ОТКРЫТЫЙ СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА подземных сооружений (а. surface method of соnstruction of underground facilities; н. offene Bauweise im Tiefbau; ф. соnstruction des ouvrages souterrains par la methode a ciel ouvert; и. metodo abierto de соnstruccion de las obras subterraneas) — комплекс взаимосвязанных производственных процессов по сооружению подземных выработок со вскрытием дневной поверхности (до глубины 10-20 м, иногда до 60 м) для размещения в них различных народно-хозяйственных объектов (например, метрополитенов, подземных электростанций, гаражей, складских помещений).
Различают котлованный и траншейный способы строительства подземных сооружений. Котлованный способ предусматривает возведение подземных конструкций в предварительно вскрытых котлованах с обратной засыпкой их грунтом и восстановлением дорожного покрытия над подземным сооружением.
В устойчивых грунтах и при наличии свободной городской территории возможно вскрытие котлованов с естественными откосами крутизной 1:0,75-1:1,5 без специального крепления стен. В большинстве случаев стены котлована делают вертикальными с ограждением их временной или постоянной крепью. В грунтах естественной влажности или осушенных водопонижением чаще всего устраивают крепление из металлических свай, между которыми устанавливают затяжку из досок, железобетонных плит или наносят покрытие из набрызг-бетона. В водонасыщенных грунтах, когда нельзя применить искусственное водопонижение, устраивают сплошное шпунтовое ограждение котлована или производят искусственное замораживание его стен (см. Замораживание грунтов).
Микротоннелирование с продавливанием
При большой глубине котлована требуется дополнительное раскрепление свай поперечными металлическими распорками-расстрелами трубчатого или прокатного профиля в один или несколько ярусов по высоте. Взамен распорной системы крепления в отдельных случаях применяют предварительно напряжённые анкеры (грунтовые, буровые, инъекционные, цилиндрические и др.). Для ограждения стен котлованов взамен забивных металлических свай и шпунта могут применяться бетонные буронабивные сваи или опущенные в заранее пробуренные скважины железобетонные сваи-стойки различного поперечного сечения. Между железобетонными стойками устраивают ограждение из стеновых панелей или монолитного железобетона, которое включают в состав постоянной конструкции подземного сооружения.
Работы по строительству подземных сооружений котлованным способом ведут по поточной технологии: забивка свай, разработка грунта в котловане с помощью экскаватора, устройство затяжки, установка распорной или анкерной крепи, возведение конструкции и её гидроизоляция (или установка блоков цельносекционной обделки тоннелей), засыпка её грунтом и извлечение свай или шпунта. При строительстве городских тоннелей мелкого заложения открытым способом строительства применяют подвижную металлическую крепь (механизированный комплекс со щитом открытого профиля), перемещающуюся с использованием гидравлических домкратов путём отталкивания от опускаемой сзади щита секции цельнозамкнутой обделки тоннеля (см. Щит проходческий). Работы с применением подвижной крепи ведут в любых нескальных грунтах, за исключением плывунных и илистых, при глубине котлована до 10-12 м и площади его поперечного сечения до 100 м 2 .
Строительство и реконструкция тоннелей
Траншейный способ работ («стена в грунте») используют чаще всего при расположении подземных сооружений в непосредственной близости от зданий или их фундаментов, а также в условиях интенсивного уличного движения. Принцип его заключается в разработке по контуру будущего сооружения траншей, в которых возводят конструкции стен, а затем ведут разработку грунтового ядра.
Для разработки траншей шириной 0,5-0,8 м применяют бурофрезерные механизированные траншеекопатели (глубина до 50 м), буровые агрегаты (глубина до 60 м), специальные штанговые экскаваторы и траншейные драглайны (глубина до 20 м), грейферы различных типов, подвешенные на стрелах или телескопической мачте к экскаватору (глубина до 30 м). Для крепления траншей используют глинистый раствор (бентонитовую суспензию), плотность которого определяют из условия, чтобы давление раствора на стенки траншеи превышало активное давление грунта и воды.
В закреплённую глинистым раствором траншею опускают арматурные каркасы и бетонируют конструкции стен, вытесняя глинистый раствор бетонной смесью. Технология укладки бетонной смеси такая же, как и при подводном бетонировании с применением трубы и с использованием вибробункера, башенного крана, ковша-бункера, укладчика с телескопической стрелой. В ряде случаев применяют также сборные железобетонные панели, опуская их в заполненные глинистым раствором траншеи. При траншейном способе стены являются одновременно крепью и конструктивным элементом подземного сооружения.
