Строительство коммунальных тоннелей способы

§ 156. КОММУНАЛЬНЫЕ ТОННЕЛИ

Коммунальные тоннели (коллекторы) предназначены для размещения в них коммуникаций, обеспечивающих нормальную жизнь большого города. В число этих коммуникаций входят трубы водостока, канализации, водопровода, газопровода, теплосетей, а также кабели электросети и связи. При размещении их в тоннеле в отличие от укладки в отдельные траншеи повышается культура эксплуатации и отпадает необходимость во вскрытии поверхности улиц и тротуаров для ремонта и переустройства различных сетей.

Общая длина сети коммунальных тоннелей крупного города достигает нескольких сотен километров. В связи со стремлением разместить в одном тоннеле возможно больший комплекс коммуникаций площади поперечных сечений современных коллекторов достигают 16 м 2 . Поэтому доля подземного строительства, приходящаяся на коммунальные тоннели, настолько велика, что появилась необходимость внедрения в эту область наиболее прогрессивных конструкций и способов производства работ, применяемых при постройке метрополитенов, и особенно тоннелей-каналов больших сечений.

В зависимости от глубины заложения тоннеля и условий на поверхности строительство коммунальных тоннелей может выполняться открытым или закрытым способом.

Тоннели, сооружаемые открытым способом, имеют обычно прямоугольную форму поперечного сечения (рис. 569). Как правило, их строят из железобетонных унифицированных элементов заводского изготовления.

В зависимости от необходимой ширины коллектора L выбирают ближайшие типовые размеры плиты перекрытия 1 и лотка 3. При этом в определенном интервале изменения ширины тоннеля применяют стеновые блоки 2 одного и того же типа, так как они рассчитаны на максимальный пролет. Соединение элементов конструкции выполняют при помощи выпусков арматуры в их торцах с последующим их омоноличиванием.

В узких коллекторах лотковую плиту делают из монолитного железобетона.

При необходимости устройства коллектора большей ширины, чем максимальный однопролетный, применяют двух- и трехпролетные конструкции из аналогичных элементов. Из подобных же элементов с незначительными конструктивными изменениями выполняют камеры колодцев и узлы разветвления коллекторов.

Для коллекторных тоннелей, сечения которых значительно меньше, чем, например, тоннелей метрополитена, весьма перспективны цельносекционные обделки заводского изготовления, у которых стены, лоток и перекрытие образуют единую замкнутую раму. Шагом к созданию таких конструкций является объемная секция, собранная в заводских условиях из вибропрокатных плит 1 (рис. 570). Элементы секции соединены при помощи косынок жесткости 2, приваренных к закладным деталям.

Обделки заводского изготовления отличаются высокой водонепроницаемостью, которая еще более повышается при покрытии наружной поверхности тоннеля изолирующей мастикой. Швы между сборными элементами изолируют заполнением их битумно-минеральной массой, на две трети состоящей из мелкого минерального заполнителя (молотого мела или трепела). Используется также асбестоцементная масса. Кроме того, швы между верхними плитами перекрывают двумя слоями гидроизола.

Тоннели, сооружаемые закрытым способом, имеют, как правило, круговое очертание и сооружаются при помощи проходческих щитов. Диаметры обделок унифицированы в пределах 1,8—4,5 м (в свету).

Наибольшее распространение получили сборные обделки из железобетонных, бетонных и керамических блоков малых размеров, вес которых во многих случаях допускает ручную сборку колец. Многоблочные обделки отличаются большой деформативностью, снижающей точность сборки колец, и наличием большого числа швов, затрудняющих герметизацию конструкции.

Для снижения деформативности обделок из мелких блоков их проектировали из элементов, которые в замкнутом кольце заклинивали друг друга. Для тоннелей диаметром 1,80 и 2,25 м широко используют обделку, блоки которой имеют трапециевидную форму (рис. 571). Кольца этой обделки соединяют стальными нагелями, для которых в кольцевых бортах блоков устроены отверстия. Нагели закладывают из ниш в теле блоков с внутренней стороны тоннеля (на рис. 571 ниши условно заштрихованы).

Более прогрессивными являются обделки из сравнительно крупных железобетонных блоков (простой формы), подобных блокам, применяемым при строительстве тоннелей метрополитенов. Внедрение таких конструкций позволило использовать обжатие обделки в породу, выполняемое вдавливанием клинового блока или другими способами.

Большие перспективы имеет конструкция из монолитно-прессованного бетона, которая, начиная с 1965 г., успешно применяется при постройке коллекторных тоннелей. Материал такой обделки отличается большой плотностью и практически не требует дополнительных мер по обеспечению водонепроницаемости.

