/
Автор: Фролов Ю.С. Крук Ю.Е.
Теги: метрополитен городской транспорт инфраструктура города пассажирский транспорт рельсовый транспорт
Год: 1994
Текст
Москве
Ю.С. Фролов
Ю.Е. Крук
МЕТРОПОЛИТЕНЫ
НА ЛИНИЯХ МЕЛКОГО
ЗАЛОЖЕНИЯ
Новая концепция
строительства
ВВЕДЕНИЕ
1994
Развитие современного города, наряду с решением архитек-
турно-планировочных задач и проблем инженерного обустройст-
ва осваиваемых территорий, предполагает также совершенствова-
ние внутригородской транспортной системы, и в первую очередь
той ее части, которая относится к пассажирским перевозкам. Рост
пассажирооборота, увеличение дальности передвижений, необ-
ходимость сокращения времени на поездки требует увеличения
скорости сообщения с одновременным повышением надежности,
безопасности и комфортности пассажирских перевозок. В усло-
виях современного крупного города, когда необходимо обеспе-
чить сохранность базовой капитальной застройки и сооружений,
представляющих историческую ценность, эти транспортные про-
блемы решаются с помощью подземных линий метрополитена
(см.таблнцу).
Необходимость развития транспортной системы города зави-
сит от его величины, которую по современной классификации
устанавливают по численности жителей: крупные — 250-500,
крупнейшие — более 500 тыс. человек. В последние годы в
самостоятельную группу выделяют города с населением более
1 млн. человек По данным статистики, на территории России
насчитывается 13 городов, которые могут быть отнесены к этой
группе. Ввилу особой сложности транспортных проблем в таких
городах в настоящее время в 11 из них строятся или (проектиру-
ются метрополитены. В Москве. Санкт-Петербурге, Нижнем
Новгороде. Новосибирске, Самаре, Екатеринбурге мет|к>полиге-
ны действуют и продолжают развиваться. Общая протяженность
линий, действующих в этих городах, приближается к 350 км.
Ведется строительство метрополитена в Омске, Челябинске и
Красноярске, обоснована необходимость мет|юполитена в ком-
плексных планах развития городского пассажирского транспо)гга
Ростова-на -Дон у. Уфы и Казани (см.карту-схему размещения
метрополитенов).
В центральной части крупнейших городов в условиях плотной
застройки, при наличии архитектурных, исторических памятни-
ков и разного рода охранных зон, при необходимости пересечения
значительных по глубине и ширине водотоков, как правило,
3
Табли на
Показатели работы метрополитенов СНГ
(на I января /992 с.)
Нанменоввнне гюкаэитеяей Город
Меск- ма Санкт- Петер- бург кие« Г61- лиси (мысу Харь ков Таш- кент ере- ван Мими Ниж- ний Ноипрат Нош? си- биряк Сама- ра Ека- терин- бург Всего
Год открытия первой линии метрополитена 1915 1455 I960 1966 1967 1975 1977 1981 1984 1985 1985 1987 1991 —
Число линий метрополггтена 9 4 3 2 2 2 2 1 2 1 2 1 1 32
Эксплуатационная длина, км 239 91,75 39.07 25.2 28 27.7 29.8 10.9 15,67 ПЛ 9,85 3.7 2,7 534J9
Число станций 148 54 33 21 18 21 23 9 15 10 8 4 3 367
Среднее расстояние между станциями, км 1.71 1.835 1.18 1.2 1.7 1.32 1.3 1.3 1.04 1.14 1,64 1.23 0,9 —
Объем перевозки пассажиров, мл и. чел 2521.4 777 344,2 167.3 6.4 160.7 251,1 133.4 49.2 101.6 55.9 62.4 9,53 2,85 4636.8
Средняя дальность поездки пассажира, км 11.67 10.15 8.2 7.45 6.26 6,25 3.8 5 •4,68 4.82 2.6 2.7 9.9
Удельный вес перевозок от общегородских, t 42.8 23- 20 50 28.8 27.7 16 24.2 8.4 7.2 9.6 2.2 0.5 —
Окончание та fit
Наименование показа гелей Город
Моск- ва Санкт- Петер- 6yjr Киев Тби- лиси Баку Харь- ков Таш- кент Ере- ван Мин> Ниж- Новгорап Ноио- см- бирск Сама- ра Ека- терин бург Всего
Пассажиронапрчжеажхт ь линий, млн.чел./км 1055 8.47 8.81 6.64 5,74 9.07 4,48 4.5 6.48 4.9 6,34 2.58 1.06 —
Число вагонов в составе (макс.) 8 7 5 4 5 5 4 3 » 4 4 4 4 4 8
Максимальные размеры движения, пар поез. в час 42 38 42 26 24 30 24 17 20 12 20 13 10 42
Численность работников по эксплуатации метросимите на. чел 18859 7056 3333 2043 2186 2333 2206 914 141! 1027 1050 688 710 43593
Доходы, млн.руб. 472.5 171.» 40,72 8.4 40,3 30.7 16,8 6.1 24.1 19.2 20.7 11.03 0.43 862.0
Расходы по эксплуатации, млн.руб. 448.6 158.4 71.1 32.5 34.3 40.4 32.2 15.2 24.7 16.5 20,56 10.77 10.38 915.5
Прибыль по перевозкам, млн.руб. 23.9 12.7 -30.4 -24.1 6.0 -9,65 -15.4 •9,1 -0.6 2.7 0.15 0,26 -10,02 -53.4
Себестоимость перевозки 1 пассажира, коп. 17,8 20,4 20.66 107.0 21,33 16,08 24.13 30.91 23,63 29.59 30.1 113,0 364.0 19.7
со строящимися метрополитенами
с перспективными метрополитенами
6
Схема рммешевяа метрополитенов • странах СНГ
строят линии метрополитена глубокого заложения. несмотря на
высокую стоимость и значительные трудозатраты. Большинство
же перспективных линии в таких городах проектируют на мелком
заложении (на глубине до 15 м от уровня земной поверхности).