При строительстве одноярусных сооружений (тоннели) разработку грунта производят экскаватором в один приём после окончания возведения стен, при многоярусных сооружениях (гаражи и др.) грунтовое ядро разрабатывают последовательно сверху вниз. Одновременно с разработкой грунта производят крепление траншейных стен в основном анкерами или в каждом ярусе подземного сооружения возводят межъярусные перекрытия, выполняющие роль распорок между стенами.
Источник: www.mining-enc.ru
Конструкции перегонных тоннелей, сооружаемых открытым способом
Линии метрополитенов мелкого заложения имеют неоспоримое преимущество по сравнению с линиями глубокого заложения в обслуживании пассажиров. Тоннели мелкого заложения сооружают открытым способом со вскрытием земной поверхности сразу на всю ширину разрабатываемого под обделку котлована или же по частям, при сооружении тоннелей траншейным способом. Трудоемкий траншейный способ применяют лишь в тех случаях, когда невозможно вскрыть котлован сразу на все сечение тоннеля. При этом способе конструкция обделки перегонного тоннеля должна обеспечивать возможность ее возведения по частям; она состоит из бетонных стен, перекрытия и лотка.
Сооружение тоннеля траншейным способом начинается с разработки траншей на всю глубину тоннеля, возведения стен, затем перекрытия и, наконец, лотка. Наиболее ответственными и сложными при этом являются работы по устройству наружной оклеечной гидроизоляции. Дальнейшее развитие траншейный способ получил в последнее время при сооружении перегонных тоннелей Киевского метрополитена.
К разновидности траншейного способа можно отнести также так называемый Миланский способ сооружения тоннелей мелкого заложения в условиях тесной городской застройки; в последнее время этот способ получил большое распространение за рубежом.
Наиболее распространенным при сооружении тоннелей мелкого заложения является открытый способ с разработкой котлована сразу на полное сечение. Порядок сооружения тоннелей мелкого заложения открытым способом состоит в том, что вначале с поверхности земли над будущими стенками тоннеля прорывают разведочную траншею и забивают в нее через 1—2 м друг от друга двутавровые стальные сваи (№ 45—55) на глубину 3—5 м ниже лотка тоннеля. Затем экскаваторами разрабатывают котлован, стенки которого по мере его углубления закрепляют горизонтальной затяжкой из досок, заводимых за полки двутавровых свай. Сваи раскрепляют раздвижными металлическими распорками и подкосами, которые, располагаясь выше перекрытия обделки и придавая креплению котлована надлежащую прочность, обеспечивают возможность механизированной разработки породы и возведения обделки индустриальными методами.
В этом случае применяется наиболее распространенная и достаточно надежная наружная оклеечная гидроизоляция (рис. 32), состоящая из трех-четырех слоев гидроизоляционного оклеечного материала, наклеиваемого под лотком тоннеля на специальную бетонную подготовку, а в пределах стен обделки — на предварительно устроенную защитную стенку из плит различных материалов. Пространство между защитными стенками и затяжкой котлована по мере бетонирования стен засыпают песком для того, чтобы по окончании работ было возможно извлечь металлические сваи без повреждения гидроизоляции тоннельной обделки.
После возведения перекрытия на него наклеивают гидроизоляционный слой, укладывают защитный слой, затем котлован засыпают и открывают над тоннелем уличное движение. Этим способом ранее возводили обделки со стенками и лотком из монолитной кладки (бетона) и металлического или железобетонного перекрытия.
В большинстве случаев обделки тоннелей мелкого заложения устраивают двухпутными однопролетными ИЛИ С промежуточной опорой в междупутьи.
В дальнейшем стали применять такие обделки в виде замкнутых одно- или двухпролетных прямоугольных рам из монолитного железобетона (рис. 33) с расходом бетона около 10 м3 на 1 пог. м тоннеля
В последующие годы широкое распространение получили обделки из сборного и преднапряженного железобетона. На рис. 34 приведена конструкция унифицированной сборной железобетонной двухпутной обделки мелкого заложения для метрополитенов Советского Союза. Эта обделка состоит из восьми блоков (пяти типов), изготовленных из бетона марки 250. Перекрытие обделки образуется балками П-1 корытообразного сечения, опирающимися на специальные утолщения в стеновых блоках С-2 и С-3.
