Logo name

Мы строим метро (книга, часть 4)



Материал из Энциклопедия нашего транспорта

Перейти к: навигация, поиск

Часть 3

Содержание

Совершенствование изготовления сборных железобетонных конструкций

В. С. Голубов
Г. В. Матвеев

Авторы В. С. ГОЛУБОВ, кандидат технических наук, лауреат премии Совета Министров СССР, Г. В. МАТВЕЕВ, инженер

За годы своей истории советское метростроение обогатилось огромным опытом конструктивных решений и методов проходки тоннелей. Выработались собственные традиции и в области технологии изготовления сборных железобетонных конструкций для подземных сооружений. По принципу использования, а следовательно, по технологии изготовления сборный железобетон для метро можно разделить на два типа: конструкции закрытого способа работ и конструкции открытого способа работ. Железобетонные конструкции закрытого способа работ характеризуются круговым очертанием сечений. Конструкции и геометрические размеры элементов обделок зависят от технологии горнопроходческих работ и от применяемого оборудования.

Жёсткие требования к постоянному креплению подземных выработок: точность размеров, прочность, трещиностойкость, водонепроницаемость, долговечность — обусловили применение чугунных тюбингов в качестве основного типа обдели. Создание равноценной обделки из сборного железобетона являлось сложной технической задачей, причём основные трудности были связаны с технологией заводского изготовления сборных элементов.

Впервые сборные железобетонные блоки для обделки тоннелей закрытого способа работ было решено применить в 1934—1937 гг. при строительстве первой очереди Московского метрополитена. Блоки изготовляли на заводе Мосметростроя в деревянных и металлических разборных формах в положении «на ребро». Все технологические операции выполнялись вручную. Технический уровень изготовления этих конструкций мало отличался от технического уровня работ по возведению обделки из монолитного железобетона.

В 1955—1956 гг. перед метростроевцами страны была поставлена задача резко сократить расход металла путём замены чугунной обделки сборной железобетонной. Это время можно считать периодом рождения индустрии сборного железобетона в отечественном метростроении. Сложность поставленной задачи состояла в необходимости в сжатые сроки не только отработать конструктивные решения сборных элементов, но и запроектировать и изготовить оборудование, обеспечивающее массовое производство блоков, построить производственные здания и сооружения. С этой задачей успешно справились московские, ленинградские, а затем и киевские метростроевцы.

Несмотря на конструктивные различия блоков, обусловленные инженерно-геологическими условиями строительства в Москве и в Ленинграде, основные технологические процессы тут и там решались одинаково. Процесс изготовления полностью сварных пространственных арматурных каркасов был расчленён на простейшие операции, которые выполнялись специализированными звеньями на определённых станках в строго установленном порядке. Блоки формовались из жёсткой бетонной смеси в неразъёмных сварных металлических формах, с немедленной распалубкой. Такая технология позволяла при небольших затратах на оснастку, в первую очередь на формы, в короткий срок наладить массовый выпуск блоков.

Изготовление блоков осуществлялось по поточно-агрегатной технологии, включающей следующие этапы. Бетонная смесь загружалась в очищенную и смазанную форму с установленным в ней арматурным каркасом, которая краном подавалась на вибростол. Далее укладывался пригруз и производилось виброуплотнение бетонной смеси. По окончании вибрирования пригруз снимали, на его место устанавливали поддон, прикрепляя его к форме. Последнюю при помощи крана поворачивали на 180°, транспортировали на место выдержки блоков и освобождали от блока, который оставался на поддоне до достижения прочности 150 кгс/см², а затем снимался с поддона и помещался в пропарочную камеру.

Проектная прочность бетона 600 кгс/см², применяемого для тонкостенных тюбингов Ленметростроя, достигалась применением сверхжёсткой бетонной смеси, интенсивного её виброуплотнения и шестисуточного твердения в камере влажностного вызревания при температуре 20—25 °C с орошением водой. Инженерно-геологические условия строительства Ленинградского метрополитена позволили широко использовать тонкостенные железобетонные тюбинги и совершенствовать технологические процессы их изготовления с немедленной распалубкой. Эта технология до настоящего времени с успехом применяется на заводе железобетонных конструкций и деталей Ленметростроя.

Ручная формовка блоков для тоннелей первой очереди Московского метрополитена

Технология изготовления блоков с немедленной распалубкой, освоенная Черкизовским заводом железобетонных конструкций Мосметростроя, позволила соорудить железобетонную обделку на многих участках Калужского, Фрунзенского и Ждановского радиусов Московского метрополитена. Однако опыт использования сборной железобетонной обделки на линиях московского метро показал, что в сложных инженерно-геологических условиях Москвы, при наличии обводнённых грунтов железобетонные элементы, изготовленные с немедленной распалубкой, не отвечают требованиям водонепроницаемости.

Разработанная в конце 50-х гг. унифицированная сборная железобетонная обделка из блоков сплошного и ребристого сечения с цилиндрическими стыками имеет несущую способность, обеспечивающую возможность её применения практически в любых условиях строительства перегонных тоннелей. В настоящее время она с успехом используется на строительстве всех метрополитенов страны. Работы по совершенствованию технологии изготовления этой обделки, повышению плотности и водонепроницаемости блоков проводились ЦНИИС, Мосметростроем, проектно-конструкторским бюро Главстроймеханизации. Отказ от технологии немедленной распалубки блоков после формирования и переход на тепловлажностную обработку (твердение) в формах позволил добиться более высоких качественных показателей.

Особенно большое развитие научно-исследовательские и опытные работы получили после ввода в эксплуатацию Очаковского завода железобетонных конструкций Мосметростроя, являющегося головным предприятием отрасли, на котором отрабатываются новые образцы оснастки и оборудования для выпуска сборного железобетона. Значительные изменения были внесены в конструкции форм. Созданы их модификации: одноместная с раздвижными и откидными бортами, двухместная неразъёмная, двухместная с откидными наружными и съёмными средними бортами, многоместная кассетная. Двухместная металлическая полуразъёмная форма для изготовления железобетонных блоков обделки тоннеля кругового очертания имеет жёсткие торцовые борта и два продольных, откидывающихся на 15°, а также съёмную перегородку. Опорная часть формы выполнена из листа с плоской ровной поверхностью, позволяющей применять вакуумное крепление к виброплощадке. По сравнению с одноместной рассматриваемая форма обеспечивает снижение трудозатрат на 25—30 % при формовании и распалубке изделий.

Для вибрационного уплотнения бетона в двухместных формах созданы виброплощадки УВ-10, УВ-20 (ударные грузоподъёмностью 10—20 т) с вакуумным креплением форм. Эти виброплощадки, разработанные отделением тоннелей и метрополитенов ЦНИИС совместно с Очаковским заводом железобетонных конструкций, выполнены в виде сварной рамы с вибровозбудителем, установленной на пружинных опорах. Верх рамы образован стальным листом, на котором смонтированы герметизирующее резиновое уплотнение в обойме и ударник. Благодаря уплотнению дно формы вместе с верхом рамы образует герметичную камеру, сообщающуюся с вакуумным баком, подключаемым к вакуум-насосу.

При создании в камере разрежения форма во время вибрации удерживается на раме виброплощадки и может быть прижата к ударнику. Конструкция виброплощадки позволяет регулировать параметры вибрации. Благодаря повышенной интенсивности уплотнения и увеличению жёсткости бетонной смеси расход цемента снизился на 10 %. Простота и надёжность конструкции обеспечивают минимальные эксплуатационные затраты. Уровень шума при работе виброплощадки — в пределах санитарных норм. Харьковские метростроевцы разработали вертикальную кассетную форму, обеспечивающую одновременное изготовление семи блоков.

Одной из наиболее сложных технологических операций при изготовлении блоков является расформовка. Вследствие сложной конфигурации элементов и малых уклонов рабочих бортов форм сила сцепления изделий с формой часто превышает величину её массы, а отсутствие монтажных петель ещё больше осложняет задачу.

Блоки обделки тоннелей первой очереди Московского метрополитена

В результате совершенствования распалубочных устройств кантовочно-распалубочные машины с гидравлическими выталкивателями, вакуумные и клещевые захваты были заменены расформовочными устройствами с гидравлическими усилителями. Такое устройство представляет собой объёмную металлическую траверсу с фрикционным захватом изделия. Оно оборудовано гидравлическим приводом с рабочим гидроцилиндром, шток которого заканчивается подъёмной серьгой крана, а рабочая полость соединена с полостями исполнительных отжимных гидроцилиндров.

Штоки исполнительных гидроцилиндров опираются на форму и оснащены возвратными пружинами, предотвращающими подъём траверсы до включения в работу фрикционного захвата. После установки расформовщика упоры его рычагов захватывают изделие, а штоки исполнительных гидроцилиндров, преодолевая сопротивление возвратных пружин, давят на форму, отрывая от неё расформовщик с изделием.

Выбором соотношения объёмов рабочего и исполнительных цилиндров можно получить практически любое значение расформовывающего усилия при заданной величине нагрузки на крюк крана. Аналогичный захват-распалубщик разработан также для двухместных форм. Он обеспечивает одновременную распалубку и транспортировку двух блоков, снятие и установку среднего борта.

Особенности технологических процессов организации и механизации производства работ при изготовлении сборных железобетонных обделок тоннелей метрополитенов, сооружаемых открытым способом, непосредственно зависят от конструктивных решений таких обделок, а также определяются возможностями индустриальной базы для их изготовления.

В 1956 г. на Черкизовском заводе железобетонных конструкций Мосметростроя были изготовлены сборные железобетонные перекрытия, которые впервые в практике отечественного метростроения установили на монолитные стены однопутных тоннелей и камеры съездов Фрунзенского радиуса Московского метрополитена. С 1958 г. начался серийный выпуск сборной железобетонной обделки для двухпутных перегонных тоннелей. С тех пор заводами освоено более шести серий таких конструкций, с сохранением вида членения на отдельные элементы заводского изготовления (восемь элементов в поперечном сечении), изменением в них лишь марок бетона и типов арматуры в зависимости от действующих нагрузок.

Железобетонные элементы изготовляются по поточно-агрегатной технологии в металлических формах с откидными бортами. Технологические операции производятся в такой последовательности: форма с изделием после тепловой обработки подаётся на пост формования, где производится распалубка изделия, затем форму очищают, смазывают и устанавливают в неё арматурные каркасы (сетки), которые частично свариваются на месте, далее борта закрывают и стягивают до проектных размеров. Бетонную смесь укладывают в форму с помощью бункера с челюстным затвором и уплотняют на вибростоле. После бетонирования форму переносят краном в пропарочную камеру для тепловлажностной обработки.

Аналогична технология изготовления сборных железобетонных конструкций колонных станций, сооружаемых открытым способом. Снижение трудоёмкости и рост производительности труда при изготовлении этих конструкций достигнуты за счёт совершенствования технологических процессов формования, бетонирования, вспомогательных работ, механизации отдельных операций (применение гибочных станков, многоточечных аппаратов контактной сварки, смазки форм и т. п.), использования новых мостовых кранов с улучшенными параметрами, ускорения оборачиваемости форм.

Современная ударно-вакуумная виброплощадка для формовки железобетонных тюбингов

Дальнейшая индустриализация строительства сдерживалась вследствие того, что масса сборных элементов была ограничена величиной 8—10 т. Перспективы перехода на крупногабаритные конструкции массой до 20 т появились после пуска Очаковского завода железобетонных конструкций Мосметростроя, два формовочных пролёта которого оснащены 30-тонными кранами и предназначены для выпуска железобетонных обделок перегонных тоннелей и станций, сооружаемых открытым способом.

На рубеже 70-х гг. совершенствование заводской технологии изготовления сборного железобетона позволило разработать и внедрить целый рад новых, прогрессивных конструкций для открытого способа работ, в том числе цельносекционную обделку перегонных тоннелей. Несмотря на то что опытная эксплуатация такой обделки на участках перегонных тоннелей в Москве на Фрунзенском (1958) и Ждановском(1964) радиусах показала её высокую эффективность, сложность массового изготовления секций была настолько велика, что этот технический барьер стал причиной временного прекращения работ по внедрению цельносекционной обделки в практику строительства.

В результате большого объёма исследований и опытных работ отделение тоннелей и метрополитенов ЦНИИС в содружестве с проектно-конструкторским бюро Главстроймеханизации и Очаковским заводом железобетонных конструкций создало принципиально новое оборудование для изготовления секций. Качественно новым этапом явилась разработка виброплощадки ВКТС-40 грузоподъёмностью 40 т.

Используя новый подход к формованию крупногабаритных тонкостенных железобетонных элементов, удалось создать виброустановку, технико-экономические показатели которой оказались выше, чем у аналогичного современного оборудования. Преимуществами виброустановки являются возможность получать интенсивную объёмную вибрацию по всему контуру формуемого элемента, отсутствие необходимости в специальном фундаменте, малая энергоёмкость, высокая конструктивная и технологическая надёжность. Достаточно отметить, что чистое время виброуплотнения секции объёмом 6,7 м³ составляет 2—3 мин. Бетон отформованных секций имеет высокие физико-механические характеристики по однородности, прочности, водонепроницаемости и т. п. Общий цикл формования секции длиной 1,5 м составляет 30—40 мин вместо 2—3 ч, требовавшихся на изготовление секции длиной 1 м для Ждановского радиуса. В 3 раза снизились трудозатраты.

Виброплощадка ВКТС-40 стала основой создания технологических линий, для которых разработаны новые металлические формы, грузозахватные приспособления, кондукторы для сборки пространственных арматурных каркасов и другая оснастка. Мощность специализированного технологического комплекса Очаковского завода железобетонных конструкций по выпуску цельносекционной обделки — более 1000 секций в год.

Используя новые возможности индустриальной базы метростроения, Метрогипротранс разработал для перегонных тоннелей, станций, пристанционных и притоннельных сооружений открытого способа работ новые, высокоэффективные типовые конструкции из элементов массой до 20 т, в том числе из объёмных цельносекционных элементов. Освоение выпуска этих конструкций означает качественно новый этап в строительстве метрополитенов открытым способом.

Заводы железобетонных конструкций московского Метростроя постоянно повышают качество и уровень заводской готовности сборного железобетона. Большие объёмы научно-исследовательских и опытно-экспериментальных работ предшествовали изготовлению обделки из фибробетона (опытные конструкции установлены на Серпуховском радиусе Московского метрополитена). Идут поиски оптимальных конструктивных решений трещиностойких обделок со связями закрытого способа работ. Ведутся исследования с целью повышения водонепроницаемости сборных элементов.

Для обделок станций и перегонных тоннелей глубокого заложения Очаковским и Черкизовским заводами железобетонных конструкций освоен серийный выпуск лотковых и предлотковых железобетонных блоков с металлоизоляцией. Выпуск этих блоков даёт значительное снижение расхода дефицитных материалов (стали, чугуна) при сооружении тоннелей и станций в сложных гидрогеологических условиях. Для повышения уровня заводской готовности цельносекционных обделок на Очаковском заводе железобетонных конструкций проводятся работы по выпуску секций с гидроизоляцией и её защитой. Опытные участки с такими секциями сооружены на Серпуховском и Замоскворецком радиусах Московского метрополитена.

В последние годы совершенствованием технологического оборудования и оснастки заводов железобетонных конструкций занимается конструкторско-технологическое бюро Главтоннельметростроя. Им разрабатываются новые типы виброплощадок, бетоноукладчиков, кантователей, пакетировщиков, оснастка для механизации арматурных работ, металлические формы нового типа с упругими и откидными бортами, пружинящими стенками и гибким поддоном.

