Logo name

Геотехнический мониторинг при щитовой проходке наклонного тоннеля Санкт-Петербургского метрополитена (статья)



Материал из Энциклопедия нашего транспорта

Перейти к: навигация, поиск

Приведены результаты геотехнического мониторинга при строительстве эскалаторного тоннеля Санкт-Петербургского метрополитена по новой для мировой практики технологии — щитовой проходке. Выполнены исследования состояния системы «обделка — грунтовый массив» в части определения напряжённого состояния сборной железобетонной обделки, качества заполнения тампонажным раствором заобделочного пространства и деформаций дневной поверхности.

Комплекс осложняющих факторов, связанных с инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями, глубиной заложения линий метрополитена и плотной городской застройкой, заставляет наряду с усовершенствованием уже отработанных технологий искать и внедрять новые.

Одной из основных задач Петербургских метростроителей в настоящее время является достижение величин деформаций поверхности, при которых будет обеспечено безопасное поддержание существующих зданий и сооружений. Особо остро эта проблема стоит для исторической части города.

Технология строительства ряда подземных выработок в условиях Санкт-Петербургского метрополитена, обеспечивающая «безосадочную» проходку, уже была отработана. Но наибольшую сложность представляют эскалаторные тоннели, проходка которых в пределах мощной толщи четвертичных отложений с применением специальных способов вызывает весьма значительные осадки дневной поверхности.

Для строительства наклонного хода станции «Обводный канал» был применён ТПМК «Аврора» производства фирмы «Херренкнехт АГ». ТПМК представляет собой комплекс с системой грунтопригруза, способной поддерживать забой, уравновешивая давление грунта и воды, а также воздействовать на грунт посредством нагнетания химических реагентов.

Эскалаторный тоннель выполнен в сборной железобетонной обделке диаметром 10,4 м (рис.1), толщина блоков 500 мм. Блочная железобетонная обделка выполнена из водонепроницаемого бетона с резиновым уплотнением стыков. Для монтажа обделки использовался эректор. Соединение элементов кольца между собой и с ранее установленным кольцом осуществлено болтами. Заобделочное пространство заполнялось специальным водонепроницаемым двухкомпонентным быстротвердеющим раствором, смешивание которого осуществлялось в момент нагнетания в заобделочное пространство.

Рис. 1. Общий вид кольца блочной обделки наклонного тоннеля

В геологическом строении участка строительства на глубину до 43 м массив представлен четвертичными отложениями: насыпные грунты, супеси и суглинки различной консистенции. Ниже аргиллитоподобные глины тонкослоистые практически сухие.

До начала проходки были выполнены работы по устройству стартового котлована. Для обеспечения достаточного отпора на начальном этапе строительства вдоль оси тоннеля произвели закрепление грунтов по технологии струйной цементации Jet-сваями.

Рис. 2. Схема расположения датчиков в кольце обделки: 1 — датчики измерения поперечных напряжений (на внешнем и внутреннем контурах); 2 — датчики измерения продольных напряжений

Для определения особенностей работы системы «обделка — грунтовый массив» и технологических особенностей работы ТПМК были выполнены натурные исследования формирования напряжённо-деформированного состояния обделки, контроль деформаций дневной поверхности и качества заполнения заобделочного пространства тампонажным раствором.

На участке тоннеля, расположенного в четвертичных отложениях, датчиками было оснащено четыре кольца обделки. В каждом кольце датчики для определения нормальных тангенциальных напряжений и напряжений вдоль оси тоннеля размещены в четырёх блоках (рис.2). Применены струнные датчики ТБ-200.

Рис. 3. Кривые развития деформаций и нормальных тангенциальных напряжений в бетоне в блоке G кольца № 60

Датчики для определения нормальных тангенциальных напряжений были расположены на внешнем и внутреннем контурах блоков обделки; датчики вдоль оси тоннеля расположены на нейтральной линии блоков. Оснащение блоков датчиками было осуществлено на заводе «Метробетон».

В соответствии с полученными результатами определения нормальных тангенциальных напряжений были выявлены следующие закономерности.

Большая часть напряжённого состояния обделки (порядка 70…80 %) формируется в процессе введения кольца в работу — после нагнетания тампонажного раствора. После этого ещё в течение 2 недель напряжённое состояние увеличивается, а затем по разным кольцам и отдельным блокам отмечается различная картина: стабилизация напряжённого состояния, выравнивание напряжённого состояния между внешним и внутренним контуром или наоборот увеличение разницы этих напряжений (рис.3). В последнем случае уменьшение сжимающих напряжений на внешнем или внутреннем контуре в некоторых блоках переходит в растяжение.

Наблюдения в течение 4 месяцев показали, что нормальные тангенциальные напряжения в обделке зависят от глубины заложения рассматриваемого сечения. Так, в самом верхнем оснащённом датчиками кольце (рис.4) напряжения составляют 1…2 МПа, а в самом нижнем 6…8 МПа.

