Открытый способ строительства тоннелей

Открытый способ строительства

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).

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.

Реклама

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 .

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

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

Методы строительства тоннелей

Методы строительства тоннелей

Наша компания АО «ГеоСпецСтрой» предлагает свои услуги по строительству пешеходных тоннелей разнообразного назначения, в том числе строительство тоннелей для коммуникаций.

Тоннель подразумевает под собой искусственно созданное пустотное пространство вытянутой формы, которое проложено в горной породе. В случае, если порода твердая, то проход не закрепляется, а в случае с рыхлой породой – создается необходимость в дополнительных искусственно созданных закрепительных сооружениях. Данные возведенные конструкции называют обделкой. Именно они берут на себя большую часть горного массива, а также принимают участие в гидроизоляции. На выходах и входах конструируются так называемые порталы. В большинстве случаев они могут иметь даже архитектурный вид.

Методы строительства тоннелей

Существует несколько основных методов строительства тоннелей: открытый и закрытый. Закрытый способ применяется для прокладки проходов большой глубины (более 20 метров). Открытые методы используются для прокладки неглубоких тоннелей. Большим преимуществом является низкая цена данного метода, но в то же время необходимо как можно дальше отвести от места строительства, расположенных на их территории, коммуникаций и транспортного сообщения.

Открытые способы прокладки тоннелей

Использование открытого способа строительства тоннелей подходит для рытья коридоров.

Котлованный метод – роется траншея по ширине и глубине строящегося объекта. Стены могут быть искусственно укреплены или быть в соответствии с естественным залеганием камней. После обделки тоннеля ямы засыпают. К слову, этот метод использовался при строительстве метро в Берлине.

Щитовой способ построения тоннелей – использование прямоугольного экрана для разделения.

Траншейных метод часто используется при укладке тоннелей для пешеходов. Он состоит в том, чтобы выкопать траншею по частям.

Закрытые способы прокладки тоннелей

Выбор способа строительства тоннеля зависит от вида породы, через которую придется осуществлять прокладывание тоннеля и назначения объекта. Строительство транспортных тоннелей часто осуществляются закрытыми методами.

При горном способе основным элементом проникновения является размещение взрывчатых веществ и осуществление прогонного взрыва. Фрагменты разбитой породы удаляются на поверхность.

Комбайновый тип прокладки также основан на принципе разрушении камня. Однако для этого используется специальное оборудование – комбайны для рытья тоннелей. Как и предыдущий, этот метод применяется в случае твердых и средних пород.

Новоавстрийский способ строительства тоннелей был применен для мягких и ломаных пород. Данный способ основан на принципе создания временных укреплений путем набрызгивания бетона на поверхность камня так же, как и усиление анкерами.

Щитовый способ основан на использовании тоннельного щита, который используется при прокладке по всему участку, после чего проводится обделка. Этот метод также применяется для рыхлых и трещиноватых пород.

При наличии высокой степени обводненности, неустойчивости рельефа и наличии агрессивных сред используются специфические 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.

Таким образом, строительство транспортного туннеля может быть выполнено различными способами, что зависит от заданных задач и характеристик почвы. Самые распространённое назначение – железнодорожные туннели и метро.

Источник

Строительство транспортных тоннелей

В начале 20-го века в связи с увеличением автомобильного, железнодорожного и прочих видов транспорта встал вопрос о снижении трафика и создании дополнительных транспортных развязок. В это время началось интенсивное строительство транспортных тоннелей: Московского, Петербурского, Нижегородского метрополитена и множества мелких наземных, подземных сооружений.

Технология строительства транспортных тоннелей

Тоннели – это наиболее сложный вид дорожного строительства. Для реализации проекта необходимы геологи, геодезисты, проектировщики, дорогостоящие машины и оборудование, квалифицированные рабочие.

Выбор способа строительства, глубины, длины зависит от климатических, топографических и геологических условий местности. Подземная дорога может пересекать любые труднопроходимые отрезки пути. Тоннели стоят сквозь непреодолимые препятствия рельефной местности, под водой, где мосты мешали бы судоходству, под городскими постройками (метрополитен), в скальных грунтах.

Строительство транспортных тоннелей производится открытым и закрытым способом. Иногда два способа комбинируются.

Открытый способ

Этот способ применяется для неглубокого залегания тоннеля на глубине 10-15 м. Он более дешевый и менее трудоемкий, чем закрытый способ. Технология предусматривает рытье котлована, укрепление стенок и обратную засыпку. Кроме основных работ по строительству также необходимо переносить существующие инженерные коммуникации, укреплять грунты над проходкой.

