Траншейный способ строительства тоннелей

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

Траншейный способ строительства тоннелей

Библиотека / Строительство метрополитенов / Сооружение тоннелей и станций с бетонированием стен в траншеях способом «стена в грунте»

Сооружение тоннелей и станций с бетонированием стен в траншеях способом «стена в грунте»

В стесненных условиях городской застройки при невозможности прекращения движения городского транспорта по уличным магистралям на длительное время в прежние годы использовали так называемый траншейный способ сооружения тоннелей: в глубоких траншеях возводили стены конструкции с устройством наружной гидроизоляции. Затем разрабатывали котлован, бетонировали перекрытие, выполняли гидроизоляцию этой части конструкции, засыпали котлован и восстанавливали проезжую часть улицы. После этого под защитой возведенной конструкции разрабатывали грунтовое ядро и бетонировали лоток с предварительной наклейкой гидроизоляции по бетонной подготовке. Этот способ весьма трудоемок.

В настоящее время используют метод бетонирования стен в траншеях, заполненных глинистым раствором, называемый способом «стена в грунте»; он дает возможность обходиться без крепления стен траншей, так как глинистый раствор, уравновешивая давление грунта на стенки траншеи, предотвращает их обрушение.

В качестве глинистого раствора, выполняющего функции временного крепления, используют раствор бентонитовой глины. Этот раствор находится в траншее на протяжении всего времени сооружения стены тоннеля.

Рис. 147. Схема конструкции двух-путного перегонного тоннеля с монолитными железобетонными стенами, выполненными методом «стена в грунте»:
1 —(монолитная железобетонная стена; 2 — монолитный железобетонный пояс; 3 — перекрытие (железобетонные балки таврового сечения); 4 — гидроизоляция перекрытия; 5 — гидроизоляция стен: 6 — монолитный бетонный лоток; 7 — бетонная подготовка

Помимо удержания стенок траншеи от обрушения и создания на стенках водонепроницаемого покрытия, глинистый раствор при некоторых способах разработки траншей служит еще и для гидротранспортирования грунта, вынося частицы и обломки его на поверхность. Плотность глинистого раствора в пределах от 1,03 до 1,25 г/см 3 .

Для производства работ методом «стена в грунте» строительную площадку оборудуют растворным узлом с глиномешалками, необходимыми емкостями, насосами для перекачки раствора в траншею и из траншеи на поверхность, а также установками для очистки глинистого раствора.

В практике отечественного метростроения метод «стена в грунте» используют при строительстве односводчатых станций. Однако имеются примеры использования этого метода и при строительстве однопролетных двухпутных перегонных тоннелей (рис. 147). В ряде случаев возводимые таким методом стены используют в качестве ограждения котлованов, располагаемых в непосредственной близости от многоэтажных зданий и других ответственных сооружений.

При строительстве станций стены заглубляют на 4-5 м ниже лотковой части с тем, чтобы они работали как конструкции, защемленные нижним концом в толще грунта. При водоносных грунтах и наличии близко расположенного водоупора стены целесообразно заделывать в водоупор, так как в этом случае отпадает необходимость в применении специальных способов работ-водопонижения или искусственного замораживания грунтов.

Работы методом «стена в грунте» ведут участками длиной 3— 5 м (рис. 148). В одной захватке разрабатывают грунт, в другой производят бетонирование стены. В процессы работы захватки отделяют одну от другой вертикальными элементами-ограничителями, которые опускают с заглублением ниже дна траншеи.

Работы начинают с устройства неглубокой пионерной траншеи вдоль будущей стены тоннеля. Стенки траншеи укрепляют оголовком в виде даух рядов железобетонных элементов прямоугольного сечения, укладываемых на расстоянии, соответствующем толщине сооружаемой стены. Пионерная траншея может быть образована двумя рядами железобетонных плит, уложенных с заданным расстоянием между ними на точно спланированной поверхности. Плиты служат основанием для перемещаемых вдоль траншеи механизмов.

Пионерная траншея постоянно заполнена глинистым раствором. По мере разработки грунта в пределах очередной захватки выработка непрерывно заполняется глинистым раствором, поступающим из пионерной траншеи. При бетонировании захватки вытесняемый раствор перетекает в другую захватку или откачивается ласосом.

Разработку траншей под глинистым раствором обычно ведут грейферным экскаватором, однако в отдельных случаях применяют специальные буровые агрегаты.

