Logo name

Бескессонная проходка тоннелей (статья)



Материал из Энциклопедия нашего транспорта

Перейти к: навигация, поиск
Рис. 1. Схематический разрез на участке перехода тоннелей с глубокого на мелкое заложение: 1 — замораживающие скважины; 2 — воздухоподающие скважины; 3 — водопонижающие скважины; 4 — фильтры; 5 — насосы; 6 — контур тоннеля; 7 — лёдогрунтовое ограждение; 8 — пьезометрический уровень подземных вод; 9, 12 — водоупор; 10, 11 — водонасыщенные грунты
Рис. 2. Переходной участок трассы Калининского радиуса: А — трасса по техническому проекту, В — трасса, по которой сооружаются перегонные тоннели, Z — участок трассы с густой застройкой, насыщенный подземными коммуникациями. I—XIV — контуры герметизации грунтовых массивов (отсеки) по трассе тоннелей
Рис. 3. Устройство для замера уровня воды в отсеке, находящемся под давлением сжатого воздуха: 1 — нить; 2 — груз, не тонущий в воде; 3 — барабан; 4 — вентиль для перекрытия гидронаблюдательной скважины; 5 — гидронаблюдательная скважина; 6 — патрубок; 7 — крышка (с уплотнительным отверстием для пропуска нити), герметически перекрывающая торец патрубка; 8 — кронштейн для барабана

В ноябре 1977 г. строители Московского метростроя по проекту Метрогипротранса закончили сооружение перегонных тоннелей Рижского радиуса на переходном участке с глубокого заложения на мелкое с использованием нового способа проходки (авторское свидетельство № 559006), позволившего полностью отказаться от кессонных работ. На этом участке был накоплен практический опыт проходки перегонных тоннелей в обводнённых несвязных грунтах без сжатого воздуха и доказана большая перспективность его применения при строительстве метрополитенов и других подземных сооружений.

Успешное внедрение нового способа на Рижском радиусе позволило использовать его и на Калининском радиусе. В пределах перегона между станциями «Шоссе Энтузиастов» и «Перово» тоннели переходят с глубокого заложения на мелкое в наиболее сложных инженерно-геологических условиях (рис. 1). Гидростатическое давление на обделку при выходе тоннелей из толщи юрских глин в залегающие выше водоносные пески и моренные суглинки достигает 3 ати.

В соответствии с техническим проектом участок длиной 905 м предполагалось сооружать в кессоне при давлении сжатого воздуха до 2 ати. Гидростатическое давление намечалось снизить путём искусственного понижения уровня грунтовых вод глубинными насосами (38 шт.), расположенными по трассе тоннеля в шахматном порядке с шагом 15 м. Дебит каждой скважины был принят ориентировочно 10 м³/ч; расход сжатого воздуха на забой по расчёту составлял 200—250 м³/мин. Для ведения горнопроходческих работ двумя забоями с применением сжатого воздуха требовалось около 350 человек. В результате дополнительных изысканий и уточнения инженерно-геологических условий в рабочем проекте длину тоннелей, сооружаемых под сжатым воздухом, сократили до 795 м. Для сравнения следует отметить, что из всех ранее построенных кессонным способом перегонных тоннелей в Москве, только участок между станциями «Октябрьская» и «Ленинский проспект» Калужского радиуса был несколько длиннее — 810 м.

Трасса А (рис. 2) переходного участка Калининского радиуса в отличие от Рижского, где над тоннелями не было городской застройки, проходила по территории промышленной зоны с большим количеством зданий различного назначения и густой сетью подземных коммуникаций. В связи с этим бурение скважин для замораживающих колонок по периметру будущих лёдогрунтовых отсеков по новому способу практически не представлялось возможным. Пришлось вывести тоннели из-под застройки, изменив их положение в плане. Этот вопрос решался в период, когда на станциях «Шоссе Энтузиастов» и «Перово» широким фронтом велись горнопроходческие и строительные работы, что вызвало значительные трудности. Было разработано несколько вариантов новой трассы, из которых принят вариант В (см. рис. 2), удлинённый на 340 м. Такое решение позволило разместить в плане переходной участок вдоль проезжей части Зелёного проспекта, свободного от городской застройки, и обеспечить нормальные условия для выполнения всего комплекса буровых работ. К моменту изменения трассы ствол шахты, через который предусматривалось ведение горнопроходческих работ, был почти пройден, поэтому протяжённость подходных выработок к перегонным тоннелям увеличилась на 100 м.