Гидроизоляция сборных обделок выполняется из рулонных материалов и поддерживается с внутренней стороны монолитной железобетонной оболочкой. Процесс устройства подобной гидроизоляции весьма трудоемок.

При сооружении коммунальных тоннелей закрытым способом, как правило, используется щитовая проходка. Кроме того, все чаще применяют устройство тоннелей способом продавливания, когда готовые звенья обделки перемещают в продольном направлении из рабочей камеры, в которой расположена силовая установка, состоящая из комплекта гидравлических домкратов. Важным достоинством способа продавливания является отсутствие осадок поверхности над тоннелем (см. § 100).

План трассы коммунальных тоннелей представляет собой ломаную линию, состоящую из прямолинейных участков. В местах перелома трассы располагают колодцы. Разветвление трассы устраивается также от колодцев. Продольный уклон коммунальных тоннелей принимается не менее 0,002 и в основном зависит от продольного уклона поверхности, под которой проходит тоннель.

Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены

Источник

Строительство транспортных тоннелей: сложности и технология процесса

Строительство транспортных тоннелей значительно отличается от возведения обычных дорог, так как добавляется сразу несколько ключевых факторов, от которых зависит прочность и безопасность сооружения. Несмотря на то, что эту задачу нельзя назвать новой (тоннели строят уже лет 200), проще она не становится.

И если факторы, связанные с природой, можно учесть заранее и принять соответствующие решения, то не всегда получается вовремя оценить нарушения технологии строительства. В нашей статье мы расскажем, как возводят транспортные тоннели, с какими сложностями приходится сталкиваться и какие проблемы возникают в процессе эксплуатации.

Сложности при проектировании и строительстве транспортных тоннелей

Тоннелем называется вытянутое искусственное сооружение (которое в длину намного больше, чем в поперечном сечении), расположенное под землёй горизонтально или под наклоном.

Транспортные тоннели на первый взгляд кажутся очень простыми сооружениями, но их строительство сопряжено со множеством проблем, у которых есть объективные причины.

Это, во-первых, постоянное воздействие давления при проходке тоннеля (если она ведётся горным способом), которое ещё и меняется с течением времени: когда освобождается контур выработки, давление минимально, но затем, по мере деформации горных пород, оно растёт. Возводимый транспортный тоннель может обрушиться внутрь выработки, если не предпринять шаги по предотвращению деформации массива.

Во-вторых, зачастую при строительстве транспортных тоннелей заранее не известно инженерно-геологическое состояние горного массива и условия, в которых предстоит работать.

Из-за этого сильно затянулось строительство, например, Северо-Муйского тоннеля в составе БАМа. В ходе работ обнаружилось, что скальные породы в этом месте пронизаны множеством трещин, сквозь которые в выработку просачивались пар и горячая вода. В таких условиях эффективно работать было, как минимум, затруднительно, а иногда и вовсе невозможно. Невысокие темпы строительства и низкая производительность труда при проходке выработки также были вызваны стеснёнными условиями и крайне ограниченным фронтом работ.

Ввиду этих особенностей строительства транспортных тоннелей, необходимо всестороннее обоснование выбора строительных технологий. В ходе строительства исполнителям следует строго следовать указаниям и рекомендациям технических условий, быть максимально собранными и ответственными.

Нюансы проектирования транспортных тоннелей

Как правило, проектирование транспортного тоннеля осуществляется в два шага. Вначале обследуют местность, где предполагается строить тоннель, и обосновывают выбранные решения технически и экономически. На основе полученных данных составляют технический проект, в котором, помимо плана, присутствуют поперечные и продольные сечения будущего сооружения, конструкции обделки, перечень используемых материалов, указываются места будущих стройплощадок и порталов, способы производства работ и их график с конечными сроками. Кроме того, необходимо ещё решить вопросы водо- и энергоснабжения, найти участки для размещения отвалов, проработать транспортные связи.

Технический проект строительства транспортного тоннеля всегда включает в себя сводную смету и отдельные сметы по каждому виду работ и объекту, присутствующему в плане.

Утверждённый техплан становится основой для рабочих чертежей, по которым будут вестись строительные и монтажные работы. Стараются максимально использовать типовые проекты, но с поправкой на местные условия строительства.

По сложности строительство подземного тоннеля значительно превосходит возведение наземных сооружений. Чтобы освободить место для тоннельной конструкции, нужно удалить огромную массу грунта и горной породы, и всё это – под горным давлением и в окружении подземных вод, которые могут затопить место строительства. Основная часть работ выполняется в тесной выработке, которую иногда дополнительно загромождает временная крепь. Как-то расширить фронт работ практически невозможно. Поэтому проходка тоннелей горным способом обычно осуществляется лишь в два забоя.