Расширение географии строительства отечественных метрополитенов требует существенного увеличения объёмов производства сборного железобетона, а следовательно, и строительства новых заводов железобетонных конструкций, на которых должна применяться наиболее прогрессивная технология производства железобетонных блоков и использоваться передовой опыт, накопленный заводами железобетонных конструкций московского Метростроя.

Сооружение тоннелей способом пресс-бетона

В. А. Ходош
В. А. Иванов

Авторы В. А. ХОДОШ, главный инженер конструкторско-технологического бюро Главтоннельметростроя, кандидат технических наук, лауреат Государственной премии СССР, В. А. ИВАНОВ, главный конструктор проекта, лауреат Государственной премии СССР

Щитовая проходка тоннелей метрополитенов часто оказывается единственно возможным способом работ, так как она позволяет вести строительство в течение всего года, без раскрытия поверхности земли, нарушения уличного движения и подземного коммунального хозяйства, в большом диапазоне геологических и гидрогеологических условий.

Многие годы в мировой практике тоннелестроения щитовой способ проходки применялся только в сочетании с устройством сборной обделки тоннеля, то есть обделки, собираемой под защитой оболочки щита из отдельных элементов — чугунных или железобетонных, изготовляемых на заводах. После сборки каждого кольца щит обделки продвигается вперёд на величину, равную ширине кольца, при помощи гидроцилиндров, упирающихся в торец собранной обделки тоннеля.

Способ щитовой проходки тоннелей с возведением сборной обделки имеет ряд особенностей. Часть строительного процесса переносится на заводы, где изготовляются элементы обделки. При их монтаже под защитой оболочки щита наружный диаметр обделки оказывается меньше наружного диаметра щита. Образующийся зазор требуется заполнять нагнетанием цементно-песчаного раствора. В песчаных грунтах из-за их подвижности выполнить такое нагнетание, как правило, не удаётся, так как пустоты сразу же заполняются осыпающимся грунтом, а это приводит к осадке поверхности земли непосредственно за щитом.

На некотором расстоянии от забоя в тоннеле ведутся гидроизоляционные работы — контрольное нагнетание за обделку цементного раствора и чеканка швов между её элементами для создания герметичности. В коллекторных и гидротехнических тоннелях, как правило, приходится сооружать дополнительно внутреннюю железобетонную рубашку. По длине тоннеля образуется несколько самостоятельных производственных участков, последовательная работа которых обеспечивает готовность тоннеля для монтажа постоянных устройств.

В Советском Союзе и за рубежом совершенствование щитового способа проходки тоннелей направлено на устранение дополнительных операций и отдельных участков производства работ. В последние десятилетия внедряется способ щитовой проходки тоннелей со сборной обделкой, обжатой в породу. В этом случае после передвижки щита производится увеличение диаметра обделки до распора её в грунт с помощью специальных устройств. Ликвидируется зазор между обделкой и окружающей выработкой, то есть отпадает необходимость в первичном нагнетании цементно-песчаного раствора, снижается величина осадки поверхности земли. Однако этот способ пока широко применяется только в глинистых грунтах при проходке выработки правильного кругового очертания.

Накопление научных идей и практического опыта привело к разработке и внедрению новых технологических решений, определяющих дальнейший прогресс в технике тоннелестроения. В Советском Союзе разработана и внедрена в строительство метрополитенов принципиально новая технология сооружения тоннелей — с устройством монолитно-прессованной бетонной обделки (МПБО). Такая обделка формуется сразу за проходческим щитом из свежей бетонной смеси под давлением гидроцилиндров, продвигающих щит вперёд.

Предварительно бетонная смесь нагнетается в пространство, с наружной стороны ограниченное оболочкой щита, с внутренней — опалубкой, сзади — готовой тоннельной обделкой, а спереди — штампом — прессующим кольцом. После заполнения этого пространства щит продвигается вперёд, упираясь штоками гидроцилиндров через прессующее кольцо в бетонную смесь, которая под давлением прижимается к окружающему тоннельную выработку грунту, заполняя пространство, освобождаемое оболочкой щита. Таким образом исключается возможность подвижки грунта за щитом, а значит, и осадки поверхности земли.

Комплекс ТЩБ-7 для сооружения тоннелей способом пресс-бетона

Формуется монолитная бесшовная бетонная труба, плотно прижатая к грунту, окружающему тоннель. Наружный диаметр обделки получается больше диаметра щита или равным ему. Коренным образом изменяется процесс возведения тоннельной обделки — исключается первичное и контрольное нагнетание раствора за обделку, необходимые при устройстве сборной обделки, чеканка швов между её элементами, возведение внутренней железобетонной рубашки в случае строительства коллекторов и гидротехнических тоннелей. Отпадает также необходимость в организации заводской базы для изготовления элементов сборной обделки, исключаются затраты труда и средств на производство этих элементов, их доставку и монтаж в тоннеле.

В случае использования МПБО все проходческие работы, в отличие от проходки со сборной обделкой, сосредоточиваются вблизи зоны забоя. Проходческий комплекс оставляет за собой тоннель, полностью подготовленный к монтажу постоянных устройств и укладке верхнего строения пути метрополитена. При такой технологии стоимость основных проходческих работ по сравнению с сооружением тоннеля со сборной обделкой щитовым способом снижается на 20—30 %, их трудоёмкость — на 15—20 %, а экономия металла на 1 пог. м тоннеля достигает 200 кг.

Сооружение тоннелей с МПБО позволяет исключиить или значительно уменьшить осадку поверхности земли, а это даёт возможность предохранить от повреждений городскую застройку вдоль трассы тоннеля без проведения дополнительных дорогостоящих мероприятий, во многих случаях отказаться от перекладки подземных городских коммуникаций. Иногда этот метод может быть альтернативой строительства тоннелей мелкого заложения открытым способом, применение которого часто приводит к нарушению нормальных условий жизни города.

В практику строительства внедрено два типа проходческих комплексов: для сооружения тоннелей с МПБО в песчано-глинистых грунтах и для проходки в устойчивых грунтах, которые разрабатываются роторными механизированными щитами. В последнем случае при перемещении щита возникают сравнительно небольшие усилия, и для прессования бетонной смеси применяются дополнительные упорные устройства в виде распорных колец, разжимаемых в стены выработки. Проходческие комплексы типа ТЩБ, созданные на основе советских изобретений, позволили впервые в мире осуществить промышленное внедрение технологии сооружения тоннелей с МПБО.

Первым объектом, где успешно применили новую технологию, было строительство в 1964—1965 гг. в Москве коллектора реки Неглинной. Внутренний диаметр обделки составлял 3,5 м, наружный — около 4,1 м. Проходческий комплекс ТЩБ-1 был разработан институтом Метрогипротранс в творческом содружестве с ЦНИИС Министерства транспортного строительства СССР. Создание и внедрение новой технологии потребовало высокой отдачи творческих сил, энергии, а зачастую и определённого инженерного риска от коллектива учёных, конструкторов, строителей.

Путь внедрения был нелёгким, так как комплекс испытывался и доводился на трудном участке тоннеля, в условиях, когда решение технологических и конструкторских вопросов часто значительно опережало научные исследования. Все трудности преодолевались непосредственно на месте работ. Настойчивость, целеустремлённость, творческий подход к делу строителей, особенно начальника строительства инженера Л. Д. Вергасова, во многом определили успех освоения новой технологии.

На этом объекте были отработаны конструкции прессующего устройства, способы ведения щита, приёмы работы, состав и консистенция бетонной смеси, способы её транспортировки и подачи в заопалубочное пространство. В 1965 г. строительство коллектора было закончено. Пройдено 540 м тоннелей с МПБО в неустойчивых песках естественной влажности с прослойками супесей и суглинков. Проходка велась в густро застроенной центральной части города. Мероприятия по укреплению зданий, связанные с переселением жителей и переводом учреждений, были отменены.

Опыт, полученный при проходке коллектора, позволил институту Метрогипротранс разработать комплекс для проходки тоннелей метрополитена с МПБО в песчано-глинистых грунтах естественной влажности. Конструктивные решения и состав комплекса были аналогичными принятым и отработанным на коллекторном комплексе, однако было необходимо учесть масштабный фактор: ведь если диаметр обделки коллектора в свету составлял 3,5 м, то тоннель метрополитена имел диаметр 5,2 м.

Испытания проходческого комплекса ТЩБ-5,9, изготовленного Московским механическим заводом Главтоннельметростроя, проводились на строительстве Краснопресненского радиуса Московского метрополитена при проходке правого перегонного тоннеля между станциями «Октябрьское Поле» и «Щукинская», в песчаных грунтах естественной влажности с включениями глинистых грунтов и валунов. В процессе этих испытаний были решены сложные технические вопросы, связанные с отработкой технологии возведения МПБО в тоннеле большого диаметра. Сотрудничество конструкторов Метрогипротранса, работников завода-изготовителя и коллектива участка СМУ-8 Мосметростроя, возглавляемого Е. А. Черненко, позволили преодолеть все трудности и успешно завершить в 1971 г. строительство тоннеля длиной 1800 м.

Максимальная достигнутая скорость составила 96 пог. м готового тоннеля за 22 рабочих дня. Полученная обделка имела прочность 400 кгс/см², образцы из выломки обделки были водонепроницаемым при 2 атм. Трудовые затраты на 1 пог. м тоннеля, включая работы по приготовлению и доставке бетонной смеси, составили 38,8 чел.-ч. Была ещё раз подтверждена возможность исключения осадки поверхности земли позади щита.

Тоннель в процессе сооружения способом пресс-бетона

Первый опыт сооружения тоннеля метрополитена в устойчивых грунтах был получен на строительстве Тбилисского метрополитена при разработке забоя механизированным щитом 105Т. Вначале прессование бетонной осуществлялось гидроцилиндрами с упором в забой. Позднее институтом Метрогипротранс было спроектировано, а Московским механическим заводом изготовлено новое оборудование — комплекс ТЩБ-105Т, с двумя распорными кольцами, позволяющий возводить в устойчивых грунтах МПБО независимо от разработки забоя.

Комплекс ТЩБ-105Т был внедрён в 1968—1969 гг. при проходке правого перегонного тоннеля между станциями «300 арагвинцев» и «Исани» на криволинейном участке трассы радиусом 500 м. Максимальная скорость проходки достигала 102 пог. м в месяц. Успешно освоить новое оборудование во многом удалось благодаря творческому труду строителей и механизаторов, таких, как, например, механик участка Р. К. Челидзе. Тоннель за проходческим комплексом впервые возводился с плоской лотковой частью. С 1972 г. проходческим комплексом с одним распорным кольцом ТЩБ-2, спроектированным также институтом Метрогипротранс, в глинистых малоустойчивых породах строился с МПБО участок одного из гидротехнических тоннелей Большого Ставропольского канала. На основе этой же технологической схемы были созданы новые комплексы ТЩБ-3 для сооружения тоннелей Пражского метрополитена на участке линии , проходящем под руслом реки Влтавы. Оборудование было успешно внедрено при техническом содействии советских специалистов. ЧССР стала второй страной, где освоен метод сооружения тоннелей с МПБО. В 1978 г. на Ясиноватском машиностроительном заводе началось серийное изготовление проходческих комплексов ТЩБ-7, созданных на базе опытного образца ТЩБ-5,9, отработанного на строительстве Московского метрополитена. За два с половиной года заводом было выпущено семь комплексов, что позволило начать широкое внедрение технологии сооружения тоннелей с МПБО на строительстве новых метрополитенов в Минске и Горьком. В Горьком, где работает четыре комплекса, примерно 50 % всех перегонных тоннелей строится с МПБО (в Минске, где работает два комплекса, — 25 %). На проходке с использованием серийных комплексов в Горьком уже достигнут максимальный темп работ — 134 пог. м в месяц. Тоннели с МПБО продолжают строить и в Москве.

Накопленный в последние годы опыт послужил основой для разработки новой технологии возведения МПБО с повышенной водонепроницаемостью и создания нового проходческого оборудования. Их применение позволит значительно увеличить темп проходки тоннелей. Новые разработки были начаты в Метрогипротрансе и продолжаются конструкторско-технологическим бюро Главтоннельметростроя.

Сущность новых предложений заключается в том, что в проходческий щит как его элемент введена формующая опалубка, продольная ось которой параллельна оси щита. Опалубка установлена на внутренней опоре, закреплённой в корпусе щита, и имеет возможность передвигаться в продольном направлении при помощи гидроцилиндров. Позади формующей опалубки передвигаются секции поддерживающей опалубки, а бетонная смесь подаётся в заопалубочное пространство через отверстие в формующей опалубке. Такое усовершенствование технологии позволяет ещё более повысить качество МПБО и увеличить шаг заходки при возведении обделки с 600 мм до 750 мм. Комплекс нового поколения ТЩФ-1 заменит комплексы ТЩБ-7. В одиннадцатой пятилетке его начнёт серийно выпускать Ясиноватский машиностроительный завод. При работе комплекса будут исключены трудоёмкие операции по разборке, перестановке и сборке секций опалубки, которые занимают почти треть времени цикла и требуют затрат ручного труда.

Разработка и внедрение прогрессивного способа сооружения тоннелей с монолитно-прессованной бетонной обделкой являются крупным техническим достижением советских учёных и инженеров.

Проходка тоннелей в неустойчивых обводнённых грунтах без кессона

А. А. Абросов
Е. А. Василенко
П. С. Исаев
Г. Н. Сазонов

Авторы А. А. АБРОСОВ, инженер, Е. А. ВАСИЛЕНКО, инженер, П. С. ИСАЕВ, инженер, Г. Н. САЗОНОВ, кандидат геолого-минералогических наук

Сооружение тоннелей в толще водонасыщенных неустойчивых грунтов, как, например, на переходных участках от глубокого заложения к мелкому или при прохождении трассы под реками и в зонах размывов, связано с необходимостью решения комплекса весьма сложных проблем. В подобных случаях проходка тоннелей возможна лишь при использовании различных специальных мероприятий, обеспечивающих повышение устойчивости грунтов либо путём их осушения (искусственное водопонижение, кессонная проходка), либо за счёт изменения их физико-механических свойств (химическое закрепление, искусственное замораживание и т. п.).

В практике отечественного метростроения при сооружении тоннелей в сложных гидрогеологических условиях нередко применяется кесссонный способ проходки. Обычно его используют как крайнюю меру на участках, где неосуществимо водопонижение, а плотная городская застройка исключает возможность массового бурения скважин для искусственного замораживания массива грунтов в зоне проходки.

Кессонная проходка широко применялась при строительстве метрополитенов в Москве, Ленинграде, Киеве, Баку, Харькове, а также во многих городах за рубежом. Однако не случайно этот способ проходки рассматривается лишь в последнюю очередь, как наименее приемлемый. Ведь в призабойной зоне приходится создавать избыточное воздушное давление для отжатия воды и осушения грунта, а работа в забое с повышенным давлением неблагоприятно влияет на организм человека. Кессонные работы, особенно при значительном давлении, характеризуются низкой производительностью труда вследствие большой утомляемости работающих в зоне сжатого воздуха, а также из-за неизбежных непроизводительных потерь рабочего времени на шлюзование. Повышенное содержание кислорода в атмосфере кессона создаёт пожароопасность.

Кессонную проходку начали применять ещё на первой очереди строительства Московского метрополитена, в случаях, когда другие способы проходки оказывались неприемлемыми. Кессонный способ был принят строителями для проходки не только шахтных стволов, но и перегонных тоннелей. В частности, на участке между станциями «Комсомольская»«Красные Ворота» кессонная проходка велась в вертикальном (опускание секций тоннеля длиной 25 м) и горизонтальном направлениях. Почти одновременно кессонным способом сооружали переходную камеру на перегоне «Охотный Ряд»«Библиотека имени Ленина» и щитовую камеру на перегоне «Охотный Ряд» — «Дзержинская».