В рабочих чертежах сооружения тоннелей по новой трассе переходной участок длиной 445 м разделили на четырнадцать отсеков (I—XIV) примерно равной длины. По контуру каждого отсека с целью герметизации создавали лёдогрунтовые стены, для чего бурили замораживающие скважины с заглублением их на 3 м в водоупорный слой. Верхним воздухоупорным слоем на всей длине участка служат коренные суглинки мощностью 4—8 м. Принятая замораживающая станция (холодопроизводительностью 1200 тыс. ккал/ч) позволяет замораживать одновременно от двух до трёх отсеков. Продолжительность герметизации одного отсека составляет 42—47 сут. В период проходки тоннеля отсек находится в режиме пассивного замораживания.

В отличие от Рижского радиуса объём воды в отсеке Калининского радиуса в 2—3 раза больше и составляет от 1,25 до 3,6 тыс. м³. Осушение каждого отсека намечено производить через три водопонизительные скважины, оборудованные глубинными насосами типа ЭЦВ-6. На осушение одного отсека потребуется 5—7 сут. при среднем дебите водопонизительной скважины от 8 до 12 м³/ч.

Имеющийся опыт применения нового способа позволил учесть в рабочих чертежах переходного участка Калининского радиуса некоторые дополнительные мероприятия, направленные на повышение его эффективности. Так, воздухоподающие скважины заглублены до водоупора и снабжены фильтрами, расположенными в нижних частях колонок. Это обеспечивает насыщение воздухом грунтового массива по всей его высоте через обсыпку вокруг скважин. Такой приём особенно необходим в тех случаях, когда обводнённая часть грунтового массива разбита пропластками супесей с низкой и весьма низкой водоотдачей, что может вызвать пульсирующий режим работы насосов с частыми остановками и включениями. Кроме этого, герметические перекрытия в устьях водопонизнтельных скважин снабжены устройствами для регулируемого выпуска воздуха из отсеков при откачке из них воды. Таким образом, поданный в отсек сжатый воздух, насыщая грунтовый массив, поступает в сторону наименьшего сопротивления к водопонизительной скважине и по кольцевому зазору между фильтровой трубой и водоотливным ставом через регулятор расхода выпускается в атмосферу, создавая в осушаемом массиве перепад давления между воздухоподающей и водопонижающей скважинами. Обратно пропорционально давлению воздуха в массиве формируется снижаемый в нём уровень воды с большим динамическим напором у водоотливной скважины. Перепад давления и направление движения воздуха (от воздухоподающей к водопонижающей скважине) вызывают резкое увеличение скорости фильтрации воды к водопонижающей скважине, обеспечивая этим постоянную подпитку и непрерывную стабильную работу водопонизительных средств до полного снятия остаточной воды над водоупором.

Принято также более удачное решение по замеру уровня грунтовых вод в период откачки воды из отсека при одновременной подаче в него сжатого воздуха. При осушении отсеков на Рижском радиусе применяли уровнемер УЭ-50, работа которого основана на принципе замыкания водой цепи между датчиком, опускаемым в скважину на изолированном проводе, и землёй (обсадной или фильтровой трубой). Момент касания датчиком воды в скважине фиксировался показанием шкалы миллиамперметра, вмонтированного в корпус прибора. Глубину уровня воды определяли по длине опущенного провода с метками через 1 м. Вмонтированная в корпус прибора батарея являлась источником питания. Уровнемер УЭ-50 компактен, прост в эксплуатации и является первым серийным образцом. Однако при наличии в грунтовом массиве сжатого воздуха в нижних частях гидронаблюдательных скважин образуется воздушно-водяная смесь, мельчайшие частицы которой, находясь во взвешенном состоянии, часто преждевременно замыкали цепь между датчиком и трубой, искажая фактическое положение уровня воды. В таких случаях, стравливая воздух, давление его в отсеке доводили до атмосферного и уровень воды замеряли хлопушкой.

