириной 30 м с обеих сторон от границ технической зоны следует предусматривать по согласованию с организацией, проектирующей метрополитен.
8. Пересечение линий метрополитена между собой и с линиями других видов транспорта следует предусматривать в разных уровнях.
В местах пересечения линий следует предусматривать однопутные соединительные ветки.
9. На каждой линии метрополитена следует предусматривать автономное движение поездов. В сложных транспортных узлах допускается предусматривать соединения между линиями и организацию маршрутного движения поездов
10. Линии метрополитена следует проектировать двухпутными с правосторонним движением поездов.
На каждой линии необходимо предусматривать электродепо, тупики и пункт технического обслуживания подвижного состава.
|
|
|
11. Первая линия метрополитена должна иметь соединение с путями общей сети железных дорог. При увеличении сети метрополитена на каждые 50 км следует предусматривать дополнительные соединения с путями общей сети железных дорог.
12. При проектировании метрополитена следует предусматривать максимальное использование подземного пространства для размещения в нем объектов городской инфраструктуры.
13. Основные параметры сооружений и устройств линии, обеспечивающие ее провозную и пропускную способность, следует устанавливать по максимальным расчетным пассажирским потокам в следующие периоды эксплуатации линии:
а) первый период - с первого по десятый годы;
б) второй период - с десятого по двадцатый годы;
в) третий период - расчетный срок (более 20 лет).
14. Конструкция входов в подземные сооружения должна исключать возможность поступления в них вод при паводках и наводнениях с вероятностью превышения высшего уровня вод 1 раз в 300 лет.
15. На линиях метрополитена следует предусматривать меры по защите помещений станций, а также зданий, расположенных вдоль трассы, от шума и вибрации, возникающих при движении поездов, работе эскалаторов и других установок метрополитена.
16. В метрополитене должны предусматриваться дополнительные сооружения и устройства, позволяющие использовать его как защитное сооружение.
17. Вблизи станций следует предусматривать общественные туалеты, проектирование которых должно осуществляться на основании градостроительного задания.
18. Для размещения административно-управленческого и эксплуатационного персонала, диспетчерских служб, ремонтно-монтажных, медицинских и других специализированных подразделений следует предусматривать наземные здания.
Подразделения персонала, непосредственно связанные с обслуживанием линии, следует располагать на станциях.
19. Торговые зоны, павильоны и другие объекты попутного обслуживания пассажиров в сооружениях метрополитена не допускается размещать ниже уровня кассового зала вестибюля станции.
|
|
|
20. Внедрение новых технических решений и новой техники в области строительства и эксплуатации метрополитенов, не отраженных в нормативных документах, может выполняться первоначально в экспериментальном порядке при соответствующем научном сопровождении, согласовании с надзорными органами и с последующей, при необходимости, корректировкой проектной документации.
21. При проектировании, строительстве и реконструкции метрополитенов следует предусматривать:
- технические решения, обеспечивающие безаварийный процесс строительства и эксплуатации сооружений;
- применение современных материалов, оборудования, изделий, соответствующих стандартам и другим нормативным документам, а также применение материалов, оборудования и изделий, изготовленных по зарубежным нормам и стандартам, имеющих сертификаты соответствия и технические свидетельства;
- индустриализацию строительства на базе современных средств комплексной механизации и автоматизации строительного производства, а также применение типовых конструкций и узлов оборудования и аппаратуры, отвечающих мировым стандартам;
- технические средства, объемно-планировочные решения подземных сооружений и условия эксплуатации, обеспечивающие пожарную безопасность и безопасность движения поездов, безопасность пассажиров при нахождении в поездах, на эскалаторах, в лифтах, на платформах станций и в тоннелях;
- технические решения, обеспечивающие выполнение требований санитарных норм и правил, правил охраны труда рабочих и служащих в периоды строительства и эксплуатации;
- максимальную механизацию и автоматизацию процессов эксплуатации, повышение комфорта проезда пассажиров, повышение производительности труда персонала, соблюдение принципов эргономики и технической эстетики;
- мероприятия по охране окружающей среды, памятников истории и культуры [28].
Форму поперечного сечения транспортных тоннелей принимают в зависимости от горно-геологических условий их заложения по аналогии с гидротехническими тоннелями. В относительно устойчивых породах при преобладании вертикальных нагрузок наиболее рациональной является подъемистая подковообразная форма. В слабых неустойчивых водоносных породах, оказывающих значительное всестороннее давление, и при большом гидростатическом давлении наиболее экономичной считают круговую форму обделки. Существенное влияние на выбор формы обделки оказывает технология строительства. Так, например, даже при относительно благоприятных инженерно-геологических условиях, если предусмотрено применение проходческих щитов, принимают круговую форму обделки.
|
|
|
При отсутствии кругового горного давления или при незначительной его величине стены подковообразной обделки могут проектировать, а свод очерчивать по круговой (однопутные железнодорожные тоннели) или трехцентровой коробовой кривой (двухпутные железно- и автодорожные тоннели). Преимущества прямых вертикальных стен с точки зрения производства работ достаточно очевидны. Вместе с тем их очень часто заменяют криволинейным внутренним очертанием в связи с образованием во многих случаях продольных трещин в местах сопряжения свода с прямыми стенами.