Разработку грунта грейферным экскаватором ведут аналогично разработке его при способе подводного землечерпания. Для обеспечения необходимой точности разработки траншеи применяют плоские двухчелюстные грейферы на направляющих штангах с принудительным вдавливанием в грунт. В процессе разработки грунта глинистый раствор постепенно загрязняется и требует периодической очистки.

Смешанный с глинистым раствором грунт выкачивается из захватки всасывающим насосом или эрлифтом в очистную установку, где под действием центробежных сил происходит отделение частиц грунта от глинистого раствора. Отделенный от раствора грунт с помощью транспортера подается в контейнер, выгружается в автотранспорт и вывозится к месту отвала.

Ограничители захваток бывают инвентарные, извлекаемые после бетонирования захватки, и стационарные, которые оставляют в конструкции стены. В качестве инвентарных ограничителей применяют, как правило, трубы, имеющие диаметр, равный ширине траншеи. К трубам на диаметрально противоположных сторонах приваривают в продольном направлении уголки (полками к образующей трубы). При погружении трубы выступающие части уголков врезаются в борта траншеи и снижают утечку бетона из захватки в процессе бетонирования. Получаемая после извлечения трубы полукруглая форма боковой грани участка стены способствует совместной работе соседних участков.

В качестве стационарных ограничителей используют обычно железобетонные сваи, устанавливаемые таким образом, чтобы своими ребрами они врезались в стенки траншеи.

После разработки грунта в пределах очередной захватки в нее опускают арматурные каркасы и приступают к бетонированию участка стены.

Бетонирование траншеи под глинистым раствором ведут методом вертикально перемещаемой трубы. Установка для бетонирования этим методом включает комплект металлических бетонолитных труб из отдельных звеньев с быстроразъемными замками, бункер и опорную раму для фиксации бетонолитных труб с приспособлением для удержания их в подвешенном состоянии при демонтаже очередного звена.

Перед бетонированием очередной захватки в нее опускают арматурные каркасы.

Арматурные каркасы обычно имеют большую длину, поэтому их собирают из отдельных секций прямо на строительной площадке. Вначале опускают в траншею нижнюю секцию и подвешивают ее к оголовку траншеи, затем приваривают к ней вторую секцию, опускают ее и приваривают третью. Для обеспечения постоянного защитного слоя бетона каркасы опускают по направляющим рейкам, отделяющим каркас от стенки траншеи.

В арматурных каркасах оставляют специальные проемы для спуска и подъема трубы бетонолитной установки. Если в захватку опускают два каркаса, то бетоновод вводят в зазор между ними.

В процессе бетонирования следят за тем, чтобы оно было непрерывным и не происходило прорыва глинистого раствора в бетоновод. По мере бетонирования бункер с бетоноводом периодически поднимают так, чтобы труба оставалась заглубленной в бетон в пределах от 0,8 до 1,2 м. Бетонирование одной захватки следует вести без перерывов.

Стены тоннеля или станции бетонируют выше уровня будущего перекрытия или пяты свода. В последующем избыточный слой бетона, загрязненный глинистым раствором, скалывают до требуемой отметки.

Если тоннель перекрывается сборными железобетонными элементами, то по верху стен устраивают продольные монолитные железобетонные пояса. После выстойки бетона и разработки грунта между стенами до уровня перекрытия тоннеля устанавливают железобетонные элементы перекрытия, соблюдая определенное расстояние между ними. При разработке грунта в пределах сечения тоннеля эти элементы служат распорками для стен.

По окончании разработки грунта выполняют планировку дна котлована и бетонируют лоток. По мере бетонирования лотка ведут укладку железобетонных элементов перекрытия в оставленных промежутках с омоноличиванием мест примыкания их к продольным поясам и швов между ними. После этого устраивают гидроизоляцию перекрытия, укладывают защитный слой и производят обратную засыпку котлована.

Односводчатые станции со стенами, возводимыми методом «стена в грунте», сооружают с монолитным железобетонным сводом и лотком. Разработаны варианты конструкций со сводом и лотком из укрупненных железобетонных элементов, омоноличиваемых в процессе их монтажа.

В конструкции пространственных арматурных каркасов стен станций предусматривают штрабы и специальные элементы для сопряжения стен со сводом и лотком станции. Кроме того, каркасы оборудуют соединительными элементами замкового типа для обеспечения жесткости конструкции и герметичности стыков отдельных участков стен. При бетонировании свода используют инвентарные передвижные опалубки.

На время разработки котлована стены раскрепляют расстрелами или удерживают анкерами, заделанными в грунт. Отдельные неровности и изъяны на внутренней поверхности стен заделывают торкретированием.

Источник