Для Калининского радиуса Метрогипротрансом разработано более надёжное и сравнительно простое устройство для замера уровня воды в отсеке (рис. 3), принцип работы которого основан на прекращении движения нити, опускаемой в скважину с плавающим — нетонущим грузом на её конце. Момент прекращения перемещения нити фиксируется визуально. Глубину уровня воды определяют по длине опущенной нити, отсчитывая число витков (длиной по 0,5 м) и метки на барабане. Устройство состоит из стационарной и переносной частей. Первая из них включает вентиль, навёрнутый на верхний конец воздухоподающей трубы, и патрубок с кронштейном, ввёрнутый в вентиль. Свободный конец патрубка имеет нарезку. Вентиль стационарной части нормально закрыт. В переносную часть устройства входит барабан для нити и крышка с резьбой, имеющая уплотнённое отверстие для нити. При замере уровня воды, когда грунтовый массив в отсеке наполнен сжатым воздухом, барабан с нитью устанавливают на кронштейн и опускают груз в патрубок до перекрытого вентиля. Затем на торец патрубка навинчивают крышку и, вращая барабан, опускают груз до прекращения движения нити. Возвратно-поступательным покачиванием нити с грузом проверяют достоверность установившегося положения, после чего одновременно с поднятием груза отсчитывают число витков и доли метра по меткам на барабане. При грузе, поднятом до упора в крышку, вентиль плотно перекрывают, отворачивают крышку и вместе с барабаном переносят к следующей гидронаблюдательной скважине для замера в ней уровня воды.

В местах пересечения замораживающими контурами подземных коммуникаций, в том числе находящихся в коллекторах большого поперечного сечения, на Калининском радиусе изменили расположение замораживающих колонок так, что обеспечивается герметичность контура при расстоянии между ними в ряду 3 м и более. При разработке чертежей для переходного участка рассматривали и другие технические решения по герметизации грунтовых массивов обособленными контурами, направленные на снижение стоимости этих работ. Однако их не применили, так как оставшегося времени до пуска радиуса в эксплуатацию было недостаточно для их освоения.

Сооружение тоннелей на этом перегоне Калининского радиуса ведётся четырьмя обычными щитами навстречу один другому — к отсеку I на подъём и к отсеку XIV под уклон. Для демонтажа всех четырёх щитов в одном из последних отсеков под защитой замороженной кровли будет устроена демонтажная камера.

Новый способ сооружения тоннелей рекомендован к применению также на одном из сложных участков строящегося радиуса Ленинградского метрополитена.

Таким образом, успешное внедрение этого способа в практику строительства Рижского и Калининского радиусов Московского метрополитена позволяет сделать вывод, что в недалёком будущем он сможет практически полностью исключить применение кессонной проходки и в подавляющем большинстве случаев — сплошное замораживание грунтового массива.

Эффективность нового способа сооружения тоннелей очевидна. Главное преимущество его состоит в том, что условия для работающих в забое людей, по сравнению с кессонной проходкой, безвредны, благоприятны и ничем не отличаются от обычных при сооружении тоннелей в неустойчивых грунтах естественной влажности.

А. АБРОСОВ, Е. ВАСИЛЕНКО, инженеры

Источник

  • «Бескессонная проходка тоннелей», журнал «Метрострой», № 1, 1979


[1 наблюдающий участник] 
Эта страница последний раз была изменена 1 мая 2015 в 16:02, автор изменения — участник Энциклопедия нашего транспорта Anakin. В создании приняли участие: участник Энциклопедия нашего транспорта Workweek
info2008 ≤co-бa-кa≥ nashtransport.ru
«Наш транспорт» © 2009—2017
Rambler's Top100