В породах, оказывающих на обделку значительное боковое давление, а также склонных к пучению, необходим замкнутый контур обделки с обратным сводом или усиленной плоской лотковой плитой.
При выборе материала для обделки необходимо исходить из наличия местных строительных материалов с учетом максимальной механизации процессов ее сооружения. Наиболее распространенными материалами для обделки являются бетон, железобетон и чугун. Монолитный бетон следует применять в труднодоступных районах, когда создание временной базы для изготовления элементов сборных конструкций экономически нецелесообразно, а также при сооружении тоннелей в скальных трещиноватых породах, разрабатываемых взрывным способом, при возведении обделки по частям, при щитовой проходке с прессованием бетона и в местах сложных сопряжений. Использование монолитного бетона для обделки также допустимо в районах с сейсмичностью 7-9 баллов по шкале Рихтера.
В зависимости от свойств горных пород, гидрогеологических условий и особенностей производства в сухих горных породах применяют обыкновенный портландцемент марок 300—500; в водоносных — пуццолановый и шлаковый; при большом притоке агрессивных вод — глиноземистый цемент. Улучшения качества бетона достигают введением пластифицирующих, поверхностно-активных или воздухововлекающих добавок. В целях исключения попадания в выработку воды применяют торкрет - или набрызгбетон.
Металл (в основном чугун) для обделки тоннелей применяют в тяжелых геологических и гидрогеологических условиях при круговом очертании обделки. Чугунные элементы (тюбинги) изготавливают обычно из обладающего высокой прочностью и устойчивостью против коррозии серого чугуна марок СЧ 21-40, СЧ 24-44 или СЧ 28-48.
Сборную железобетонную обделку изготавливают из блоков и тюбингов. Применяют бетон класса ВЗО—В45 при расходе цемента около 500 кг на 1 мЗ бетона и В/Ц «0,3.
Армирование сборных железобетонных конструкций (тюбингов и блоков) осуществляют сварными каркасами и сетками с контактной сваркой. Для рабочих стержней используют сталь горячекатаную периодического профиля классов АН и АШ, для остальных стержней — сталь горячекатаную круглую класса AI с комбинированной арматурой
При сооружении тоннелей в слабых породах применяют железобетонную обделку с комбинированной арматурой: жесткой наружной и гибкой внутренней. Наружная жесткая арматура в процессе проходки служит временным креплением, а в конструкции обделки — арматурным каркасом. Внутренняя арматура позволяет повысить прочность обделки, увеличить ее жесткость и снизить толщину конструкции.
Сборная обделка тоннелей имеет ряд преимуществ перед монолитной: более высокие несущую способность (при меньшей толщине) и качество обделки, монтируемой из элементов заводского изготовления, повышенную водонепроницаемость при условии надежной гидроизоляции стыков, значительное повышение уровня механизации строительства.
Собираемая из отдельных блоков или тюбингов обделка обеспечивает технологическую податливость конструкции и позволяет регулировать величину воспринимаемого горного давления в зависимости от свойств окружающих горных пород. Чаще всего сборная обделка имеет круговую форму, хотя применяют и подковообразную.
Чугунную обделку собирают из отдельных сегментов (тюбингов), соединяемых болтами. Для нагнетания за обделку тампонажного раствора в каждом тюбинге, кроме ключевого, предусмотрено отверстие в оболочке.
При сооружении тоннелей открытым способом обделка имеет обычно прямоугольную форму и состоит из лотка-фундамента, боковых стен и перекрытия. Плоское перекрытие используют при небольшой глубине заложения, а при высоте засыпки свыше 5 м целесообразно применение сводчатого.
При сооружении двухпутных тоннелей используют аналогичные конструкции с большими размерами. За счет промежуточной опоры можно облегчить вес конструкции и снизить расход материалов.
Конструкции пешеходных тоннелей выполняют сборными из стандартных железобетонных элементов, размер и вес которых назначают с учетом требований сборки и перевозки, а также действующих технических указаний [27].
Рассматриваемый объект – станция метро «Российская» Самарского метрополитена располагается в Октябрьском районе города Самара в границах улиц Луначарского, Скляренко, Автобусного проезда (Рис. 2).
Рис. 2. Карта расположения объекта
Станция имеет один выход с двумя павильонами на поверхности, один из которых располагается на пересечении Автобусного проезда и улицы Луначарского, а второй - ближе к углу завода Авиационных подшипников. Кассы станции располагаются в подземном переходе и отделены от зала с турникетами стеклянными дверьми.
Станция имеет существенное отличие от ранее построенных в Самаре. П ути проходят по центру станционного зала, что влечет за собой необходимость обустройства сразу двух платформ.
Станция «Российская» мелкого заложения, прокладываемая открытым способом с последующей засыпкой грунтом. Конструктивная схема типовой колонны станции представлена на рис. 3.
Рис. 3. Конструктивная схема типовой колонны
Станция изготовлена из сборных железобетонных блоков, которые монтировались в подготовленном котловане козловым краном снизу вверх. Сначала на подготовленное основание устанавливали фундаментные и лотковые блоки, затем стеновые элементы. Блоки омоноличивали, сваривая выпуски арматуры и бетонируя стыки. Затем устанавливали колонны, внутристанционные конструкции, продольные ригели и плиты перекрытия. В период монтажа все элементы надежно закреплялись.
|
|
|