При строительстве транспортных тоннелей существенную роль играет организация работ: их сроки и стоимость должны быть чётко определены, порядок действий продуман.

Тоннельное строительство регламентируется, помимо утверждённого проекта, также правилами безопасности и актуальными техническими условиями. Обычно применяют поточный метод, при котором отдельные части возводятся последовательно, а работы идут непрерывно.

Проектировщики разрабатывают ПОС – проект организации строительства, который состоит из генплана, топографического плана местности (на нём обозначены все необходимые объекты), схем стройплощадок, схем механизации работ (надземных и подземных), пояснительной записки.

Транспортные тоннели входят в число особо сложных объектов капитального строительства. Проекты таких сооружений во многом определяются решениями, выбранными в проекте организации строительства.

В плане производства тоннельных работ содержится их календарный план и графики поставок (стройматериалов, оборудования, конструкций, трудовых ресурсов, энергии, транспорта), график использования основного строительного оборудования, технологические схемы работ, а также пояснительная записка.

План и проект необходимы для того, чтобы строительство, в том числе возведение транспортных тоннелей, велось согласно научной организации труда, позволяющей своевременно внедрять технические инновации, учитывать передовой опыт.

Цель проекта – построить тоннель в самые сжатые сроки. Чем быстрее строятся и вводятся в эксплуатацию подобные объекты, тем меньше расходы (которые находятся в прямой зависимости от длительности работ), а именно, издержки на оплату труда рабочего персонала, на содержание стройплощадок и административно-управленческих работников. До 60 % всех накладных расходов, связанных со строительством транспортного тоннеля, приходятся на эти виды затрат.

Технология строительства транспортных тоннелей

Климат, геологические и топографические условия местности определяют выбор технологий строительства, протяженность и глубину подземной транспортной артерии. Тоннели могут проходить сквозь труднопроходимый участок, местность со сложным рельефом, через скалу, под населённым пунктом со всеми его сооружениями (как тоннели метрополитена) или под водой (в тех местах, где надземный мост затруднил бы судоходство).

Существуют два способа строительства транспортных тоннелей: закрытый и открытый. В некоторых случаях их комбинируют.

Открытый способ

Тоннели с неглубоким, до 10-15 м, залеганием обычно строят открытым способом, который менее трудоёмок и относительно дёшев. Для тоннеля роют котлован, затем укрепляют его стенки и делают обратную засыпку. Комплекс строительных работ также включает в себя укрепление грунта под проходкой, при необходимости – перенос инженерных коммуникаций с участков, где они будут мешать тоннелю.

Технологических методов здесь несколько:

• Котлованный: самый незатратный в плане трудоёмкости, лучше всех позволяет уложить гидроизоляцию и забетонировать обделку. Данная технология предполагает рытьё котлована по всей длине будущего объекта. На дно на расстоянии одного-двух метров вбивают сваи. Стены не закрепляют, оставляя под углом естественного откоса (если это возможно в данной местности) либо укрепляют при помощи временной крепи. Обделка сооружается стандартным способом и засыпается грунтом. При необходимости всю протяжённость тоннеля можно покрыть монолитными бетонными конструкциями. Котлованный метод также носит название берлинского: при помощи него были построены многие тоннели метрополитена в Берлине.
• Щитовой: с использованием передвижного щита, который может содержать механизмы для разработки грунта (при их отсутствии почва разрабатывается вручную, а щит применяется как движущаяся крепь и рабочие подмостья). Обычно щит имеет форму цилиндра (в соответствии с будущим поперечным сечением тоннеля). Работы ведутся внутри него, под его защитой.
• Траншейный: тоннель проходят по частям. Вертикальные стены сооружают методом «стена в грунте». Перед тем как начинать работы, по всему периметру создаваемого тоннеля бурят мелкие (диаметром 0,4-1 м) траншеи до водоупора, заполняя полые места глинистым раствором для укрепления стенок. На стадии устройства крепи этот раствор убирают, устанавливая на его место железобетонные конструкции – сборные или монолитные.

Проблемные, неустойчивые грунты – трещиноватые скалы, песчано-глинистые или сильно увлажнённые почвы – необходимо специально укрепить. Для этого есть несколько технологий на выбор: замораживание, цементирование пород, использование химических составов или сжатого воздуха, строительное водопонижение и т. д.

Закрытый способ

Гораздо более трудоёмок и опасен закрытый способ строительства транспортных тоннелей. Его применяют там, где бурить открытым способом невозможно: на глубине более 20 м, при залегании проходки близко к поверхности (на 10-15 м). Одновременно строятся сразу несколько участков проходки (стволов), чтобы побыстрее возвести объект и запустить его в эксплуатацию. Разработка породы и обделка ведутся от краёв каждого из стволов до места стыковки со следующим участком.