Успешное применение кессонного способа проходки на строительстве первой очереди Московского метрополитена повлекло за собой его использование в весьма сложных гидрогеологических условиях при сооружении линий следующих очередей. С каждым годом кессонная проходка совершенствовалась — после возведения первой очереди Московского метрополитена тоннели сооружали только с применением щита. Отрабатывались трудоёмкие процессы и технология, увеличивались скорости проходки. Опыт не проходил бесследно — проектировщики и строители вели непрерывный поиск технических решений, которые могли бы частично или полностью исключить применение сжатого воздуха при строительстве первой очереди Московского метрополитена.

Были начаты опытные работы по замораживанию грунтов, причём объёмы таких работ интенсивно нарастали. Но масштабы применения кессонного способа на второй очереди строительства Московского метрополитена по сравнению с первой очередью оставались прежними. Продолжались настойчивые поиски улучшения условий труда при кессонной проходке. Так, при проходке тоннелей на перегоне «Ленинские горы»«Университет» было осуществлено лишь незначительное повышение давления воздуха в кессоне для осушения грунта в нижней части забоя. Эта, казалось бы, небольшая модификация привела к улучшению условий труда в забое, позволила повысить производительность, а также скорость проходки, которая в ноябре 1958 г. достигла 173 пог. м. Такую скорость кессонной проходки следует считать выдающимся достижением в практике сооружения тоннелей метрополитена.

Однако недостатки способа требовали поисков новых методов, изыскания более эффективных и безопасных способов проходки. Первым опытом в этом направлении была проходка тоннелей на переходном участке тоннеля перегона «Баррикадная»«Улица 1905 года», который сооружался в 1971—1972 гг. (начальник СМУ В. З. Замалдинов, главный инженер П. С. Исаев, ныне главный инженер Управления Мосметростроя). Сущность нового технического решения, разработанного институтом Метрогипротранс, состояла в том, что водонасыщенный грунтовый массив с низкой водоотдачей, в котором предстояло пройти тоннели, был оконтурен по длине и с торцов льдогрунтовыми стенами, заглублёнными до подстилающего водоупора. Оконтуренный массив осушали путём откачки из него грунтовой воды, после чего вели проходку тоннелей. Эффективность нового технического решения подтвердилась, однако проектировщиков и строителей не удовлетворяло то, что после осушения грунтового массива обычными средствами на водоупоре оставалась достаточно мощная толща обводнённого грунта, создававшая трудности при проходке тоннелей.

В 1973 г. улучшенное техническое решение было применено при проходке перегонных тоннелей между станциями «Щукинская» и «Тушинская», где на подходах к каналу имени Москвы для обеспечения надёжной проходки было выполнено с поверхности контурное замораживание водоносных песков с созданием льдогрунтовых стен. Последние разделили зону проходки на ряд отсеков, внутри которых устраивались водопонизительные скважины для откачки воды и осушения грунта.

Режим откачки воды был типичным для ограниченного по площади водоносного пласта — через короткое время после включения насоса дебит скважины уменьшался в десятки раз. Быстрое формирование депрессионной воронки в отсеке сопровождалось уменьшением зоны высачивания у фильтра, что и вызывало резкое сокращение притока воды в скважину. Поэтому откачку из отсека приходилось вести в пульсирующем режиме: откачка — восстановление уровня — откачка и т. д.

Несмотря на то что откачка проводилась из песков с хорошей водоотдачей, пульсирующий режим определил значительный срок производства этих работ — около 20—30 суток. Однако полного осушения отсека осуществить не удалось, и высота остаточного столба воды на водоупоре составила 2—3 м, что вызвало дополнительные трудности при горных работах. Для откачки воды с помощью описанной технологии из супесей, глинистых песков и других грунтов с низкой водопроницаемостью понадобилось бы несколько месяцев.

Требовалось дальнейшее совершенствование метода с целью уменьшения остаточного слоя воды на водоупоре. Группа проектировщиков и строителей в составе инженеров А. А. Василенко, Ю. А. Кошелева, В. А. Алихашкина, П. А. Васюкова, И. Е. Василенко, А. А. Абросова, Н. Г. Сазонова, Г. В. Молодцова и В. В. Сидорцева нашла необходимое решение. В 1976—1977 гг. оно было внедрено при строительстве Рижского радиуса на перегоне «ВДНХ»«Ботанический сад».

Участок выхода перегонных тоннелей с глубокого заложения на мелкое оказался весьма сложным в инженерно-геологическом отношении. Сооружение тоннелей предстояло вести в массиве со сложным чередованием суглинков, водоносных песков и супесей, а также под руслом реки Яузы. Так как взаимное расположение водоупорных и водоносных грунтов было крайне неблагоприятным, а водоносные грунты имели очень низкую водопроницаемость, осушить массив в зоне проходки существующими средствами водопонижения было практически невозможно. В подобных условиях могли быть осуществлены только кессонная проходка, при которой для отжатия воды от забоя следовало создать давление сжатого воздуха до 3 ати, либо сплошное искусственное замораживание массива грунтов.

В первоначальном проекте на этом участке на протяжении 710 м предусматривалось применение кессонной проходки с частичным водопонижением, что позволило бы снизить давление сжатого воздуха в кессоне до 2 ати. На подходах и под руслом реки Яузы на отрезке длиной 270 м, где отсутствовал верхний воздухоупорный слой, было запроектировано создание сплошного искусственно замороженного массива. Однако на стадии рабочего проекта проектировщики и строители разработали новые технические решения, осуществили дополнительные проработки и расчёты, благодаря чему удалось успешно соорудить перегонные тоннели без применения кессона и сплошного замораживания массива. На основе более детальных инженерно-геологических изысканий и опытных работ по водопонижению было предложено изменить трассу перегонных тоннелей в профиле, за счёт чего длину переходного участка, где было решено применить новый способ проходки, удалось сократить до 312 м.

Сущность способа состоит в том, что с целью повышения эффективности осушения грунтового массива его герметизируют со всех сторон вокруг тоннеля. Затем в верхнюю его часть непрерывно подают сжатый воздух и при этом ведут откачку грунтовой воды из нижней части массива. Отличительной особенностью способа является также и то, что герметизация массива достигается либо путём создания льдогрунтовой оболочки, либо благодаря использованию водоупорных естественных слоёв.

На первом этапе реализации нового способа на Рижском радиусе Московского метрополитена участок длиной 312 м на 10 примерно одинаковых по размерам зон. По контуру каждой из них создали льдогрунтовую стену. С этой целью бурили скважины с заглублением в водоупорные слои ниже тоннелей. Скважины оборудовали колонками для проведения искусственного замораживания грунтов. Таким образом, по трассе создавался ряд «герметичных» отсеков, внутри которых должны были сооружаться перегонные тоннели.

Контурное замораживание грунта на участке тоннеля Рижского радиуса

Первые пять отсеков представляли собой искусственные короба с льдогрунтовыми стенами, верхним воздухоупорным перекрытием в виде моренных суглинков и днищем в виде юрских глин или также моренных суглинков. В следующих пяти отсеках, где естественный верхний воздухоупорный слой отсутствовал, устраивалось искусственное перекрытие в виде льдогрунтовой плиты. Для этого по всей площади отсеков с поверхности бурили короткие, с заглублением на 2 м ниже уровня грунтовых вод, замораживающие скважины. В десятом отсеке, расположенном под рекой Яузой, замораживающие скважины бурили с временного моста, передвигавшегося вдоль русла реки.

Второй этап работы заключался в создании благоприятных условий для проходки тоннелей внутри отсеков, то есть в осушении грунтов, которые имели преимущественно низкую водопроницаемость. При использовании обычных приёмов откачки осушение подобных грунтов потребовало бы немало времени. Кроме того, оставался бы неосушенным слой грунтов над водоупором — так называемый остаточный столб воды, при наличии которого проходка была бы затруднена и небезопасна, особенно в момент выхода щита из юрских глин в вышележащие обводнённые супеси.

Поскольку водопроницаемость пород внутри отсеков повышать практически невозможно, требовалось искусственно увеличить скорость фильтрации грунтовых вод. Найденное решение заключалось в том, чтобы откачивать воду из отсека с одновременной подачей в осушаемый пласт сжатого воздуха для ускорения процесса осушения. С этой целью каждый отсек оборудовался водопонизительными и воздухоподающими скважинами. Количество тех и других назначалось исходя из конкретных гидрогеологических условий отсека.

Водопонизительные скважины предназначались для откачки воды из отсека, воздухоподающие — для подачи сжатого воздуха в осушаемый пласт с целью ускорения процесса осушения. Нагнетаемый через воздухоподающие скважины в отсек сжатый воздух создаёт повышенное пластовое давление, газирует воду в зоне скважин и образует газожидкостную смесь. Воздух частично растворяется в воде, а также находится в смеси в виде мельчайших газовых пузырьков, которые увеличивают упругость смеси и повышают активность её перемещения.

Нагнетание воздуха в отсек не только интенсифицировало откачку воды, но и стабилизировало работу водопонизительных скважин. После подачи в отсек сжатого воздуха продолжительность работы насосов со стабильным расходом воды увеличивалась в 5—10 раз. Без подачи сжатого воздуха поступление воды в водопонизительные скважины практически прекращалось через 10—12 ч. В таком случае для полного осушения отсека потребовалось бы провести 20—25 циклов откачки и понадобилось бы 25—30 суток. Подача сжатого воздуха способствовала установлению такого режима работы скважин, который позволял осушить отсек в один приём за 5—6 суток. Не менее важно, что этот способ позволил исключить сплошное замораживание массива грунтов на подходах к реке Яузе и под её руслом, значительно сократить объём замораживания на всём участке и улучшить благодаря этому условия труда проходчиков.

В период освоения нового способа на Рижском радиусе Московского метрополитена был не только накоплен практический опыт сооружения перегонных тоннелей в обводнённых несвязных грунтах без применения сжатого воздуха, но и доказана большая перспективность этого способа при строительстве как метрополитенов, так и других подземных сооружений. По существу, участок внедрения нового способа был превращён в производственную лабораторию, усилиями которой (при участии проектировщиков и строителей) способ был полностью отработан и подготовлен к применению его на других радиусах строительства метрополитена.

Успешное использование способа позволило принять решение о его применении и на переходном участке Калининского радиуса Московского метрополитена, между станциями «Шоссе Энтузиастов» и «Перово». В пределах этого перегона тоннели выходят с глубокого заложения из толщи юрских глин на мелкое, в пласты водоносных песков и моренных суглинков.

В соответствии с техническим проектом тоннели переходного участка на длине 905 м предполагалось сооружать в кессоне при давлении сжатого воздуха до 2 ати. Для ведения горнопроходческих работ в двух забоях с применением сжатого воздуха требовалось около 350 человек. Пересмотр проекта начали с изменения трассы, с тем чтобы вывести тоннели из зоны плотной застройки и густой сети подземных коммуникаций. Хотя новый вариант по сравнению с первоначальным предусматривал удлинение трассы на 340 м, однако тоннели переходного участка в плане удалось разместить вдоль проезжей части Зелёного проспекта, свободного от городской застройки. Это обеспечило нормальные условия для выполнения всего комплекса буровых работ, необходимых для герметизации грунтовых массивов по трассе отдельными отсеками.

Переходный участок длиной 445 м был разделён на 14 отсеков примерно равной длины. По каждой из сторон отсеков с целью их «герметизации» создавались льдогрунтовые стены, для чего по контуру бурились замораживающие скважины с заглублением в водоупорный слой на 3 м. Роль верхнего воздухоупорного слоя на всей длине участка выполняли коренные суглинки мощностью от 4 до 8 м. Продолжительность «герметизации» одного отсека составляла 50—55 суток.

Объём воды в грунте каждого отсека участка Калининского радиуса по сравнению с участком Рижского радиуса был в 2—3 раза больше и составлял от 1,25 тыс. м³ до 3,6 тыс. м³. Осушение каждого отсека производилось путём откачки грунтовых вод из трёх водопонизительных скважин, оборудованных глубинными насосами типа ЭЦВ-6. Один отсек осушали за 12—15 суток при среднем дебите водопонизительной скважины от 8 до 12 м³/ч.

Опыт внедрения нового способа сооружения тоннелей в обводнённых неустойчивых грунтах на переходном участке Рижского радиуса позволил учесть в рабочих чертежах переходного участка Калининского радиуса некоторые дополнительные мероприятия, направленные на повышение эффективности способа. Так, воздухоподающие скважины были заглублены до водоупора и снабжены фильтрами, расположенными в нижних частях колонок. Это обеспечивало насыщение грунтового массива воздухом по всей его высоте через обсыпку вокруг скважин. Такой режим насыщения массива воздухом особенно необходим в тех случаях, когда обводнённая часть массива перемежается пластами супесей с низкой и весьма низкой водоотдачей, что может вызвать пульсирующий режим работы насосов, большое количество их остановок и включений.

Герметичные перекрытия в устьях водопонизительных скважин были снабжены устройствами для регулируемого выпуска воздуха из отсеков при откачке из них воды. Поданный в отсек сжатый воздух, насыщая грунтовый массив, двигался в сторону наименьшего сопротивления — к водопонизительной скважине — и по кольцевому зазору между фильтровой трубой и водоотливным ставом через регулятор расхода стравливался в атмосферу, создавая в осушаемом массиве перепад давления между воздухоподающей и водопонижающей скважинами.

В местах пересечения замораживающими контурами подземных коммуникаций, в том числе размещённых в коллекторах с большими поперечными сечениями, по-новому был решён вопрос расположения вблизи них замораживающих колонок при расстоянии между ними в ряду 3 м и более. Сооружение тоннелей на этом перегоне велось четырьмя обычными щитами навстречу один другому, к первому отсеку — на подъём и к четырнадцатому — под уклон.

Опыт использования нового способа проходки неустойчивых обводнённых грунтов показал его высокую эффективность. Главное преимущество способа состоит в том, что условия труда людей, находящихся в забое, безопасны и безвредны, в отличие от условий труда при кессонной проходке. Таким образом, опыт проектирования и результаты внедрения нового способа на эксплуатируемых Рижском и Калининском радиусах, а также на строящихся Серпуховском и Замоскворецком радиусах Московского метрополитена позволяют сделать важные выводы о возможности исключения из практики тоннелестроения не только кессонной проходки, но и сплошного замораживания во всех случаях, когда условия городской застройки позволяют выполнить бурение скважин с поверхности для герметизации грунтового массива льдогрунтовыми стенами, откачки воды из него с одновременным нагнетанием сжатого воздуха при необходимом контроле за операциями замораживания и осушения.

Проходка шахтных стволов на современном уровне

Х. И. Абрамсон
Э. В. Сандуковский

Авторы Х. И. АБРАМСОН, Э. В. САНДУКОВСКИЙ, кандидаты технических наук, лауреаты Государственной премии СССР

В формировании комплекса подземных сооружений метрополитена глубокого заложения важное место занимают шахтные стволы. В отличие от других сооружений метрополитена они выполняют как строительные, так и эксплуатационные функции. В период строительства линий метрополитена шахтные стволы являются главными транспортными магистралями, через которые осуществляются доставка с поверхности материалов и оборудования для тоннельных работ, поступление из тоннельных забоев разработанной породы, а также спуск и подъём людей, работающих в тоннелях.