Предпочтение линиям мелкого заложения отдают и при проекти-
ровании вновь строящихся метрополитенов в городах, рельефные
и градостроительные особенности центральной части которых нс
отмечены перечисленными выше условиями.
Тенденция роста протяженности линий мелкого заложения на
сети отечественных и зарубежных метрополитенов обусловлена
их определенными преимуществами по сравнению с линиями
глубокого заложения. Так. стоимость линий мелкого заложения в
относительно благоприятных гидрогеологических условиях всред-
нем в два раза меньше, чем линии глубокого заложения В
условиях Санкт-Петербурга строительная стоимость только эска-
латорного комплекса с чугунной обделкой тоннеля, пройденного
с предварительным замораживанием грунта на глубину 40-50 м,
одного порядка со строительной стоимостью целого станционного
комплекса на линии мелкого заложения Существен но отличаются
и трудовые затраты на сооружение 1 п.м. перегонного тоннеля.
Например, в московских условиях при проходке шитовым спосо-
бом они составляют для глубокого заложения
170-190 чел.-ч, тогда как мелкого — 100-120 чел.-ч.
Кроме того, сооружение тоннелей мелкого заложения исклю-
чает кессонный способ проходки, а также замораживание грунта
в больших объемах, т.к. встречающийся избыток i рунтомых вод на
отдельных участках снимается предварительным водопонижени-
ем. Отказ от этих специальных методов работтрудно переоценить
Здесь и экономия больших средств и. что еще более важно,
исключение вредных для здоровья условий труда. Локальные
препятствия на трассе в виде фундаментов отдельных зданий и
сооружений, небольших водотоков, железнодорожных путей и т.п.
не должны служить доводом в пользу переноса трассы на глубокое
заложение. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что
такие препятствия преодолеваются с использованием известных
и отработанных приемов — укрепления фундаментов, продавли-
в&ння, поверхностного замораживания дня водотоков и т.п.
Из многолетнего опыта эксплуатации линий метрополитена
мелкого заложения следует, что они более удобны для пассажи-
ров, чем линии глубокого заложения. Незначительная глубина
заложения и наличие двух входов на станцию экономят время
Движения пассажира от входа до посадочной платформы. Два
входа на станцию способствуют более равномерному заполнению
вдгонов. ускоряют выход пассажиров с платформы на поверх-
7
ность. Сокращение времени следования до платформы привлека-
ет большее число пассажиров на станцию, поскольку метрополи-
теном пользуются и тс, кто следует на короткие расстояния
(1-2 перегона).
Эксплуатационные расходы. отнесенные к одному километру
линии мелкого заложения, на 18-20% ниже, чем глубокого.
Отмстим также, что сооружение станционного комплекса
открытым способом в углубленных котлованах позволяет одно-
временно со строительством метро эффективно использовать
надтоннельнос пространство, располагая под землей торговые
залы, автостоянки, складские помещения и т.п.
Технико-экономические преимущества линий мелкого зало-
жения и большие удобства в эксплуатации открывают широкую
перспективу их развития и сети как существующих, так и вновь
строящихся метрополитенов. Анализ опыта строительства метро-
политенов показывает, что доля линий мелкого заложения в
обшей протяженности подземных транспортных магистралей
подавляющего большинства городов существенно увеличивается.
Эта тенденция усилилась в последние годы, поскольку из центра
крупнейших городов метрополитен, развиваясь, перемешается в
периферийные районы. Так, к настоящему времени больше
половины суммарной длины линий Московского метрополитена
8
расположено на мелком заложении Во многих городах, где
строительство метро началось сравнительно недавно, линии рас-
яоложены только на мелком заложении (Ташкент, Минск, Ново-
сибирск, Нижний Новгород, Самара, Омск (см.гистограмму).