При закрытом методе всегда образуется выработка – искусственно созданная пустота в слоях земли. Стенки укрепляют при помощи рам и поперечин (рошпанов), гидроизолируют. Когда тоннель уже проложен, изнутри его тоже укрепляют при помощи обычной или железобетонной рубашки, стальных или чугунных конструкций.

Проходческие работы выполняются различными методами. Выбор зависит от геологических условий местности и габаритов будущего транспортного тоннеля.

Уже знакомый нам щитовой метод – проходка с использованием движущегося щита с механизированной или ручной выемкой земляных масс. Механизированный щит более продуктивен, но для тоннелей до 1-1,5 км обычно применяют немеханизированные. Разработанный грунт оказывается на роторе с резцами, а затем посредством конвейера отвозится к вагонетке. Механизированная проходка осуществляется со скоростью до 1,2 км/месяц. Неустойчивые почвы и агрессивные условия среды требуют наличия у щита в призабойной зоне активного пригруза. Обделку сооружения обязательно укрепляют, уплотняя грунт, обрабатывая его сжатым воздухом или бетонируя.

Возможные нарушения при строительстве тоннелей

Низкое качество работ при возведении тоннелей приводит к появлению производственных дефектов, из-за которых падает эксплуатационная надёжность готового объекта. При оценке качества строительных работ совокупность характеристик сооружения или отдельных его элементов сравнивают с параметрами, которые зафиксированы в различных нормативных документах: ГОСТах, СНиПах, техрегламентах, наконец, в проекте самого тоннеля.

Невозможно соблюсти проект с точностью до миллиметра: реальный тоннель в любом случае будет от него незначительно отличаться. Но в некоторых случаях эти отклонения, даже небольшие, пагубно сказываются на условиях дальнейшей эксплуатации транспортного тоннеля. Например, если проходка осуществляется буровзрывным способом и в некоторых местах периметра обделки появляются переборы грунта, то в этих участках концентрируются напряжения, и обделка может треснуть. Не менее критична и недостаточная эллиптичность (круговая форма) колец, из которых состоят сборные обделки: они утрачивают некоторую часть своей несущей способности. Нежелательно, чтобы за обделкой оставались пустоты, что часто бывает не только по геологическим причинам (растворимость грунта, наличие карстовых образований в породе), но и в случае, если цементно-песчаный раствор за обделку нагнетали недостаточно сильно.

Многолетний опыт использования транспортных тоннелей говорит о том, что если бетонная обделка интенсивно покрывается трещинами и сколами, то снаружи наверняка имеются пустоты. Когда обделка плотно прижата к окружающим массам грунта, то они взаимодействуют по всему периметру, благодаря чему отделка меньше деформируется и в её сечениях не накапливаются напряжения. Заполненность трещин и полостей в массиве вокруг обделки заметно влияет на показатель упругого отбора почвы, который, в свою очередь, определяет условия статической работы обделки.

Помимо перечисленных причин, заобделочные полости при строительстве транспортных тоннелей могут образовываться, когда остаются части забутовки или временной крепи из древесины – материала, подверженного гниению. Из-за таких пустот условия работы обделки могут сильно ухудшиться со временем, и дефекты тоннеля начнут представлять реальную опасность. К тому же результату приводит нарушение геологического строения грунта, если проходка осуществляется с вывалами, осыпями кровли и сдвиганием слоёв: массив разуплотняется, в нём образуются полые участки.

Что касается обделок из монолитного бетона, то основная опасность нарушить технологический регламент подстерегает строителей на этапе бетонирования, а конкретно – во время перерывов. Грунтовая вода чаще всего просачивается через обделку в местах «холодных швов» (если, конечно, обделка не была гидроизолирована снаружи). Чтобы этого не случилось, во время технологического перерыва в бетонировании можно использовать уплотняющие мастики либо «шпонки», разбухающие от влаги. Однако данная мера предосторожности, увы, не применялась в прошлом при строительстве тоннелей (которые используются по сей день), да и в наше время ремонт деформационных и холодных швов зачастую осуществляется без неё.

Чтобы улучшить качество бетона, из которого формируется обделка тоннеля, его желательно подавать бетононасосом, проводить грамотный операционный и выходной контроль на этапах изготовления и укладки, правильно ухаживать за бетоном, обеспечивая необходимые условия твердения. Что касается состава бетона, то на него позитивно влияет добавление крупных заполнителей (предварительно промытых и дозируемых по отдельности), а также специальных добавок органического и неорганического происхождения для водонепроницаемости, морозостойкости, повышения плотности материала.

Источник