После завершения строительства подавляющее число стволов становится вентиляционными шахтами, лишь некоторые предназначаются только для целей строительства. Эти обстоятельства обусловливают жёсткие требования к качеству шахтных стволов, характеризуемому в основном состоянием крепи, то есть её долговечностью, надёжностью и водонепроницаемостью.

Особенностью шахтных стволов для метро, в отличие от шахтных стволов для горных предприятий, находящихся на свободных территориях вдали от крупных городов, является их непосредственная близость к зданиям и сооружениям, подчас размещение в зонах с густой сетью подземных инженерных коммуникаций, обеспечивающих жизнедеятельность целых районов многомиллионного города. Эта особенность диктует специальные требования к обеспечению надёжности способа работ.

Основным фактором, определяющим способ сооружения шахтного ствола и степень сложности производства работ, является гидрогеология проходимых горных пород. Геологическое строение и гидрогеологический режим подземной Москвы исключительно сложны. На отдельных стволах приток воды в забой составлял 300—500 м³/ч, в одном случае он достигал 2 тыс. м³/ч.

Оценивая 50-летний опыт московского Метростроя в области сооружения шахтных стволов, в первую очередь следует отметить, что в этой отрасли горностроительного производства непрерывно совершенствовались методы и технология работ. За годы строительства метро в Москве были применены все известные в технике подземного и шахтного строительства специальные способы сооружения шахтных стволов. В ряде случаев эти способы использовались в отечественной практике впервые. Если же некоторые из них и применялись ранее при сооружении стволов на угольных и рудных шахтах, то весьма ограниченно.

В числе специальных способов, применявшихся московским Метростроем, были следующие: кессон, опускной колодец, шпунтовое ограждение, предварительное замораживание пород, укрепление пород путём цементации и битумизации, водопонижение, проходка вертикальным щитом, бурение ствола на полное сечение, погружение крепи в тиксотропной рубашке. На основе этих способов разрабатывались различные технологические схемы производства работ: опускной кессон и кессон с неподвижным потолком; опускной колодец без балластной нагрузки и с её применением, а также с активной нагрузкой, создаваемой гидравлическими домкратами; цементация с поверхности; цементация из забоя ствола; деревянное и металлическое шпунтовое ограждение; несколько вариантов проходки вертикальным щитом.

За 50 лет было сооружено около 250 шахтных стволов. На первой и второй очередях строительства основными способами сооружения стволов в зоне неустойчивых и плывунных пород были опускной колодец и кессон. Однако в отдельных стволах уже тогда применялось предварительное замораживание пород. В то время у советских шахтостроителей ещё не было достаточного опыта сооружения шахтных стволов специальными способами. Кессонный способ и способ опускного колодца были заимствованы из практики строительства мостов, где они широко применялись при сооружении опор. Работами руководил известный мостостроитель П. П. Кучеренко.

Предварительное замораживание при сооружении шахтных стволов, введённое ещё на строительстве первой очереди, в течение 40 лет являлось основным способом укрепления неустойчивых пород и подавления водопритоков из водоносных известняков. Работами по замораживанию пород руководили известные специалисты, профессора, доктора технических наук Н. Г. Трупак и А. Я. Дорман, которые за внедрение способа замораживания на московском Метрострое были удостоены звания лауреата Государственной премии СССР.

Значительный вклад в развитие техники сооружения шахтных стволов на первых очередях строительства метро внёс крупнейший специалист в этой области горный инженер, член-корреспондент Академии наук СССР Г. И. Маньковский. Под его руководством на московском Метрострое буровой установкой МОМ были пробурены два ствола на полное сечение в зоне неустойчивых пород. За эти работы Г. И. Маньковский был удостоен звания лауреата Государственной премии СССР.

Проходка шахтного ствола в тиксотропной рубашке

В 1943 г., когда начали строительство четвёртой очереди Московского метрополитенаБольшого кольца — был применён модернизированный способ опускного колодца. В классическом виде, несмотря на технологическую простоту производства работ, этот способ ограничен в отношении глубины погружения крепи и не обладает необходимой степенью надёжности. Глубина погружения опускных колодцев только за счёт веса опускной крепи, без принудительной нагрузки, не превышает 10 м, при этом мощность слоя плывунных пород не должна превышать 3—5 м. Именно поэтому область применения способа опускного колодца нормативами СНиП ограничивалась.

Модернизация способа состояла в приложении к опускной крепи активной силовой нагрузки, создаваемой системой гидравлических домкратов. Новый способ, получивший название «способ задавливания», позволил погружать крепи шахтных стволов на глубину 20—22 м и пересекать мощные напластования неустойчивых пород при ограниченной толщине слоя плывунных пород, поскольку разработка забоя производилась с применением открытого водоотлива из опережающего забой колодца.

Технология была разработана инженерами П. С. Моливером, В. А. Леферовым и В. К. Тройе и внедрена в 1943 г. при сооружении ствола № 408.

Дальнейшая модернизация этого способа заключалась в разработке конструкции специального вертикального щита и технологии работ, которая была применена при сооружении ствола № 430 и нескольких других. Авторами разработки были инженеры П. С. Моливер и С. Р. Таубкин. В отдельных случаях для подавления водопритока из трещиноватых известняков применялась битумизация — нагнетание горячего битума. Работами по битумизации пород на Метрострое и в других отраслях руководил известный специалист в этой области горный инженер профессор Б. П. Шрейбер.

В предвоенный период, в годы Великой Отечественной войны и в первые послевоенные годы большой вклад в развитие техники сооружения шахтных стволов на московском Метрострое внесли крупные шахтостроители, руководившие в то время Метростроем, горные инженеры Е. Т. Абакумов и А. Г. Танкилевич. При сооружении стволов способом опускного колодца в тяжёлых гидрогеологических условиях нередко возникали такие непредсказуемые явления, как, например, выплыв плывунной массы из-под крепи в забой ствола, заклинивание и перекос крепи, образование воронок в зоне ствола и осадок поверхности. В таких случаях приходилось оперативно принимать смелые инженерные решения, творчески видоизменять проектные разработки. Особые сложности возникали при больших притоках воды в стволы, в частности в таких уникальных случаях, как на стволе № 405 вблизи Москвы-реки, где приток достигал 2 тыс. м³/ч. Таких примеров не знает мировая практика стволостроения. Во всех подобных ситуациях были найдены правильные технические решения, и не было ни одного случая, чтобы из-за задержки сооружения ствола сорвались работы по сооружению тоннелей и станций метрополитена.

Развитие способов сооружения стволов на московском Метрострое можно проследить, рассматривая последовательность их применения. Вначале использовали способы опускного колодца и кессона, затем — предварительное замораживание пород, погружение крепи с активной домкратной погрузкой и, наконец, начиная с 1969 г. — погружение крепи в тиксотропной рубашке.

Менялись и типы крепи стволов. Так, на первых очередях строительства применялась крепь из монолитного бетона, а затем — из чугунных тюбингов. Метростроевский опыт крепления стволов чугунными тюбингами был широко использован в горной промышленности, где впоследствии были разработаны специальные конструкции усиленных тюбингов для крепления шахтных стволов в сложных гидрогеологических условиях и при большом горном давлении.

Применявшийся в метростроении при сооружении шахтных стволов способ предварительного замораживания пород, несмотря на достаточно высокую степень надёжности в отношении ликвидации водопритока и укрепления неустойчивых пород, имеет ряд существенных недостатков. Прежде всего это трудоёмкость работ в стволе при разработке замороженных пород в условиях пониженной температуры. Кроме того, для осуществления замораживания необходимо бурить большое количество скважин и оснащать их замораживающим оборудованием. Процесс требует большого расхода электроэнергии и времени как на подготовительные работы, так и на активное замораживание. При применении способа замораживания стоимость сооружения ствола возрастает в 2—3 раза.

Эти недостатки были полностью исключены благодаря разработке и внедрению новой технологии сооружения шахтных стволов в сложных гидрогеологических условиях — технологии погружения крепи в тиксотропной рубашке.

Сущность способа состоит в том, что для снятия сопротивления трения в зазор между крепью ствола и окружающим её грунтом помещается специальных глинистый раствор, обладающий свойствами тиксотропии, — тиксотропная рубашка.

Технология работ предусматривала комплексную механизацию всех проходческих процессов. Благодаря этому впервые в практике сооружения шахтных стволов, причём в наиболее сложных условиях, было полностью исключено присутствие людей в забое ствола. Так осуществилась давняя мечта шахтостроителей — получить технологию, обеспечивающую безлюдную проходку стволов. Была решена и важная социальная задача — тяжёлый и опасный труд проходчиков шахтных стволов был заменён работой на поверхности и сведён к функциям управления оборудованием.

Разработка забоя и выдача породы производится одноканатным четырёхлопастным грейфером, который подвешен к крюку обычного самоходного крана. Для погружения и вдавливания ножевой части крепи в породу применяется система гидравлических домкратов, закреплённых в опорной конструкции, а монтаж крепи производится с помощью крана на поверхности. Погружение крепи без откачки воды из ствола обеспечивает необходимый гидравлический пригруз на забой ствола, что уравновешивает внешний гидростатический напор и исключает выплывы породы из-под крепи. Кроме того, тиксотропный раствор создаёт гидростатическое давление на грунтовые стенки, предотвращающее их обрушение, а за счёт вдавливания ножевой части опускной крепи в породу образуется пробка породы в забое, удерживающая внешний напор плывунной массы.

Комплекс этих факторов обеспечивает высокую степень надёжности способа, благодаря чему при использовании его в процессе сооружения более 30 шахтных стволов на московском Метрострое были полностью исключены аварийные ситуации. На отдельных стволах крепь погружалась на глубину более 30 м, пересекая напластования плывунных пород мощностью до 25 м. Преимущества этого способа позволили почти полностью отказаться от менее эффективного способа предварительного замораживания пород.

Впервые новая технология сооружения шахтных стволов, разработанная научным сотрудником института ЦНИИПодземмаш кандидатом технических наук Х. И. Абрамсоном и инженерами СМУ-6 Мосметростроя Б. Я. Вайнштейном, Ш. Ш. Симандуевым и Н. А. Простовым, была применена в 1969 г. при сооружении ствола № 832, причём производительность труда при разработке забоя возросла более чем в 10 раз. Одновременно был выполнен комплекс исследований по технологии и механизации работ, связанных с погружением крепи стволов в тиксотропной рубашке. Результаты этих исследований стали обоснованием для проектирования и производства работ. Показателем научно-технического уровня способа служат более десяти технических решений по отдельным элементам технологии работ, защищёных авторскими свидетельствами на изобретения.

Высокая эффективность и простота способа обусловили его широкое применение в практике подземного строительства. По новой технологии за короткий срок на важных объектах было сооружено более 100 шахтных стволов, при этом экономический эффект превысил 20 млн руб. Было сэкономлено большое количество электроэнергии, металла и затрат труда. На каждом объекте сроки сооружения стволов были сокращены на шесть—восемь месяцев. Способ успешно применяют и в практике шахтного строительства в горнодобывающей промышленности.

Сопоставление данных по двум стволам, сооружённым примерно в одинаковых гидрогеологических условиях на строительстве Калужско-Рижского диаметра Московского метрополитена с применением предварительного замораживания пород и при погружении крепи в тиксотропной рубашке, показывает, что стоимость сооружения 1 м ствола составила в первом случае 5,09 тыс. руб., во втором — 2,21 тыс. руб., а затраты труда соответственно 72 человеко-дня и 21 человеко-день.

Оценивая технический уровень отечественного шахтного и подземного строительства, можно утверждать, что эта отрасль горностроительного производства нашей страны занимает ведущее положение в мире. За большие успехи, достигнутые в развитии техники сооружения вертикальных стволов, советским шахтостроителям трижды присуждались высшие награды СССР в области науки и техники — Ленинские и Государственные премии. В числе учёных и инженеров, удостоенных этих наград за разработку и внедрение в практику новой технологии сооружения шахтных стволов в сложных гидрогеологических условиях способом погружения крепи в тиксотропной рубашке, были и специалисты московского Метростроя.

Сооружена в песках

Н. И. Фёдоров

Автор Н. И. ФЁДОРОВ, начальник СМУ-5, заслуженный строитель РСФСР

Станция «Университет» строилась в сложных гидрогеологических условиях. По первоначальному проекту предполагалось вести её сооружение открытым способом. Предстояло разработать около 1 млн м³ грунта. При этом пострадала бы большая благоустроенная территория — дороги, зелёные насаждения, подземные коммуникации.

Коллектив инженеров и рабочих СМУ-5 Метростроя высказался за закрытый, подземный способ работ с креплением чугунными тюбингами. Институт Метронипротранс подготовил проект закрытого способа с применением щитовой проходки. Строители СМУ-5 отказались от щитовой проходки и применили горный способ с монтажом тюбингов эректором. Одновременно впереди тоннеля станционного забоя сооружался опережающий его на 14—15 м пилот-тоннель диаметром 6 м. Это дало возможность значительно уменьшить объём работ и упростить подготовительные и горные работы по сооружению камер, а также разрезке первых колец.

При раскрытии и проходке среднего станционного тоннеля для уменьшения горного давления, которое возникает из-за обнажения неустойчивых горных пород на значительной площади, было принято и выполнено такое техническое решение: вместо предусмотренного проектом сближения осей крайних станционных тоннелей расстояние между ними было увеличено на 3 м по сравнению с этим расстоянием для типовой трёхсводчатой станции, благодаря чему между контурами бокового и среднего тоннелей сохранялся нетронутым целик породы. Это способствовало поддержанию стабильности горного давления и облегчало работы по сооружению станционных проёмов.

После сооружения ствола и подходных выработок началась проходка крайних станционных тоннелей. В правом тоннеле была произведена разрезка под первые два прорезных кольца пилот-тоннеля. В местах разрезки установили усиленное крепление подходной штольни. Удлинённая фурнель была пройдена в две фазы, по 1,4 м каждая, на высоту до проектной отметки кольца. Вначале сооружалась калотта с расширением в дальнейшем выработки на полный профиль тоннеля с тщательным креплением.

Первые два кольца были собраны с помощью двух редукторных лебёдок. Свободное пространство между внешней поверхностью тюбингов и грунтом выработки заполнили бетоном марки М100. Тюбинги в прорезные кольца станционного тоннеля монтировали с помощью редукторной лебёдки.

Грунт при проходке станционного тоннеля разрабатывался в три фазы. На первой фазе в верхней части забоя над пилот-тоннелем произвели вертикальную по оси тоннеля, куда завели две лонгарины. Калотта первого яруса разрабатывалась от рассечки в обе стороны, с креплением лонгаринами и штендерами и сплошной затяжкой кровли и лба забоя. После разработки первого яруса до уровня по высоте калотты 1,65 м туда завели телескопическую трубу диаметром 250 мм.

На втором этапе произвели рассечку во втором ярусе, закрепили ранее установленную телескопическую трубу первого яруса и установили телескопическую трубу во втором ярусе. Концы труб раскреплялись рошпанами. В остальном разработка и крепление выполнялись аналогично первой фазе.

В последней фазе разрабатывалась оставшаяся часть забоя на полный профиль и монтировались тюбинговые кольца.

Особенностью организации работ на станции стало использование передвижного металлического бункера с питателями. Через него улавливался и поступал в вагоны почти весь разработанный грунт. Лишь из лотковой части забоя грунт (в объёме 7—8 м³) разрабатывался и грузился в вагоны вручную. Погрузка грунта из забоя пилот-тоннеля осуществлялась погрузочной машиной ПМЛ-5.