Существует несколько распространенных методов. В их число входит:

• Котлованный метод. Наименее трудоемкий способ, который обеспечивает самые благоприятные условия для затвердения бетона, укладки гидроизоляции. Согласно технологии на всю длину тоннеля откапывается котлован, по дну котлована шагом 1-2 м забиваются сваи. Стены котлована оставляют под углом естественного откоса без крепления (если позволяет местность) или укрепляют вертикально временной крепью. Стандартным способом возводится обделка, а затем вся конструкция засыпается грунтом. Возможна укладка готовых монолитных конструкций на всю длину тоннеля. Метод использовался в метростроении Берлина, поэтому иногда его называют «берлинским».
• Щитовой метод. При возведении тоннеля применяется передвижной щит с механизмами для разработки грунта и без. В последнем случае разработка ведется вручную, а оборудование выполняет функцию рабочих подмостей и двигающейся крепи. Механизм представляет собою чаще всего цилиндрический корпус, под защитой которого ведутся работы. Форма щита соответствует будущему поперечному сечению тоннеля.
• Траншейный метод. Он заключается в рытье проходки по частям. Для вертикальных стен используют метод «стена в грунте». Его суть заключается в том, что до начала работ по периметру будущего поземного сооружения выбуривают небольшие траншеи шириной 0,4-1 м, длиной до водоупора. Пустоты траншей заполняются раствором глины, что укрепляет стенки. В процессе возведения крепи глинистый раствор заменяется монолитным или сборными железобетонными конструкциями.

В случае сильно обводненных грунтов, трещиноватых скальных грунтов, песчано-глинистой почвы и прочих неустойчивых геологических условий применяются специальное укрепление грунтов. К числу укрепления относят: водопонижение, замораживание грунта, цементация скальных пород, химическое закрепление, метод сжатого воздуха, пр.

Закрытый способ

Закрытый способ более трудоемкий и опасный. При этом способе бурение производятся на глубине от 20м, при невозможности проведения работ открытым способом – на мелком залегании проходки 10-15м. Строительство ведется одновременно на нескольких отрезках будущей проходки, что ускоряет сдачу в эксплуатацию. Разработку грунта, обделку ведут краев от каждого ствола до встречи к соседним стволам, т.е. до сбойки отдельных участков.

Метод предусматривает создание выработки – искусственной пустоты в земле, укрепление стенок рошпанами (поперечиной, соединяющей рамы), гидроизоляционные работы. После прокладки тоннеля его внутренние стены обшивают чугуном, сталью или укрепляют железобетоном, бетоном.

Для ведения проходческих работ в зависимости от размера тоннеля, инженерных условий используются различные методы:

• Щитовой метод. Согласно технологии используется передвижной щит механизированного или немеханизированного типа выемки грунта. Не механизированный метод менее продуктивен и используется в тоннелях длиной до 1-1,5 км.

В процессе обустройства подземного сооружения производится механическая выемка грунта, разработанный грунт попадает на ротор с резцами, потом на конвейер и транспортируется на вагонетки. Скорость механизированной проходки составляет до 1200 м за месяц. В агрессивных и неустойчивых средах используются щиты с активным пригрузом. Во время работы укрепляется тоннельная обделка. Она может быть выполнена с помощью подачи бетона, сжатого воздуха, уплотнения грунта. Активный пригруз создается в призабойной зоне.

Справка. Первый проходческий щит был спроектирован в 1825 г. при сооружении метрополитена под Темзой. Его создал Марк Брюнель, когда наблюдал за корабельным червем. Изобретатель заметил, что голова червя была покрыта панцирем. С помощью зазубренной челюсти он буравил дерево. Углубляясь, червь оставлял за собой на стенках хода защитный слой извести.

• Метод сплошного забоя. Разработка грунта производится сразу на полное сечение проходки, по стенам крепится деревометаллическое крепление для временной защиты на время обустройства тоннельной обделки.
• Горный метод, основанный на последовательной выемке грунта частями с установкой крепежей из дерева. Под защитой крепежа также обустраивается обделка тоннеля.

В зависимости от существующей грунтовой породы выбирают ту или иную технологию.

Методы строительства транспортных тоннелей для устойчивых скальных и среднекрепких грунтов:

• Горный метод с использованием буровзрывной техники. Забой бурится шпурами с взрывчатым веществом. После взрыва разрушенная порода транспортируется на поверхность. Устраивается временная крепь, поверх которой наносится слой из стальной арки и железобетонная или бетонная обделка.
• Комбайновый метод. Он отличается способом разработки грунта. Выемка производится частично специальными комбайнами с различными типами ножей для дробления.
• Новоавстрийский метод. Наиболее экономичный и распространенный метод, отличающийся низкой материалоемкостью. Он широко применим для городских тоннелей местного заложения. После создания проходки идет работа с образованием временной крепи на прилегающей грунтовой массе: укрепление анкерами в шахматном порядке, армирование. Основную нагрузку принимает на себя грунтовый массив. При этом постоянную обделку (нанесение внутреннего слоя бетона набрызгом толщ 10-35 см, и нанесение наружного слоя бетона толщ. 5-15 см) можно начинать на значительном удалении от забоя после того, как исчерпала себя временная крепь. Бетонные работы организовываются сразу по всей площади сечения тоннеля.