Рис. 4. Разрез наклонного хода ст. «Обводный канал» с размещением колец, оснащённый датчиками кривых деформаций на дневной поверхности

На рис. 5 показаны кривые развития напряжений вдоль оси тоннеля в одноимённых блоках А по всем четырём контролируемым кольцам.

Здесь можно отметить, что величина напряжений по всем кольцам не превышает 1 МПа. После монтажа колец и введения их в работу, напряжения продолжают возрастать в течение 2-3 недель. После окончания проходки тоннеля отмечается снижение продольных напряжений. Аналогичная картина наблюдается и в блоках Е, но с ещё большей интенсивностью. Там напряжения в конце марта составляют всего 0,1…0,2 МПа.

Рис. 5. Кривые развития напряжений вдоль оси тоннеля в блоках А всех контролируемых колец обделки

Исключение в общей картине развития напряжений вдоль оси тоннеля составляет кольцо 20, где в блоке А сразу после ввода кольца в работу формируются растягивающие напряжения и остаются таковыми в течение всего периода наблюдений.

Наблюдения за осадками на дневной поверхности выполнялись по грунтовым реперам. Была проложены три профильных линии (рис.6) — одна вдоль оси тоннеля и две поперёк. Измерения выполнялись при помощи тахеометра.

По результатам измерений были зафиксированы достаточно большие величины деформаций уже непосредственно при проходке. Так, к моменту окончания проходки наклонного хода на участке, где глубина заложения до шелыги свода составляет 1,5 диаметра тоннеля, деформации составили 74 мм (рис. 4). Ещё через три месяца деформации увеличились на 25 % и составили 95 мм.

Рис. 6. Схема наблюдательной станции при сооружении наклонного хода

Качество заполнения заобделочного пространства тампонажным раствором выполнялось методом сверхширокополосного зондирования специалистами НПФ «Геодизонд». Данный способ является разновидностью радиолокационного метода подповерхностного зондирования. Он включает в себя принцип работы импульсного радиолокатора-дальномера как способа сбора измерительной информации и методику идентификации подповерхностных структур как набора динамических систем с переменными в пространстве параметрами.

По данным проведённых исследований на большей части длины тоннеля выявлено наличие пустот за обделкой, общий характер которых показан на рис. 7.

Рис. 7. Интерпретация геофизических исследований качества заполнения заобделочного пространства тампонажным раствором

По элементам геотехнического мониторинга при проходке наклонного тоннеля по новой для условий Санкт-Петербургского метрополитена технологии (щитовым способом) получены следующие результаты:

— незначительные величины нормальных тангенциальных напряжений по периметру колец обделки, не превышающие 8 МПа, свидетельствуют о значительном запасе её несущей способности;

— вдоль оси тоннеля действуют незначительные сжимающие напряжения — до 1 МПа, которые с отходом забоя и после окончания проходки имеют тенденцию к уменьшению вплоть до нулевых значений;

— на дневной поверхности зафиксированы деформации дневной поверхности, превышающие расчётные величины более, чем в 2 раза. Через три месяца после окончания проходки деформации продолжают возрастать;

— после заполнения заобделочного пространства тампонажным раствором было выявлено наличие пустот.

Результаты геотехнического мониторинга позволили дать обоснованное заключение о несоответствии некоторых технологических параметров работы щита и возведения обделки основной задаче — достижении таких величин деформаций, при которых будет достигнуто безопасное поддержание существующих зданий на поверхности.

Строительство эскалаторного тоннеля станции «Обводный канал» пионерным способом было принято не случайно. Многолетняя задержка ввода в работу станции «Адмиралтейская» Санкт-Петербургского метрополитена связана с отсутствием до сегодняшнего дня технологии, при которой были бы сохранены здания на дневной поверхности, представляющие историческую ценность и стоящие под охраной государства.

Выявленные в процессе экспериментального строительства недостатки технологического и идеологического характера стали корректироваться ещё при строительстве тоннеля. Большую работу в данном случае выполнил ОАО «Мстрострой».

Полученный опыт строительства, принципиальное изменение контроля технологических параметров ведения щита и разработка мероприятий по предотвращению развития деформаций на их начальной стадии (непосредственно от контура тоннеля) позволяют уверенно говорить о безаварийном строительстве эскалаторного тоннеля станции «Адмиралтейская», проходка которого должна быть выполнена в 2010 году.

В. А. МАСЛАК, ген. директор, Россия, Санкт-Петербург, Ленметрогипротранс

К. П. БЕЗРОДНЫЙ, д-р техн. наук, Россия, Санкт-Петербург, Ленметрогипротранс

М. О. ЛЕБЕДЕВ, канд. техн. наук, Россия, Санкт-Петербург, Ленметрогипротранс

H.A. ЛАПТЕВ, зам. гл. инж., Россия, Санкт-Петербург, ОАО «Метрострой»

Источник

  • «Геотехнический мониторинг при щитовой проходке наклонного тоннеля Санкт-Петербургского метрополитена», журнал «Известия Тульского государственного университета. Науки о земле», № 2, 2010


[1 наблюдающий участник] 
Эта страница последний раз была изменена 1 мая 2015 в 18:43, 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