После сооружения и закрепления стяжками 20 колец крайних тоннелей приступили к разработке среднего станционного тоннеля. Разработка грунта и крепление тюбингами в нём выполнялись в том же порядке, что и при сооружении крайних тоннелей. Отставание забоя среднего тоннеля от забоев крайних тоннелей поддерживалось на расстоянии 15—20 колец. Нагнетание производилось непрерывно вслед за проходкой. Раскрытие проёмов выполнялось в шахматном порядке — через один.

Техническое решение по сооружению станции «Университет» закрытым способом с проходкой опережающего пилот-тоннеля в условиях неустойчивых грунтов и повышенного горного давления вполне себя оправдало. Основные конструкции станции, включая проёмы, были закончены менее чем за год. Государственная комиссия приняла станцию в эксплуатацию с оценкой «отлично». Эта оценка выдержала испытание временем.

«Горьковская»: впервые в практике

Б. И. Альперович
Н. Г. Зайдуллин

Авторы Б. И. АЛЬПЕРОВИЧ, инженер, лауреат премии Совета Министров СССР, заслуженный строитель РСФСР, Н. Г. ЗАЙДУЛЛИН, инженер

Планом развития Московского метрополитена предусмотрено создание пересадочного узла в центре столицы, на пересечении Горьковско-Замоскворецкой, Ждановско-Краснопресненской и Тимирязевской (перспективной) линий. Узел свяжет переходами станции «Горьковская», «Пушкинская» и «Чеховская».

Трассы проходят в разных уровнях: ближе к поверхности — Горьковско-Замоскворецкая, глубже — Ждановско-Краснопресненская, ещё глубже — Тимирязевская. Строительство станции «Горьковская» вёл коллектив СМУ-7 Мосметростроя.

Станции расположатся треугольником. Такая компоновка, разработанная Метрогипротрансом, является оптимальным планировочным решением, цель которого создать наибольшие удобства пассажирам при пересадке. Успешная его реализация в целом определялась возможностью сооружения станции «Горьковская» на действующей линии без перерыва движения поездов, поскольку строительство остальных двух станций на свободной трассе решалось без особых затруднений.

В 1975 г. в комплексе сооружений Ждановско-Краснопресненской линии была введена в эксплуатацию станция «Пушкинская», имеющая объединённый со станцией «Горьковская» вестибюль. Проходка эскалаторного тоннеля «Горьковской» и пересадочного тоннеля между двумя станциями была выполнена одновременно.

Сооружение станции глубокого заложения на действующей линии метрополитена без перерыва движения поездов — весьма сложная инженерная задача, не имеющая прецедента в практике мирового метростроения. Были учтены трудные геологические условия: перемежающиеся напластования горных пород различной структуры и крепости, меняющийся характер обводнения забоев, юрские глины в кровле станционных тоннелей. Эти условия потребовали тщательного подхода к выбору параметров основных конструкций сооружений. Проблемы организации строительства и методов производства работ решались исходя из требований непрерывности движения поездов и безопасности труда.

В технический проект строительства станции «Горьковская» были заложены следующие решения:

строительство должно было осуществляться через новый шахтный ствол с соответствующим комплексом сооружений и подземных выработок;
работы на самой станции предусматривались после освобождения зоны строительства и перевода поездов на предварительно пройденные обходные тоннели общей длиной 738 м, с четырьмя группами камер съездов длиной по 64 м каждая;
станция пилонного типа была запроектирована с обделкой из чугунных тюбингов;
поперечное сечение тоннелей — круглое.

Анализ проекта показал, что предусмотренные в нём решения не являются оптимальными по технико-экономическим показателям и в должной мере не отвечают специфике конкретных условий строительства. Так, создание нового шахтного комплекса было связано с необходимостью сноса пяти жилых домов. Следовательно, помимо стоимости сооружений и обустройств комплекса, необходимы были большие затраты государственных средств.

Камеры съездов предстояло строить в трудных геологических условиях, с раскрытием обделок действующих перегонных тоннелей на стадии горнопроходческих работ при обнажённых (на временном креплении) забоях, нависающих над движущимися поездами. Особенно неблагоприятной оказывалась обстановка для сооружения камер съездов в сторону станции «Маяковская».

Демонтаж тоннеля при сооружении станции «Горьковская»

Учитывая обстоятельства и специфику строительства станции на действующей линии, СМУ-7 Мосметростроя и Метрогипротранс разработали новое техническое решение строительства станции «Горьковская» — без обходных тоннелей и нового шахтного комплекса. Оно было успешно осуществлено.

Средний тоннель станции круглого очертания построен из чугунных тюбингов диаметром 9,5 м. В центре его — узел пересадки на станцию «Пушкинская» с четырьмя эскалаторами. Боковые тоннели представляют собой объемлющие обделку действующих перегонных тоннелей своды из чугунных тюбингов диаметром 9,5 м, опирающиеся на бетонные ленточные фундаменты. Внешние (по отношению к оси станции) опоры сводов примыкают к обделкам действующих перегонных тоннелей и расположены так, что пяты сводов станционных тоннелей подняты выше диаметра перегонных на 2,5 м.

Основание внутренних бетонных опор на 0,5 м ниже основания перегонных тоннелей. Опоры эти смещены к оси станции, образуя свободное пространство между обделками станционных и перегонных тоннелей. Таким очертанием было обеспечено технологическое пространство между обделками действующих перегонных и сооружаемых станционных тоннелей, достаточное для выполнения горнопроходческих работ в нормальных условиях. Примерно половина обделок действующих перегонных тоннелей не разбиралась и была включена в конструкцию боковых станционных тоннелей. Существенно была изменена конструкция проёмных рам, которые как в боковых, так и в среднем тоннеле были выполнены без обратных сводов, что наполовину сократило потребность в остродефицитных фасонных тюбингах.

Увеличенное сечение действующих перегонных тоннелей (диаметр 6 м) позволило выполнить путевые стены (в отличие от обычного типового решения) в виде металлических каркасов. Пазухи между ними и обделками использованы в качестве кабельно-вентиляционных коллекторов. Внутренние опоры сводов боковых тоннелей станции расположены на расстоянии более 2 м от обделок перегонных тоннелей. В этом пространстве также созданы подплатформенные кабельно-вентиляционные коллекторы большого сечения.

Руководствуясь тем, что перекладка кабелей была осуществлена до разборки обделок перегонных тоннелей, а также целью выполнения максимального объёма работ за пределами действующих тоннелей, строители применили разрезную конструкцию посадочных платформ. Такое решение позволило соорудить основную часть платформ с подплатформенными кабельно-вентиляционными коллекторами для перекладки кабелей до разборки обделок действующих перегонных тоннелей.

Строительство станции «Горьковская» велось через ствол шахты, который ранее использовался для сооружения станции «Пушкинская». Он используется СМУ № 14 и для строительства станции «Чеховская».

При сооружении станции «Горьковская» проходку среднего тоннеля вели с помощью тоннельного укладчика типа ТУ-4Гп, порода разрабатывалась буровзрывным методом. Тоннель имеет замкнутый контур обделки по всей длине. Размыкание лотковой части обделки в зоне пересадки (в средней части тоннеля) производилось отдельными участками в 12 заходок в процессе создания пересадочного узла.

Проходка боковых станционных тоннелей включала несколько этапов:

проходка штолен по контуру бетонных опор сводов, установка металлоизоляции и арматуры, бетонирование опор;
сооружение тоннелей по площади сечений, ограниченных контуром обделок действующих перегонных тоннелей и уровнем верха бетонных опор, с опиранием сводов на ранее возведённые бетонные опоры (работа велась с помощью специально изготовленных дуговых тюбингоукладчиков, приспособленных к конкретным условиям монтажа сводов в стеснённой зоне);
выемка ядра до лотка тоннелей, установка металлоизоляции и арматуры, бетонирование лотков до обделок действующих перегонных тоннелей;
монтаж посадочных платформ в пазухах между обделками станционных и перегонных тоннелей с обустройством подплатформенных кабельно-вентиляционных коллекторов;
гидроизоляция (чеканка швов) сводов, подвес зонтов в пределах сооружённых сводов, их штукатурка и покраска;
монтаж металлоконструкций каркасов путевых стен станции с устройством за ними кабельно-вентиляционных коллекторов;
перекладка в коллекторы под посадочными платформами и за путевыми стенами кабелей из действующих перегонных тоннелей;
демонтаж обделки действующих перегонных тоннелей, заполнение зазоров, образовавшихся по линиям разборки обделок перегонных тоннелей;
сооружение участков посадочных платформ, расположенных в зоне действующих перегонных тоннелей, освобождённой после демонтажа обделок;
архитектурная отделка, оборудование сантехнических и электромонтажных устройств.

В забоях, расположенных на сопряжениях с обделками действующих перегонных тоннелей или в непосредственной близости от них, во избежание деформации обделок или нарушения функционирования устройств метрополитена исключались взрывные работы. Впервые на Метрострое крепкие породы разрушались гидроклиньями через шпуры, пробуренные с определённым шагом. Новшество оказалось весьма эффективным и значительно снизило трудоёмкость работ.

В монолитные бетонные и железобетонные конструкции станции уложено более 13 тыс. м³ бетона. Транспортировка его по выработкам и укладка осуществлены в основном с помощью пневмобетоноукладчиков ПБУ-5, что намного облегчило труд. Путевые стены облицованы мраморными плитами, которые крепились к стальному каркасу без заливки. Облицовка практически свелась к монтажу готовых изделий. Всё крупногабаритное оборудование подавалось по действующей линии ночью, когда нет движения поездов. Монтаж эскалаторов большого наклонного хода проведён снизу вверх, через средний тоннель станции, с подачей элементов через ближайший станционный проём, после демонтажа обделки действующего перегонного тоннеля напротив этого проёма. Тем же путём доставлялось оборудование для эскалаторов пересадочного узла и для других сооружений.

Обоснованность и технико-экономическая целесообразность технических решений по определению параметров конструкций, механизации, организации и методов производства работ, осуществлённых в творческом содружестве строителей и проектировщиков, полностью подтверждены практикой.

Реализация предложенных технических решений в целом значительно сократила сроки строительства, снизила стоимость работ на 2470 тыс. руб. В третьем квартале 1979 г. станция «Горьковская» была досрочно введена в эксплуатацию.

Сооружение тоннелей под каналами

В. А. Бессолов
В. Н. Соловьёв

Авторы В. А. БЕССОЛОВ, В. Н. СОЛОВЬЁВ, инженеры

При строительстве под судоходным каналом имени Москвы перегонных тоннелей метро применили льдогрунтовую плиту, созданную способом горизонтального замораживания и защищающую тоннели от прорыва воды. Проходка тоннелей новым способом на небольшой глубине от дна водотока была осуществлена впервые в практике мирового метростроения СМУ-5 Метростроя по проекту, разработанному Метрогипротрансом. Успешное внедрение способа позволило сэкономить около 300 тыс. руб.

На участке пересечения перегонными тоннелями деривационного канала устройство льдогрунтовой плиты оказалось неприемлемым. Деривационный канал расположен в искусственном русле, образованном насыпными дамбами, в откосах которых уложен водонепроницаемый глиняный экран; дно представлено слоем моренных суглинков, являющихся естественным экраном, с подстилающими обводнёнными мелкозернистыми песками.

Пришлось искать новое техническое решение, которое могло бы не только обеспечить при проходке снижение уровня грунтовых вод и безопасность производства работ на малой глубине от русла, но и удовлетворить всем требованиям эксплуатации канала.

Было разработано несколько вариантов, и в качестве оптимального принята укладка двух водопропускных труб диаметром 5,5 м, с устройством грунтовой перемычки над ними и осушением её водопонизительными средствами. Гидравлические расчёты и проверку работы водопропускного сооружения на модели выполнил научно-исследовательский сектор института Гидропроект имени С. Я. Жука, технические рекомендации которого по устройству грунтовой перемычки и укреплению дна канала легли в основу проекта.

Конструкция труб из чугунных тюбингов диаметром 5,5 м и длиной 88 м была запроектирована исходя из условий прочности в период транспортировки к месту укладки. Трубы монтировали на бровке левого берега канала стреловым пневмоколёсным краном К-161 грузоподъёмностью 16 т. Через каждые четыре тюбинговых кольца устанавливали резиновые кольцевые прокладки, обеспечивающие необходимую гибкость труб при транспортировке.

Одновременно с монтажом на готовых участках трубы производили чеканку швов свинцовым шнуром. Для большей герметичности швы покрывали слоем гидроизоляционной мастики ТЭП-4. Наружную поверхность трубы оклеивали гидростеклоизолом в три слоя (нижнюю часть, прилегающую к грунту, оклеивали после поворота трубы при её скатывании в русло).

До укладки водопропускных труб в проектное положение обследовали, подготовили и укрепили русло канала. Очистку и планировку дна выполняли автокраном-грейфером и гидромонитором, установленным на барже. На участках входа в трубы водного потока и особенно на выходе, где ожидалось образование протяжённого скоростного факела, дно канала укрепили от размыва отмосткой из щебня. Для плавного скатывания труб в канал левобережный откос на участке длиной 200 м выровняли песком.

К месту укладки трубы доставляли в два приёма: вначале их скатывали по откосу в русло канала, а затем на понтонах транспортировали и укладывали в проектное положение. По горизонтальной плоскости трубы перемещали двумя оттяжными электролебёдками, установленными на правом берегу канала, с одновременной страховкой пятью электролебёдками на левом берегу. После перехода труб на наклонную плоскость необходимость в оттяжных лебёдках отпадала, и скатывание выполняли с помощью пяти электролебёдок, постепенно стравливая канаты.

Электролебёдками управляли с центрального пульта от одной кнопочной станции. Предусматривалась возможность раздельного управления ими с местных пультов. Усилия, возникающие в тросах, фиксировали пружинными манометрами. Команды для синхронного выполнения операций подавал диспетчер через передвижную громкоговорящую радиоустановку.

Каждую трубу скатывали на заранее уложенные по дну шесть пар канатов диаметром 42 мм, концы которых прикрепляли к 12 понтонам (по шесть с каждой стороны) грузоподъёмностью по 80 т. Одновременно поднимая понтоны, отрывали трубу от дна канала на 40—50 см, транспортировали вдоль канала к месту укладки и опускали в проектное положение.

Размеры грунтовой перемычки над водопропускными трубами были выбраны из расчёта полного перекрытия участка проходки перегонных тоннелей, включая возможную зону просадок экрана над ними. Ширина перемычки в основании составила 88 м, а поверху — 32 м.

Вначале по краям труб с баржи отсыпали упорные призмы из щебня для предотвращения возможного оползания откосов перемычки за пределы труб. Затем на дно устанавливали горизонтальные фильтры и марки-реперы для контроля за осадками. Песок отсыпали автосамосвалами и бульдозерами одновременно с обоих берегов, во избежание сдвижки труб от одностороннего давления — с баржи и с моста между трубами.

Для осушения перемычки предусматривались устройство двух торцовых рядов противофильтрационных завес нагнетанием цементобентонированного раствора через трубчатые инъекторы и последующая откачка воды из перемычки насосами ЛИУ-5 через горизонтальные фильтры. Полной водонепроницаемости глиняной завесы достичь не удалось, поэтому к перемычке дополнительно подключили четыре ряда вертикальных иглофильтров, после чего уровень воды здесь снизился на 3,5—4 м относительно уровня в канале.

Для осушения мелкозернистых водонасыщенных песков, в которых расположена трасса тоннелей, запроектировали два ряда водопонизительных скважин с погружными насосами ЭЦВ-6, расположенных на дамбах канала. Всего пробурили 29 скважин с шагом 10 м, при этом конец фильтра располагался на 5 м ниже лотка тоннеля. При расстоянии между рядами скважин 68 м предполагалось, что слой остаточной воды в лотке тоннеля составит около 1,9 м. Ввиду необходимости особенно тщательного ведения щитов без просадок и перекосов ликвидации остаточного слоя воды придавалось большое значение.