В слабых обводненных, агрессивных средах применим:

• Щитовой метод с использованием пригруза в зоне забоя.
• Применение сжатого воздуха, замораживание, обетонирование грунтов, откачивание подземных вод в районе проходки.

Для неустойчивых, подверженных пучению, сильнотрещиноватых грунтов используется:

• Щитовой способ с использованием механизированной выгрузки грунта.
• Новоавстрийский метод с использованием податливого свода.

В горах наиболее распространен горный метод с применением буровзрыных работ, проходческих машин в щитах. Под водой используют опускные или щитовые секции. В черте города наиболее приемлемый открытый способ. В нестандартных условиях применяют способ продавливания проходки, закрепление химическими реагентами или водопонижение, замораживание грунтов.

Обделки автотранспортных тоннелей выполняют из металла (чугун, сталь) или монолита (железобетон, бетон). Сводчатые очертания – чаще всего из набрызг-бетона или бетонирования в опалубках. Круговые обделки стыкуют из отдельных металлических или железобетонных элементов ребристого или сплошного сечения. Прямоугольные обделки обустраивают в виде рамных конструкций из сборного или монолитного железобетона. Для наземных тоннелей в месте начальных и конечных порталов обустраивают ограждающие и несущие подпорные стены, архитектурно оформляют их. Подводные автодорожные и городские тоннели в большинстве случае проектируют в виде рампоконструкций переменной высоты.

Характеристика транспортных тоннелей

Основные технические характеристики транспортных тоннелей:

• размер продольного профиля, протяженность;
• количество полос движения (2,3, 4, 7, 6, 8);
• угол уклона (от 3 до 40‰, крайне редко до 60‰);
• форма поперечного сечения проходки (круговое, сводчатое, прямоугольное);
• траектория движения на участке (прямая, криволинейная с минимальным радиусом кривизны 250-400м);
• глубина залегания (неглубокая до 10м, глубокая свыше 10-12м).

Размер и форма выбирается согласно ГОСТ 24451-80 с учетом используемых механизмов, размещения эксплуатационных устройств, приближения строений.

Инженерные системы в тоннелях

Каждый тоннель для бесперебойной и безопасной работы проектируется с инженерными системами. Это:

• приточная и вытяжная вентиляции, дымоудаление;
• газоанализатор;
• электроосвещение; управление электроосвещением;
• пожарная защита;
• дренажная насосная станция для водоудаления;
• противогололедная система;
• система безопасности и управления дорожным движением;
• обмен данными через оптоволоконный кабель от контроллера до диспетчерского пункта.

Современные системы проектируются автоматизированными. Они могут управляться дистанционно и ручными методами.

Кроме того, по правилам техники безопасности в стенах тоннелей строятся ниши под оборудование пожарной защиты, сигнализации, электрощитовые, через каждые 100 м делают эвакуационные выходы.

Справка. Воздухообмен тоннелей достигает несколько тысяч м3 за секунду. Например, в автотоннеле Сен-Готард приток воздуха 2150 м3/сек, что приравнивается к пересечению тоннеля 1850 машин за час.

Самые длинные и глубокие тоннели

Самым длинным туннелем в мире считается Делавэрский акведук, который расположен в штате Нью-Йорк США и построен в 1945 г. Его длина составляет 137 000 м. Это основной водопроводный тоннель штата, который пробурен через скальные породы.

Готардский тоннель, Швейцария (57 091 м) – самый длинный автотранспортный тоннель в мире. С северного конца он выходит возле деревушки Эрстфельд, а южный выход расположен возле поселка Бодио. Благодаря новой транспортной ветке время пребывания в пути от Цюриха до Милана сократилось на 1 час. Он представляет собой 2 параллельные линии для двухстороннего движения, соединенные галереями. Открыт в 2016 г.

Самый длинный метрополитен в мире Гуанчжоу, построенный в Китае в 2010г. Его протяженность – 60 400 м.

В России самая протяженная подземная дорога – это Московский метрополитен. Его длина составляет 37800 м. Он считался самым длинным метро в мире с 1978 по 1984 г., с 1990 по 1995 г..

Эйксуннский автодорожный тоннель считается самым глубоким в мире. Он проходит по дну Стурь-фьорда в норвежской провинции Мёре-ог-Румсдал, соединяет города Эйксунн и Рьянес Тоннель уходит в глубину на 287 м.

Источник