Лоток состоит из среднего блока Л-5, в специальный паз которого закрепляется утрамбованным жестким цементным раствором блок средней стены (С-3), и двух промежуточных блоков Л-4.
В лотковой части отдельные блоки имеют выпуски арматурных стержней, которые в последующем замоноличиваются. Ширина блоков П-1 и С-2 принята равной 1,5, а других блоков — 3 м. Швы между блоками перекрытия и лотка заполняются раствором на расширяющемся цементе. В вертикальных швах стеновых блоков устраивают цилиндрические пазы радиусом 2,5 см, которые после заполнения их цементным раствором образуют цилиндрическую шпонку.
В местах внутренних стыков обделки имеются канавки, которые в последующем зачеканивают расширяющимся цементом. Расход бетона на 1 пог. м тоннеля составляет 7,8 м3.
Несмотря на явные преимущества обделок из сборного железобетона, обеспечивающих высокую степень индустриализации строительства, эти конструкции не могут полностью удовлетворить запросам сегодняшнего дня. К числу недостатков сборных железобетонных обделок следует отнести: сложность изготовления и монтажа обделки из разных типов блоков; затруднительность ведения «мокрых» процессов по замоноличиванию стыков и отдельных сопряжений конструкций, особенно в зимних условиях; высокая трудоемкость работ по устройству оклеечной гидроизоляции на месте работ и др. Эти недостатки исключаются применением предварительно напряженных железобетонных обделок из готовых секций.
Цельносекционная обделка. Цельносекционная предварительно напряженная железобетонная обделка, как известно, более трещиностойка и водонепроницаема по сравнению с другими обделками.
В настоящее время строительная техника располагает весьма мощными механизмами для подъема и транспортировки крупных блоков весом свыше 50 т, длиной более 10—15 м. Это обстоятельство привело к широкому использованию крупнопанельных элементов при сооружении тоннелей мелкого заложения.
Обычно применяют прямоугольные цельносекционные железобетонные обделки (рис. 35) длиной 2 м под один или два пути; толщина перекрытия и лотков составляет 200 мм, стенок — 150 мм. Из двух таких однопутных секций может быть составлена обделка двухпутного тоннеля. Применяется также двухпутная обделка из цельномонолитных двухочковых рам (рис. 36) весом около 32 т.
Применение цельносекционных обделок при сооружении тоннелей открытым способом повышает производительность труда, снижает трудоемкость монтажа, позволяет отказаться от оклеечной гидроизоляции и получить конструкцию заводской готовности.
Значительные трудности возникают при сооружении тоннелей мелкого заложения при непосредственном их расположении под зданиями или другими сооружениями, тогда вышележащие фундаменты этих сооружений приходится опирать непосредственно на шинельную конструкцию или на специально возведенную для этого раздельную с тоннелем конструкцию. При непосредственном опирании фундаментов зданий на тоннельную обделку необходимо предусмотреть мероприятия по снижению вибраций и шума, вызываемых движущимися поездами. В некоторых случаях при сооружении тоннелей мелкого заложения вблизи зданий применяется искусственное укрепление грунтов в основании зданий или же устройство ограждающих стенок вблизи их фундаментов.
В подземных конструкциях, в частности, в перегонных тоннелях, сооружаемых открытым способом, необходимо устраивать температурно-усадочные и деформационные швы. Расстояние по длине тоннеля между температурно-усадочными швами следует принимать в бетонных монолитно-сплошных конструкциях 20 м, в сборных — 40 м. В обделках из монолитного железобетона это расстояние принимается 40—50 м, а из сборного железобетона — 60 м. На переходных участках с подземного на наземный эти расстояния сокращаются на 10—20 м.
Источник: fccland.ru
Строительство туннелей: способы и цели
Тоннелем называют горизонтальный или наклонный искусственный проход под землей. Такие объекты создаются для разных целей. Есть пешеходные, велосипедные, автомобильные, железнодорожные, тоннели подземных коммуникаций, метро, трамваев и т. д.
Наиболее «тоннельным» видом транспорта является метро. Большая часть его линий проложена проходах, которые могут находиться на разной глубине под землей. Автомобильные и железнодорожные тоннели прокладывают под горами и холмами, чтобы укоротить общую длину маршрута. Иногда бывает целесообразнее проложить тоннель, чем возводить мост.
История
Созданием этих объектов люди занимались с древних времен. Первые искусственные сооружения такого типа появились уже в каменном веке. В скалах прорубались пещеры, катакомбы, каменоломни, шахты рудников. Странами, где этим стали заниматься раньше, чем где бы то ни было, являлись Египет и Греция, а также города Рим и Вавилон.