Для выбора наиболее правильного варианта водопонижения необходимо было установить фактический уровень грунтовых вод под руслом. Управление канала имени Москвы разрешило в виде исключения пробурить под экраном в центре перемычки наблюдательную скважину небольшого диаметра с последующим её тампонажем. Как показали замеры, высота остаточного слоя воды составила 30 см, поэтому специальных мероприятий по дополнительному снижению грунтовых вод не потребовалось. На случай возможного повышения воды при перебоях в работе скважин СМУ-3 изготовило специальные водоприёмные фильтры, которые были заложены в лотковые ячейки ножа щита и подсоединены к насосу ЛИУ-5. Это обеспечивало отсос воды из самой нижней точки забоя. Во время проходки тоннеля система скважин работала устойчиво, и забой был практически сухим.

Очень важно было не допустить проникания воды из канала за экран при его возможном повреждении. При этом подэкранный горизонт грунтовых вод, не имеющий до этого связи с водой канала, получил бы дополнительную подпитку с напором, равным высоте воды в канале. Это привело бы к нарушению всего фильтрационного режима подземных вод в районе строительства. Для наблюдения за состоянием подземных вод создали сеть пьезометрических скважин. В результате было установлено, что проходка тоннелей не повлияла на режим грунтовых вод.

Для контроля за деформациями дна канала над каждым тоннелем установили по пять наблюдательных марок-реперов. Осадки контрольных марок составили над правым тоннелем 150—230 мм, над левым — 125—130 мм. Следует отметить, что максимальные осадки 190 мм и 230 мм над марками IV и V появились задолго до подхода к ним щита. Это обусловлено уплотнением грунта самой перемычки от работы водопонизительных иглофильтровых установок, а не деформацией экрана. Более характерны осадки над левым тоннелем, который сооружали во вторую очередь, когда грунтовой скелет перемычки успел стабилизироваться. Таким образом, наблюдения за состоянием уровня грунтовых вод и осадками контрольных марок позволили сделать вывод, что суглинистый экран дна канала не нарушен и на откосах.

Перед началом проходки щиты были выведены в камеру со стороны левого берега канала. Козырьки щитов удлинили на 40 см стальным листом, а на перегородки наварили опорные уголки для экстренной затяжки забоя досками. Тоннели длиной по 110 м сооружали последовательно. Проходку начали с правого тоннеля. После сборки 40 колец обделки щит остановили и на расстоянии 25 м от забоя смонтировали стальную аварийную перемычку, оборудованную двумя герметически закрывающимися дверями: нижней — для транспорта и верхней, соединённой с забоем подвесным мостиком, — для людей. Нижнюю дверь открывали только во время пропуска вагонеток. Вблизи забоя и непосредственно на щите были заготовлены маркированные закладные доски.

Проходку вели методом непрерывного вдавливания щита в грунт при давлении 200—250 ати. Козырёк ножевой части и горизонтальные площадки щита были постепенно внедрены в грунт на 10—15 см. По мере вдавливания с горизонтальных площадок осыпалась порода. Одновременно с передвижением щита вели первичное нагнетание цементно-песчаного раствора состава 1:2 в первое кольцо. Контрольное нагнетание цементобентонитового раствора состава 1:1 производили в третье от забоя кольцо, тот же раствор нагнетали в четвёртое кольцо, в контакт между суглинками и песком.

Работы в тоннеле выполняли бригады проходчиков, возглавляемые В. Терёхиным, В. Колбой, В. Швецовым и А. Ханыковым. Бригады, занятые на проходке, прошли предварительный инструктаж по технике безопасности и были подробно ознакомлены с особенностями производства на участке. При работе по скользящему графику максимальная скорость проходки составила 5 м в сутки.

Сооружение тоннелей под деривационным каналом завершило один из сложнейших этапов работ на трассе Краснопресненского радиуса Московского метрополитена. Оно продемонстрировало высокий уровень проектных разработок и мастерство метростроителей. Подтвердилась правильность технических решений, связанных с осуществлением проходки. Большой творческий вклад в реализацию принятых технических решений внёс коллектив СМУ-3 Метростроя. Успеху способствовала и работа субподрядных организаций — отрядов № 3 и № 4 Подводречстроя и др. В сложных условиях было осуществлено замораживание грунтов и водопонижение для проходки под каналами.

Центральный участок Ждановско-Краснопресненской линии Московского метрополитена

И. М. Якобсон

Автор И. М. ЯКОБСОН, кандидат технических наук, заслуженный строитель РСФСР, лауреат премии Совета Министров СССР

В декабре 1975 г. был досрочно введён в эксплуатацию центральный участок Ждановско-Краснопресненской линии Московского метрополитена — самой длинной подземной магистрали города. Сооружение этого участка со станциями «Пушкинская» и «Кузнецкий Мост» явилось высоким достижением строителей, проектировщиков и научных работников, новым этапом развития техники метростроения.

Центральный участок линии от станции «Площадь Ногина» до станции «Баррикадная», соединив Ждановский и Краснопресненский радиусы в единый диаметр общей протяжённостью 36 км с 19 станциями, имеет важное значение для решения транспортных проблем Москвы. Линия связала скоростным транспортом жилые массивы и районы промышленных предприятий юго-востока и северо-запада столицы с центром.

Всю трассу от станции «Ждановская» до станции «Планерная» поезда проходят менее чем за 50 мин. Благодаря удачным планировочным решениям, пассажиры получили возможность с одной пересадкой следовать на Калужско-Рижскую, Кировско-Фрунзенскую и Горьковско-Замоскворецкую линии. Эффективно используется пересадочный узел на станции «Площадь Ногина» с совмещённым движением поездов. Кроме того, значительно облегчена работа центрального пересадочного узла, где пассажиропотоки ежегодно возрастают.

На центральном участке Ждановско-Краснопресненской линии основные технико-экономические, а также эксплуатационные показатели значительно выше по сравнению с подобными показателями линий метрополитена, сооружённых в последние годы в Москве и в других городах нашей страны в аналогичных условиях. Ознакомление с зарубежным опытом строительства и эксплуатации метрополитенов даёт все основания считать, что по техническому уровню выполненных сооружений и показателям надёжности эксплуатации описываемая линия имеет значительные преимущества.

Архитектурные и планировочные решения, осуществлённые при строительстве центрального участка Ждановско-Краснопресненской линии, позволили создать в центре города сооружения метрополитена, отличающиеся высокими художественными достоинствами и обеспечивающие максимальные удобства для пассажиров. В сложных инженерно-геологических условиях (обводнённые грунты слабой и средней крепости, значительное гидростатическое давление), при наличии плотной многоэтажной городской застройки, транспортных магистралей с напряжённым движением, густой сети подземных коммуникаций успешно решена проблема рационального расположения станций и вестибюлей в наиболее пассажиронапряжённых местах, размещения пересадочных узлов.

Станция «Кузнецкий Мост» сооружена под площадью Дзержинского и Пушечной улицей и соединена удобным переходом с эскалаторами со станцией «Дзержинская» Кировско-Фрунзенской линии. Удачная планировка пересадочного узла позволила сократить время перехода пассажиров с одной линии на другую до 2 мин. Архитектурный облик станции решён в виде аркады из розового мрамора газган, создающей впечатление опор крупного моста, путевые стены облицованы белым мрамором коелга с цоколем из чёрного и серого гранита, пол выложен розовым гранитом «Возрождение».

Станция «Пушкинская»

Станция «Пушкинская» находится на пересечении улицы Горького с Бульварным кольцом. Она соединена тремя эскалаторами с объединённым вестибюлем, построенным для двух станций — «Пушкинская» и «Горьковская». Две лестницы в середине станционного зала ведут к пересадочному коридору на станцию «Горьковская» и на проектируемую станцию «Чеховская» Тимирязевско-Серпуховской линии. Вход в объединённый подземный весибюль осуществляется по четырём эскалаторам из наземного вестибюля, встроенного в здание редакционного корпуса газеты «Известия». В архитектуре станции «Пушкинская» преобладают современные рациональные формы. В продольном направлении станция оформлена арками с лепными вставками. Колонны, путевые и торцовые стены облицованы белым мрамором коелга, пол светло-серый, гранитный, на путевых стенах декоративные вставки из чеканной меди. Художественное оформление станции посвящено великому русскому поэту А. С. Пушкину.

Важнейшей особенностью строительства центрального участка Ждановско-Краснопресненской линии является использование усовершенствованных конструкций, внедрение прогрессивных технологических процессов и механизации производства работ, позволивших сократить расход металла, снизить трудоёмкость и стоимость строительства.

В сравнении с первыми типами колонных станций Московского метрополитена («Маяковская», «Курская», «Комсомольская», «Павелецкая») новым этапом совершенствования конструкций в отношении снижения металлоёмкости и трудозатрат было сооружение двух станций колонного типа «Площадь Ногина». В применённой колонной конструкции вместо прогонов, перекрывающих пролёт между колоннами, как это было прежде, монтировались клинчатые перемычки, входящие в состав обделок среднего и боковых тоннелей. Колонны и опирающиеся на них сверху и снизу перемычки устанавливались во время монтажа тоннельной обделки. Работа по монтажу и разборке большой части тюбингов исключалась.

Крупным достижением проектировщиков и строителей центрального участка Ждановско-Краснопресненской линии является разработка и внедрение впервые в практике отечественного метростроения новой конструкции цельносборной колонной станции глубокого заложения, с расширенным средним залом и увеличенным шагом колонн по сравнению с построенной ранее станцией «Площадь Ногина». Станции «Пушкинская» и «Кузнецкий Мост» в поперечном сечении представляют собой замкнутую конструкцию, состоящую из двух боковых тоннелей, объединённых верхним и нижним сводами среднего зала в единый контур. Сопряжения сводов среднего и боковых тоннелей через клинчатые перемычки опираются на колонны ребристого сечения из широкополосной стали толщиной 40 мм.

Использование новой конструкции чугунных клинчатых перемычек с дополнительным элементом позволило увеличить шаг колонн до 5,25 м (4,5 м на станции «Площадь Ногина»), сократить их количество на 14 % и на столько же снизить трудоёмкость изготовления и монтажа пятовых фасонных тюбингов. Расход чугуна уменьшился на 7 %. Благодаря использованию в конструкции сводов средних залов тюбингов тоннельной обделки диаметром 9,5 м увеличены высота и ширина среднего и боковых залов, а также проходов. Ширина проёма в свету увеличена по сравнению со станцией «Площадь Ногина» с 3,3 до 4,24 м, высота проёма — с 3,3 до 3,9 м, высота среднего зала — с 4,8 до 6,3 м, боковых залов — с 4,8 до 5,15 м.

Расширение среднего зала станции с 6,2 до 8,2 м дало возможность разместить натяжную камеру и наклонный тоннель для четырёх эскалаторов в пределах посадочной платформы, что обеспечило ширину посадочной платформы в боковых тоннелях 3,2 м. Это позволило сооружить весь блок служебных помещений в одном тоннеле. Конструкция пересадочных узлов станций «Пушкинская», «Горьковская» и «Чеховская» значительно упрощена.

Рационализаторы СМУ-7 Мосметростроя и института Метрогипротранс разработали новую конструкцию лотковых элементов тоннельной обделки станции. Впервые в практике мирового и отечественного метростроения применены плоские железобетонные лотковые и предлотковые блоки с чугунными гидроизолирующими плитами. Широкое внедрение таких блоков при сооружении станции «Пушкинская» позволило снизить потребность металла на 950 т, сократить количество болтовых соединений более чем на 26 тыс., сэкономить 220 м³ лесоматериалов. За счёт ликвидации большого объёма трудоёмких работ по очистке ячеек тюбингов и устройству временных деревянных настилов для откаточных путей затраты труда были снижены на 2670 чел.-дн. Стоимость строительства станции по сравнению с предусмотренной проектом снижена на 100 тыс. руб. только благодаря применению новой конструкции лотковой части.

При сооружении станций «Пушкинская» и «Кузнецкий Мост» был осуществлён рациональный способ проходки боковых тоннелей, при котором элементы перемычек вместе с колоннами или тюбингами временного заполнения устанавливали одновременно с монтажом очередного кольца обделки. Монтаж обделки производился тюбингоукладчиком новой конструкции ТУ-4, приспособленным также для подъёма и установки двух половин колонн весом 3,9 т каждая в проектное положение. Скорость сооружения тоннеля с установкой перемычек и колонн в среднем составила 28 пог. м в месяц.

Проходка среднего станционного тоннеля на обеих станциях осуществлялась с раскрытием на полный профиль и монтажом обделки верхнего и нижнего сводов тем же тюбингоукладчиком с удлинённым рычагом эректора. На строительстве станции «Кузнецкий Мост» была испытана и внедрена комбинированная монтажная самоходная тележка, которую можно использовать для нагнетания цементного раствора за тюбинговую обделку, чеканки швов, подвески зонтов и для архитектурно-отделочных работ. Применение тележки способствовало снижению трудоёмкости в общей сложности на 10,7 чел.-дн на сооружение 1 пог. м станционного тоннеля.

Объединённый вестибюль станций «Пушкинская» и «Горьковская» сооружался на весьма стеснённой площадке одновременно с редакционным корпусом газеты «Известия». С целью исключения повторного вскрытия поверхности и ведения работ в действующем вестибюле наклонный тоннель на станцию «Горьковская» был пройден одновременно со строительством объединённого вестибюля. Во избежание передачи шума и вибрации от действующих эскалаторов в редакционный корпус «Известий» были разработаны и построены специальные конструкции, поддерживающие эскалаторы.

В качестве тоннельной обделки перегонных тоннелей, притоннельных сооружений и технологических выработок применялись чугунные тюбинги и железобетонные блоки. В чугунную обделку перегонных тоннелей введён элемент плоского лотка, выполненный из железобетона с чугунной водозащитной плитой. Это дало возможность снизить затраты труда на сооружение 1 км тоннеля на 5 тыс. чел.-дн., расход металла — на 254 т, лесоматериалов — на 245 м³, получить экономию около 40 тыс. руб.

Центральный участок Ждановско-Краснопресненской линии оснащён совершенным оборудованием, значительно улучшающим условия эксплуатации метрополитена. Впервые на подземных совмещённых тягово-понизительных подстанциях установлены выпрямительные агрегаты УВКМ-6 с сухими тяговыми трансформаторами ТСЗП-1600/10, позволившие увеличить их мощность на 50 % и улучшить использование объёма помещений. Применена новая электронная система телеуправления электроподстанциями ТЭМ-74, более надёжная в работе и удобная в управлении. Для обеспечения бесперебойности движения поездов при высокой безопасности смонтировано оборудование систем автоматической локомотивной сигнализации с автоматическим регулированием скорости, а также автоматического управления движением поездов.

Вентиляция станций и тоннелей обеспечивается менее энергоёмкими, чем раньше, осевыми реверсивными вентиляторами ВОМД-24. Вентиляторы с дистанционным управлением обладают высоким КПД и широкой маневренностью работы. В вентиляционных камерах из специальных пористых бетонных блоков устроены глушители шума, обеспечивающие снижение уровня шума до санитарных норм.

В процессе проектирования и строительства центрального участка Ждановско-Краснопресненской линии изобретатели и рационализаторы разработали ряд технических решений, обеспечивших повышение производительности труда, удешевление строительства, улучшение эксплуатационных показателей линии и отдельных сооружений. Общий суммарный экономический эффект от применения изобретений и рационализаторских предложений составил 1842 тыс. руб. Широкое внедрение организации работ по методу бригадного подряда способствовало значительному повышению производительности труда и качества строительно-монтажных работ, а также обеспечению экономии государственных средств.

Архитекторы, инженерно-технические работники и рабочие, внёсшие большой вклад в строительство линии, удостоены премии Совета Министров СССР за 1977 г. Звание лауреата премии Совета Министров СССР присвоено: Л. А. Алексеевой, Н. А. Алёшиной, Ю. В. Вдовину, В. А. Алихашкину, Е. С. Барскому, С. З. Горскому, В. М. Гофману, Л. С. Едигаряну, Л. В. Зиминой, Т. И. Сергеевой, В. В. Котову, А. Ф. Стрелкову, Б. А. Пригореву, Ю. М. Самохвалову, Б. Н. Виноградову, Ф. П. Абраменкову, Б. И. Альперовичу, Г. М. Богомолову, Н. П. Гостееву, Ю. П. Павлову, В. А. Есину, Н. А. Исаеву, В. С. Коренкову, В. К. Кошелькову, М. Ф. Титову, Б. В. Царскому, А. В. Жигареву, Д. И. Ненашеву, А. И. Крюкову, С. К. Илюхину, А. И. Мышенкову, В. С. Ратнову, Г. П. Федотову, И. М. Якобсону, А. А. Оржеховскому, В. Е. Стрельцову, Ю. М. Берковичу-Пенькову.

Сооружение центрального участка Ждановско-Краснопресненской линии Московского метрополитена — значительный шаг вперёд в развитии техники отечественного метростроения.

Новые горизонты метростроения

В. А. Алихашкин

Автор В. А. АЛИХАШКИН, инженер, лауреат премии Совета Министров СССР

В современных крупных городах, население которых превышает миллион человек, транспорт является важнейшим связующим звеном в комплексной организации застройки. Значительные пассажиропотоки, образующиеся на направлениях, связывающих промышленные зоны с жилыми районами и общественными центрами, большие расстояния, отделяющие промышленные зоны от новых жилых массивов, создают проблему, которую можно решить только путём вывода транспортной системы с улиц, за счёт обеспечения полной автономности движения транспортных средств, организованных к тому же по системе многих единиц. Этим требованиям в наибольшей степени отвечает метрополитен — внеуличный рельсовый электрифицированный массовый и скоростной транспорт. Опыт эксплуатации первого в Советском Союзе Московского метрополитена убедительно доказа его преимущества перед другими видами городского пассажирского транспорта.

Московский метрополитен по праву считается родоначальником всех советских метрополитенов. Коллектив его строителей и проектировщиков создал новую отрасль строительства — отечественное метростроение. Многолетний опыт позволил выработать важнейшие принципы проектирования отечественных метрополитенов, основанные на создании наибольших удобств для пассажиров и эксплуатационников при наименьшем неблагоприятном влиянии на окружающую среду, городскую застройку. Эти принципы заложены в основу комплексного решения градостроительных и транспортных проблем наших крупнейших городов.

В отличие от метрополитенов, созданных в конце прошлого и в начале нынешнего века в Лондоне, Нью-Йорке, Париже, Берлине, Московский метрополитен строился с расчётом благоприятного эстетического и художественного воздействия на пассажиров. К новому виду транспорта в Москве никак не подходило распространённое за рубежом слово «подземка». Когда крупнейшие капиталистические города в 50—60-е гг. задохнулись от массовой автомобилизации, они были вынуждены вернуться к развитию общественного транспорта и строительству новых линий метрополитена, используя опыт советского метростроения.

Успехи эксплуатации Московского метрополитена, его важная роль в системе общественного транспорта столицы определили широкое развитие этого вида транспорта в других крупнейших городах Советского Союза. Великая Отечественная война прервала строительство первой линии метрополитена в Ленинграде. После победы, несмотря на трудности периода восстановления, там было продолжено строительство метро. Спустя 20 лет после ввода в эксплуатацию первой линии Московского метрополитена, в 1955 г., вступил в строй действующих Ленинградский метрополитен. Сегодня в Ленинграде успешно работает система из трёх линий метро общей протяжённостью 66,4 км с 37 станциями. Ленинградское метро перевозит почти треть всех пассажиров города.

В 1960 г. начал действовать метрополитен в Киеве, в 1966 г. — в Тбилиси и в 1967 г. — в Баку. В настоящее время в этих городах уже эксплуатируется по две линии метро. Проектирование и строительство метро продолжаются. В 1975 г. вступил в строй действующих метрополитен в Харькове, в 1977 г. — в Ташкенте. Завершено строительство первого участка линии метрополитена в Ереване.

Активно ведётся строительство подземных магистралей в Минске и в одном из крупнейших промышленных центров РСФСР Горьком, где уже в середине одиннадцатой пятилетки планируется ввести в эксплуатацию первые участки подземных линий. Для четырёх крупнейших городов — Новосибирска, Куйбышева, Свердловска и Днепропетровска — разработаны технические проекты линий метрополитенов. Начато их строительство. Разработаны технико-экономические обоснования строительства метрополитенов в Алма-Ате, в Риге и в Ростове-на-Дону. В комплексных схемах развития всех видов городского транспорта для таких городов, как Омск, Челябинск, Пермь, Уфа, Донецк, Казань, Красноярск, Одесса, в перспективе также предусматривается строительство метрополитенов. Все эти города, по данным Всесоюзной переписи населения, либо превысили миллионный рубеж числа жителей, либо близки к нему.

Практика отечественного метростроения наглядно показывает, что своеобразие градостроительных, геологических и географических условий в каждом новом городе, где начинается проектирование метрополитена, требует индивидуального подхода не только к решению планировочных особенностей генеральной схемы развития перспективных линий данного метрополитена, но и к выбору глубины их заложения, совершенствованию типов конструкции обделки основных сооружений, методов и способов производства работ.

Основными направлениями технического прогресса в метростроении являются:

создание новых, прогрессивных конструкций перегонных тоннелей и станционных комплексов, учитывающих особенности их применения в различных условиях глубины заложения, гидрогеологии и при разных способах строительства;
создание технологического ряда машин и механизмов, обеспечивающих комплексную механизацию горнопроходческих, строительных и монтажных работ;
совершенствование специальных способов строительства в особо сложных инженерно-геологических условиях;
совершенствование объёмно-планировочных решений входов и вестибюлей станций, пересадочных устройств между станциями в местах пересечений линий, служебно-технических помещений;
внедрение комплексных систем автоматизации управления движением поездов, энергоснабжением и тоннельной вентиляцией;
совершенствование комплекса энергомеханического оборудования метрополитена, эскалаторов, путевых устройств, системы информации;
разработка и внедрение новых конструкций пути, обделки и подвижного состава, обеспечивающих снижение шума и вибрации, уменьшение их передачи в окружающую среду.

Неоценимый опыт московского Метростроя, накопленный за пятьдесят лет и проверенный на практике, позволяет успешно развивать технический прогресс на всех перечисленных направлениях, сокращать затраты труда, совершенствовать технику строительства метрополитенов в других городах страны. Процесс взаимообогащения позволяет совершенствовать качество проектов, отражая в них новейшие достижения практики метростроения и эксплуатации, сокращая затраты труда и сроки строительства.

При разработке генеральной схемы развития того или иного метрополитена учитываются не только градостроительная перспектива, пассажиропотоки, размещение на территории города пассажирообразующих центров, но и принцип построения сети метрополитена, обеспечивающий возможность поездки из любого пункта в какой-либо другой не более чем с одной пересадкой. Учитываются также поэтапное наращивание протяжённости сети, количества линий и увеличение числа пересадочных узлов.

Большая часть принятых к реализации генеральных схем метрополитенов в городах Советского Союза полностью удовлетворяет этим требованиям. Как правило, за основу схем принимается система из трёх или более линий метро с пересечением их в центральной части города. Конкретное положение линий и основных пересадочных узлов решается в зависимости от величины города, перспектив его развития, наличия препятствий (реки, горы и т. п.).

Большой опыт накоплен по рациональному размещению и объёмно-планировочным решениям пересадочных станций. В соответствии с глубиной их заложения, планировочной структурой города, очерёдностью строительства выбирается соответствующий тип конструктивного решения станций, входящих в пересадочный узел. При этом главные требования — обеспечить пассажирам наименьшие затраты времени на пересадку, а также обеспечить возможность ведения поэтапного строительства при наименьших дополнительных строительных объёмах.

Наилучшими в планировочном отношении признаны пересадочные станции с совмещённым движением поездов. К пассажирской платформе каждой из этих станций подходят поезда попутного направления, но с разных линий. Это означает, что для пересадки между этими линиями в попутном направлении достаточно пересечь только платформу станции. По такому принципу построены и эксплуатируются пересадочные узлы станций «Площадь Ногина» в Москве и «Технологический институт» в Ленинграде, а также запроектированы схемы пересадок на станциях «Новокузнецкая» и «Каширская» в Москве и «Московская» в Горьком.

При пересечении в одном узле трёх линий в разных уровнях наилучшим решением пересадочного узла является размещение станций в плане по сторонам треугольника. Такая схема позволяет попасть из каждого вестибюля на две из трёх станций, входящих в пересадочный узел. К преимуществам схемы относится возможность независимого поэтапного строительства линий и станций, входящих в пересадочный узел.

Классическим примером реализации такого пересадочного узла можно назвать станцию «Пушкинская» на Ждановско-Краснопресненской линии Московского метрополитена. Основная трудность заключалась в необходимости сооружения станции на действующей Горьковско-Замоскворецкой линии без перерыва движения. Ныне действует первая очередь пересадочного узла — между станциями «Пушкинская» и «Горьковская». Третья станция — «Чеховская» — будет строиться на проектируемой Серпуховско-Тимирязевской линии. Она замкнёт пересадочный треугольник, в вершинах которого будут находиться объединённые вестибюли с входами на две станции. В центральной зоне треугольника будут расположены относительно короткие переходы между платформами станций.

Опыт, полученный при строительстве станции «Горьковская», имее важное значение для совершенствования генеральных схем действующих метрополитенов. Он будет учтён при проектировании и строительстве станций на действующих линиях.

Разработанная в Москве новая конструкция станции глубокого заложения колонного типа с двухрядными чугунными перемычками с успехом применена в сложных геологических условиях Киева, Харькова и Праги. Успешно освоенная в Ленинграде сборная железобетонная обделка перегонных тоннелей с обжатием в породу находит широкое применение в Москве, Киеве, Харькове, Горьком, Минске и в других городах.

Принципиально новый метод сооружения перегонных тоннелей с обделкой из монолитно-прессованного бетона, разработанный и освоенный в Москве и в Тбилиси и отмеченный Государственной премией СССР, широко применяется при строительстве метрополитенов в Минске, Горьком и Праге. Намечается применить его и в других городах. В Праге с помощью этого метода сооружены тоннели под рекой Влтавой и старым городом. В Горьком он был применён в широком масштабе при проходке тоннелей под одним из центральных проспектов города даже под опорами действующего путепровода.

Представляет большой интерес опыт ленинградских метростроителей в области механизированной скоростной проходки, сооружения станций глубокого заложения односводчатого типа,, а также в применении крупноэлементных армоцементных водозащитных зонтов для станций и эскалаторных тоннелей.

В Москве, Тбилиси, Харькове и Киеве постоянно совершенствуется опыт применения в разных условиях цельносекционной обделки. Ташкентские метростроители успешно освоили технологию устройства сейсмостойкой обделки из сборных железобетонных блоков с продольными связями, образующими сейсмопояса. Разработанный и осуществлённый в Москве метод бескессонной проходки переходных тоннелей в неустойчивых обводнённых грунтах может найти применение и в других городах Советского Союза.

Так с расширением географии строительства метрополитенов открываются новые горизонты, новые возможности для пополнения и эффективного использования богатейшего опыта отечественного метростроения.

В борьбе за высокие скорости проходки

В. В. Горышин

Автор В. В. ГОРЫШИН, главный инженер ленинградского Метростроя, лауреат Государственной премии СССР

Большую трудовую победу одержали ленинградские метростроители на финише десятой пятилетки, установив новое высокое достижение скорости проходки перегонных тоннелей. За 31 рабочий день — с 15 декабря 1980 г. по 15 января 1981 г. — тоннельным отрядом № 3 было сооружено 1250 пог. м перегонного тоннеля между станциями «Удельная» и «Пионерская» Московско-Петроградской линии.

Во время скоростной проходки комплексная комсомольско-молодёжная бригада, руководимая коммунистом Э. Ф. Лубинским, достигла рекордных показателей — максимальной суточной скорости проходки 48 пог. м, максимальной скорости проходки за смену 20 пог. м. Столь высокие результаты скоростной проходки достигнуты впервые в практике как отечественного, так и мирового метростроения.

Скоростные проходки на ленинградском Метрострое стали традицией, история которой насчитывает уже более трёх десятилетий. Вначале оснащением проходчиков был отбойный молоток и тюбингоукладчик, затем появились первые механизированные щиты, созданные в Ленинграде. В 1954 г. использование этих щитов позволило тоннельному отряду № 3 ленинградского Метростроя достичь скорости проходки 250 пог. м в месяц, а в 1959 г. строительно-монтажное управление № 17 соорудило за месяц 308 пог. м тоннеля. Затем успеха снова добился тоннельный отряд № 3 — темп работ за месяц составил 320 пог. м тоннеля.

Каждая скоростная проходка была хорошей школой для строителей. Она позволяла выявлять недостатки, учитывать неиспользованные возможности, накапливать опыт, чтобы в дальнейшем выходить на новые, более высокие рубежи. Когда выяснилось, что технические возможности механизированного щита исчерпаны, Ленметрострой в творческом содружестве с учёными, конструкторами, проектировщиками приступил к разработке нового механизма, который изготовил Ясиноватский машиностроительный завод. Так был создан проходческий тоннельный комбайн КТ-1-5,6.

Первые два щита были снабжены рычажным гидравлическим укладчиком. Организованная в 1976 г. скоростная проходка, во время которой коллектив тоннельного отряда № 3 соорудил за месяц 676 м тоннеля, показала, что узким местом является установка колец, и работа сконцентрировалась на проблеме повышения уровня механизации монтажа обделки за щитом. Инженеры Ленметростроя и Ленметрогипротранса разработали дуговой конвейерный укладчик, который также был изготовлен на Ясиноватском машиностроительном заводе. Он позволил резко снизить трудоёмкость и сократить время монтажа колец. В 1978 г. коллектив СМУ-15, используя тоннелепроходческий комплекс, оснащённый этим укладчиком, достиг скорости проходки 876 пог. м тоннеля в месяц, а в 1979 г. — 1070 пог. м в месяц.

Одновременно совершенствовались конструкции обделки. Появились первые железобетонные тюбинги 5НСК-4 и наконец — блочная обделка, обжатая в породу. Работа постоянно велась в трёх направлениях — создавались новые машины и механизмы, новые конструкции и новая технология. Неуклонный прогресс послужил основой нового рекордного результата.

Как обычно, для успешного проведения новой скоростной проходки был всесторонне проанализирован опыт предыдущей. Рекорд во многом предопределился тем, что были учтены достижения и недостатки скоростных проходок 1978—1979 гг. Так, электромеханический привод тюбингоукладчика, часто выходивший из строя, был заменён гидравлическим. Был внесён ряд усовершенствований в конструкцию механизированного щита. Коренной переработке подверглась система транспорта породы и материалов.

Важными факторами, способствующими решению задачи, были инженерная подготовка и материальное обеспечение. В подготовительный период были определены объёмы материалов, оборудования, изделий, необходимых для проведения скоростной проходки, установлены сроки обеспечения ими шахты, разработаны циклограммы, графики проходки и движения электровозов и рабочей силы, выполнения сопутствующих работ.