Там тоннели рыли в целях добычи полезных ископаемых, при строительстве храмов, гробниц, прокладки водоводов. При работах использовались самые простые орудия, а скальные породы, в которых прорубали проход, не закреплялись.
Самый первый подводный тоннель был построен под рекой Евфрат в районе 2160 года до нашей эры.
Иногда строили тоннели и в Средневековье, преимущественно в военных целях. В поздней фазе Средневековья активно создавались судоходные проходы. Первый железнодорожный тоннель появился в 1826-1830 гг. А первый автомобильный был построен в 1927 году под рекой Гудзон.
В СССР особенно часто строились железнодорожные подземные сооружения. Их прокладывали через Урал, Кавказ, Крым. Строительство автомобильных тоннелей стало актуальным с увеличением числа машин после распада СССР.
Что из себя представляет?
Тоннель – это искусственная пустота вытянутой формы, проложенная в горной породе. Если порода прочная, то проход не закрепляют, а если рыхлая, то устанавливают искусственные закрепительные сооружения. Они называются обделкой и принимают на себя значительную часть горных нагрузок, а также участвуют в гидроизоляции. На входах и выходах сооружают так называемые порталы. Они могут иметь архитектурный вид.
Способы строительства туннелей
Существует два типа – закрытый и открытый. Первый способ используют для прокладки проходов на большой глубине (более 20 метров), а также для тоннелей мелкого заложения. Открытые применяют при прокладке неглубоких ходов. Плюсом этого способа является более низкая стоимость, а минусом – необходимость отведения от места стройки находящихся в ее зоне коммуникаций и транспортных путей.
Закрытые способы прокладки тоннелей
Выбор способа, по которому будут строить тоннель, зависит от типа породы, которую нужно будет прорывать, и назначения объекта. Закрытые способы часто применяют при строительстве тоннеля метро и железнодорожных тоннелей. Грунты могут быть крепкие, мягкие, трещиноватые, обводненные.
- При горном способе прокладки используются буровые и взрывные работы. Основным элементом проходки является заложение взрывчатого вещества и осуществление направленного взрыва. Обломки разрушенной породы удаляются из забоя на поверхность. Образующаяся полость сначала укрепляется, а затем осуществляется обделка. Используют этот способ в том случае, когда горные породы устойчивые и крепкие.
- Комбайновый тип прокладки также основан на разрушении породы. Однако для этого используют специальную тоннелепроходческую технику. Это так называемые комбайны для рытья тоннелей. Так же, как и предыдущий, этот способ применяют в случае высокой и средней крепости пород.
- Новоавстрийский метод строительства туннелей применяется для мягких и трещиноватых пород. Основан на создании временных креплений за счет набрызгивания на поверхность породы бетона, а также укреплении анкерами. Это повышает устойчивость свода в зоне забоя. Что же касается постоянной обделки, то она может выполняться на удалении от места забоя, для чего используют механизмы высокой производительности.
- Щитовый способ прокладки основан на использовании проходческого щита, которым выполняется прокладка тоннеля по всему сечению, после чего осуществляется обделка. Этот метод также применяется для рыхлых и трещиноватых пород.
- При наличии высокой степени обводненности, неустойчивости грунтов и наличии агрессивных сред используют специальные методы проходки. Для этого может применяться закрепление специальным раствором, замораживание, водоотведение, работа с сжатым воздухом. Также могут быть использованы щитовые методы, дополненные активным пригрузом забоя.
Открытые способы прокладки тоннелей
Применение открытого способа строительства туннелей целесообразно при рытье проходов мелкого заложения. При этом используют следующие технологии:
- Котлованный метод заключается в создании котлована на всю ширину и глубину строящегося объекта. Стены могут быть искусственно укреплены, либо соответствовать естественному залеганию пород. После обделки тоннеля котлован засыпают. Этот способ использовался при строительстве метро в Берлине.
- Щитовой способ строительства туннелей заключается в использовании прямоугольного щита для обделки.
- Траншейных метод нередко применяют при прокладке пешеходных тоннелей. Он заключается в рытье котлована по частям.
Заключение
Таким образом, строительство транспортного тоннеля может осуществляться разными способами, что зависит от поставленных задач и особенностей грунтов. Наибольшее распространение имеют тоннели железнодорожные и для метрополитена.
Источник: fb.ru