На основе опыта предыдущих скоростных проходок было выделено 3 ч в сутки для профилактического ухода за механизмами, что положительно сказалось на результатах — поломок в процессе работы почти не было. Приготовленное заранее необходимое количество взаимозаменяемого оборудования и запасных частей позволило быстро устранять неисправности. Были организованы звенья оперативно действующего обслуживающего персонала во главе со сменными механиками, работавшие как в тоннелях, так и на поверхности.

Учитывая довольно сложные для скоростного строительства условия трассы (наличие кривой в плане и уклон до 40 ‰), серьёзное внимание уделили горизонтальному транспорту породы и материалов. В проекте производства работ были точно размечены места разминовок, разработаны диспетчерские графики движения электровозов с учётом изменений длины откатки.

Бригада проходчиков ленинградского Метростроя, установившая мировой рекорд проходки (справа бригадир Э. Ф. Лубинский)

Для улучшения работы вертикального транспорта было проведено разделение грузопотоков породы и материалов со специализацией клетей. На шахте 321 в стволе диаметром 6 м, в котором обычно размещается двухклетьевой подъём, удалось разместить третью клеть. Для этого требовалось очень чётко и точно вести проходку ствола, так как малейшие отклонения от габаритов не позволили бы осуществить это мероприятие. Применение трёхклетьевого подъёма на скоростной проходке полностью себя оправдало. Две клети работали на выдаче породы, третья служила для спуска и подъёма людей и материалов.

Шахтный подъём был оснащён новыми подъёмными машинами серии 2Ц-2-1,1, отличающимися от прежних большими техническим возможностями, машинами более современными и удобными, оборудованными устройствами автоматического ускорения и торможения, что облегчило работу машинистов шахтного подъёма и увеличило производительность ствола. С целью сокращения сроков обмена вагонеток на поверхности горный комплекс был оснащён четырьмя бункерами для породы, с расстановкой их по схеме прямого обмена, когда порожняя вагонетка выталкивает гружёную и занимает её место. Эти инженерные мероприятия позволили обеспечить чёткую и ритмичную работу шахтного конвейера и дважды достичь максимальной скорости — 20 пог. м в смену.

В целях обеспечения бесперебойной работы проходчиков был внесён ряд изменений в маркшейдерское обслуживание щитовой проходки. Если при щитовой проходке с обычной скоростью сменный маркшейдер успевает определить положение щита и имеет время для проведения комплекса работ по полигонометрии, разбивочным работам и деформационным наблюдениям, то в условиях скоростной проходки, когда за смену производится до 40 передвижек щита, всё рабочее время сменного маркшейдера уходит на ведение щита. Исходя из этого, были созданы две маркшейдерские группы по обслуживанию скоростной проходки. Первая занималась только ведением щита, вторая — полигонометрией, выноской сигналов, съёмкой тоннеля за проходческим комплексом, деформационной съёмкой.

Для ведения щита по проектной трассе был изготовлен новый щитовой прибор, снабжённый зрительной трубой 30-кратного увеличения. Такой прибор значительно облегчил и сократил работу по выноске осевых сигналов. Намеченные мероприятия и выбранная методика маркшейдерских наблюдений позволили определять положение щита в плане и профиле с минимальными затратами времени при всех его передвижках и провести щит по проектной трассе с самой высокой точностью.

На совещаниях штаба, руководимого партийным комитетом Ленметростроя, регулярно подводились итоги этапов подготовки. Серьёзное внимание уделялось организации социалистического соревнования за право участвовать в скоростной проходке. Победителем соревнования стал комсомольско-молодёжный коллектив комплексной бригады Э. Ф. Лубинского. В звеньях бригады была обеспечена полная взаимозаменяемость профессий. Всех работников участка ознакомили с проектом производства работ, графиками и циклограммой проходки. На рабочих местах были вывешены плакаты, лозунги и таблицы с указанием конкретных задач и сроков выполнения отдельных этапов подготовки и проведения скоростного строительства.

Важнейший вывод, который можно сделать по итогам скоростной проходки, сводится к следующему: для того чтобы устанавливать рекорды скорости проходки, то есть решать новые, более серьёзные задачи, необходимо предыдущие рекорды сделать нормой. Практика скоростных проходок с особой наглядностью выявляет узкие места. Последняя скоростная проходка также выявила ряд недостатков, например неудовлетворительную механизацию рудничного двора, малоэффективность толкателей.

Высокие скорости, полученные при проходке перегонного тоннеля, позволяют ставить вопрос о сокращении сроков строительства метрополитена, тем более что в настоящее время уже ведутся работы по созданию механизированного агрегата для разработки породы и монтажа верхнего свода односводчатой станции. Это даст возможность механизировать работы почти в полном объёме и на станциях.

С целью дальнейшего совершенствования работ по сооружению перегонных тоннелей создаётся автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП). Внедрение этой системы позволит заменить тяжёлый труд на проходке тоннелей операторским. Работа разбита на несколько этапов, первый из которых должен быть выполнен в 1982 г. На этом этапе труд маркшейдера и машиниста щита возьмёт на себя управляющая ЭВМ. Должна быть автоматизирована и погрузка породы. Параллельно с этим намечено механизировать операции по подаче и монтажу кольца, которыми будет руководить один человек с пульта. На следующих этапах автоматизация должна охватить и все другие операции, включая откатку породы и выдачу её на поверхность.

В общем комплексе работ по ускорению ввода участков метрополитена необходимо решить задачу механизации строительства притоннельных сооружений. Предполагается создать механизм для проходки выработок малой протяжённости, который можно было быстро монтировать и демонтировать.

Серьёзными препятствиями на пути сокращения сроков строительства метро являются проходка выработок и прокладка инженерных коммуникаций, возведение различных фундаментов на поверхности в мёрзлых и искусственно замороженных грунтах. Специалисты Ленметростроя в содружестве с учёными Ленинградского горного института работают над созданием машины для размораживания грунтов в пределах разрабатываемого сечения. Решается и ряд других проблем по ускорению строительства метрополитенов.

У коллектива ленинградских метростроевцев есть все основания быть уверенными в успешном решении важной технической и социальной задачи — задачи повышения скоростей и сокращения сроков строительства метрополитена.

Эффективные конструкции на строительстве Ленинградского метрополитена

Г. А. Фёдоров

Автор Г. А. ФЁДОРОВ, начальник ленинградского Метростроя, лауреат Государственной премии СССР

Ещё в годы строительства первой очереди Ленинградского метрополитена у ленинградских метростроевцоев выработалась традиция — из года в год, от участка к участку внедрять новые, более совершенные конструкции и методы возведения подземных и наземных сооружений, повышая производительность труда, сокращая сроки строительства и стоимость линий метрополитена. В первые десятилетия благодаря содружеству проектных и научно-исследовательских организаций, институтов и заводов Ленинграда был создан и внедрён ряд новых проходческих механизмов и конструкций, позволивших улучшить методы строительства метрополитена. В их числе в первую очередь следует назвать механизированный проходческий щит для перегонных тоннелей, железобетонную обделку из высокопрочного бетона марки «600», оборудование автоматического управления движением поездов на основе централизованной программно-моделирующей системы и многое другое.

В эти годы были разработаны основные решения принципиально новых высокоэффективных конструкций сооружений и горнопроходческого оборудования, которые нашли самое широкое применение в проектах Ленинградского метрополитена на одиннадцатую и двенадцатую пятилетки. Подавляющее число этих решений внедрялось и осваивалось в годы девятой пятилетки при сооружении четвёртого участка Кировско-Выборгской линии. Дальнейшее развитие и расширение областей применения новых конструкций не прекращается.

Совершенствование конструкций, снижение стоимости, металлоёмкости и трудозатрат на монтаж обделки перегонных тоннелей привело к разработке и внедрению сборной железобетонной обделки из блоков простой формы, собираемых с обжатием в породу. Такая обделка немедленно вступает в совместную работу с грунтом. Вследствие ликвидации зазоров между грунтом и обделкой в процессе обжатия устраняется возможность проседания кровли выработки и осадок дневной поверхности, отпадает необходимость в сдерживающем темп проходки мокром процессе заполнения зазора. По сравнению с ранее применявшейся обделкой обычного типа экономится до 100 кг металла на 1 пог. м, на 15,6 % уменьшается стоимость, значительно снижается трудоёмкость монтажа. Время, затрачиваемое на сборку кольца обделки при проходке механизированным комплексом КТ-1-5,6, доведено до 7—8 мин.

Новый тип высокоэффективной обделки, простой в изготовлении и сборке, в сочетании с усовершенствованным механизированным проходческим комплексом позволил значительно повысить скорость проходки перегонных тоннелей в условиях Ленинграда. Применяя эту обделку при сооружении перегонного тоннеля между станциями «Удельная» и «Пионерская» на Московско-Петроградской линии, ленинградские метростроевцы в декабре 1980 г. — январе 1981 г. установили наивысшее достижение скорости проходки — 1250 пог. м готового тоннеля за 31 рабочий день. Максимальная суточная скорость проходки составила 48 м, а максимальная сменная — 20 м. Скорости проходки при рядовых условиях приближаются к техническим паспортным — 350 пог. м в месяц, а часто и превышают их. Блочная, обжатая в породу железобетонная обделка стала основным типом обделки, применяемой при сооружении перегонных тоннелей Ленинградского метрополитена.

Творческий поиск новых, более современных конструкций станций метрополитена на рубеже девятой и десятой пятилеток завершился созданием принципиально новых типов односводчатой и колонной станций, коренным образом отличающихся от ранее построенных. В основу конструкций односводчатых станций заложена реализация принципа обжатия обделки в породу для сводов большого пролёта. Успешное применение такой обделки при сооружении перегонных тоннелей выявило значительные преимущества такой технологии возведения подземных конструкций. Однако применение её для большепролётных сводов требовало серьёзных проработок и дальнейших усовершенствований. Строительству первых станций со сборной обделкой, обжатой в породу, предшествовали большие исследования по вопросам статической работы конструкций. Конструкция станции была многократно испытана на моделях методом эквивалентных материалов. Исследования и испытания убедили в надёжности и долговечности принятых в проекте конструктивных решений.

В поперечном сечении станция представляет собой однопролётный свод, опирающийся на массивные бетонные опоры. Замыкающий конструкцию обратный свод является одновременно распоркой для боковых опор. В центральной части станции располагается пассажирская платформа. Под ней и частично на её уровне размещаются служебные и технические помещения.

Новое решение предоставляет неограниченные возможности раскрытия большого пространства для архитектурного оформления станции, позволяет использовать разнообразные приёмы освещения и тематической отделки торцов и путевых стен. Перекрытие всей ширины станции одним сводом создаёт благоприятные условия для замены ручного труда проходчиков механизированным. Так, при строительстве первых станций из общего объёма грунта 30 тыс. м³ около 60 % (ядро и лоток) разрабатывалось механизированным способом — с помощью электрического экскаватора-ковша активного действия. В дальнейшем в процессе совершенствования конструкций, методов сооружения и средств механизации предполагается практически весь объём станционного узла разрабатывать механизированным способом. С этой целью отрабатывается технология сквозной проходки боковых тоннелей механизированными комплексами в едином цикле с примыкающими перегонными тоннелями и интенсивно ведутся работы по созданию агрегата для механизированной проходки верхнего свода.

Заложенные в конструкции технологические возможности позволили организовать процесс сооружения станции по поточному принципу, с совмещением всех основных циклов, что намного сокращает сроки строительства. Так, первая опытная станция указанной конструкции — «Площадь Мужества» — была построена за 25 месяцев, в то время как станции других типов возводились за 36—40 месяцев.

Следует особо остановиться на качественных характеристиках конструкции односводчатых станций. В результате практически немедленного введения свода в плотный контакт с окружающим массивом, а также благодаря предварительному напряжению с усилием величиной примерно 40 % от нормальной силы, вызываемой горным давлением, процесс стабилизации конструкции и вступления её в совместную работу с грунтом протекает в очень короткие сроки. После обжатия полностью прекращаются деформации свода, а следовательно, и деформация окружающего массива грунта и поверхности. Опыт сооружения в Ленинграде односводчатых станций показывает, что их конструкция позволяет осуществлять строительство в районах плотной городской застройки без угрозы опасных деформаций наземных зданий и сооружений.

Существенным качественным и одновременно экономическим фактором строительства односводчатых станций является значительная экономия дефицитного металла. Суммарный расход его на односводчатую станцию для восьмивагонных составов немногим выше 1600 т, и экономия на одну станцию составляет около 8 тыс. т.

В основу конструкций нового поколения станций колонного типа положен принцип шарнирного опирания сводов на несущие металлоконструкции. Такое решение исключает растягивающие напряжения в несущих элементах и практически обеспечивает идеальную работу конструкции. Это позволило применить сборную железобетонную обделку вместо чугунной и облегчённые металлоконструкции из высокопрочной низколегированной стали 09Г2С. Отказ от чугунной обделки боковых тоннелей и среднего свода и замена их железобетонными дают экономию чугуна до 8 тыс. т на одну станцию.

На традиционных станциях колонного типа колонны опираются на сплошную железобетонную плиту, так что использовать пространство под платформой для служебных помещений не представляется возможным. В новой конструкции стальные колонны опираются на нижний монолитный железобетонный прогон, который, в свою очередь, шарнирно опирается на блоки нижней части обделки. Такое конструктивное решение позволило получить под платформой дополнительный объём и использовать его для служебных помещений.

В разрабатываемых проектах новых линий предусматриваются преимущественно односводчатые станции. При этом предусматривается совмещение всех элементов станционного узла в едином объёме, под одним общим сводом. Это позволяет вести работы по единой отработанной технологии, с помощью единого комплекса механизмов, использовать однотипные конструктивные элементы и, таким образом, ещё выше поднимать качество сооружений, сокращать трудозатраты и сроки строительства. Первыми такими узлами являются станции четвёртого участка Московско-Петроградской линии.

При строительстве Ленинградского метрополитена применяются и другие прогрессивные и эффективные конструкции. Примером могут служить армоцементные конструкции, в частности крупноэлементные водозащитные зонты для станций и эскалаторных тоннелей. Эти конструкции, монтируемые в виде трёхшарнирных арок, не связанных с основной несущей обделкой, обладают высокими технологическими, эксплуатационными и архитектурными качествами. На их работу не влияют деформации основной несущей обделки тоннеля, они требуют минимума затрат труда при монтаже и отделке, изготовляются на механизированной поточной линии. Достаточно сказать, что монтаж зонтов в эскалаторном тоннеле длиной более 100 м при нормальной организации работ продолжается менее десяти суток, а полная их отделка занимает меньше недели. Работникам служб эксплуатации не приходится производить ремонтных работ даже в период активного размораживания и деформации наклонного хода.

Можно привести немало примеров применения прогрессивных конструкций, материалов и средств механизации, позволяющих осуществлять строительство метрополитена в Ленинграде на высоком техническом уровне и с отличным качеством. Решающим условием технического прогресса является тесная творческая работа коллективов строителей, проектировщиков, эксплуатационников и научных организаций, направленная на достижение наивысшей эффективности и качества строительства.

Часть 5


[1 наблюдающий участник] 
Эта страница последний раз была изменена 1 мая 2015 в 17:18, автор изменения — участник Энциклопедия нашего транспорта Anakin. В создании приняли участие: участники Энциклопедия нашего транспорта Workweek и E69
info2008 ≤co-бa-кa≥ nashtransport.ru
«Наш транспорт» © 2009—2017
Rambler's Top100