Такая же ситуация складывается на метрополитенах большинства
городов мира.
В связи с постоянно развивающимися объемом и географией
метростроения весьма актуальными становятся задачи строитель-
ства линий мелкого заложения по наиболее прогрессивным
проектам, которые дают возможность увеличить темпы работ при
минимальном нарушении сложившихся условий жизни города и
особенно его наземной транспортной системы.
Разнообразие климатических и инженерно-геологических ус-
ловий. градостроительные и рельефные особенности, неравно-
мерность пассажире перевозок на линиях определили многообра-
зие конструктивных и планировочных решений подземных со-
оружений метрополитена и методов их возведения. В последние
годы по разработкам проектно-конструкторских, научно-иссле-
довательских и производственных организаций внедрен целый
ряд новых конструкций и технологических процессов, позволив-
ших снизить материалоемкость и стоимость этих сооружений,
повысить уровень индустриализации и механизации работ (1, 10,
15. 16. 19, 33].
Предлагаемая читателю книга включает четыре раздела.
В первом разделе дан краткий обзор и критический анализ
отечественного и зар^ежного опыта проектирования и строи-
тельства метрополитена на линиях мелкого заложения. Нс пре-
тендуя на нечерпывающее обобщение всего огромного опыта в
данной области, авторы включили в раздел в основном только те
примеры, которые в целом могут быть оценены положительно и
в доста точной степени отражнки современный уровень нроекти-
ронания и строительства метрополитенов Эти примеры не всегда
могут служить образцами для прямого подражания, так как
принятые в них решения во многом обусловлены местными
И*обенностями, но они позволяют специалисту выявить пути
Армирования гехничссжш 'юнитнкп в рассматриваемой области
и перспективу ее дальнейшего (тазватия
Критический анализ многочисленных проектных решении
‘одземных сооружении метрополитена на линиях мелкого зало-
жения (осуществленных и неосуществленных), изучение порио-
‘ической и специальной литературы, а также определенный опыт
Егоров в вопросах проектирования, строительства и научных
исследований в этой области позволили выявить недостатки,
Рисущие традиционно принятым схемам, и предложить в олре-
°лснных условиях использовать принципиально новые кон-
9
структивио-технологические решения. сочетающие элементы от-
крытого и закрытого способа работ.
Суть новой концепции и соответствующие конструктивно -
технологические решения изложены ио втором рнэлеле книги В
основе этой концепции лежит поточный метод организации рябот
на всем пусковом участке строящейся линии: беспрерывная
(сквозная) проходка перегонных тоннелей с последовательным
сооружением каждого станционного комплекса по мерс продви-
жения через него проходческих щитов. Наличие путевых тонне-
лей, пройденных закрытым способом до начала строительства
станции, однозначно обусловливает использование обделок этих
тоннелей в качестве основных элементов обделок всех сооруже-
ний станционного комплекса. В разделе приведены варианты
конструкций, отвечающих поставленным требованиям, техноло
гия их сооружения.
Третий раздел книги посвящен научным аспектам проблемы
Для обоснования конструктивно-технологических решений, со-
ответетвуюших выдвинутой концепции, в Петербургском госу-
дарственном университете путей сообщения проведен комплекс
научных исследований с использованием методов математичес
кого и физического моделирования. На основе модельных иссле-
дований и расчет но-теоретического анализа новых конструкции
разработаны оптимизационные модели колонной и односводча-
той станции полузакрытого способа работ, а также методика и
алгоритм расчета основного вида крепления котлованов, реко-
мендонанногх? для этого епособа, — стержневой крепи.
Материалы исследовании легли в основу проекта строитель
ст на пускового учамжа метрополитена в Самаре, а также исполь-
зованы при проектировании станции мелкого заложения н Челя-
бинске Новая концепция нашла отражение в перспективных
разработках Минскметропроекта. Сведения об этих проектных
разработках приведены в заключительном разделе книги.
Выдвигая новую концепцию строительства метрополитена на
линиях мелкого заложения, авторы не противопоставляют ее
традиционным методам, а предлагают рассматривать как альтер-
нативное решение, которое в определенных условиях может дать
весомый технико-экономический эффект
1. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ МЕТРОПОЛИТЕНА
Подземные линии метрополитена представляют собой слож-
ный комплекс инженерных сооружений, призванных обеспечить
четкую организацию движения поездов и удобное обслуживание
пассажиров в надлежащих санитарно-гигиенических условиях
Все сооружения этого комплекса можно разделить по их функци-
ональному назначению на основные и вспомогательные (рис. 1.1).
К основным сооружениям метрополитена относятся путе-
вые сооружения, предназначенные для обеспечения движения
поездов, и станционные комплексы для посадки,
высадки и пересадки пассажиров, а также производства необхо-
димых операций по их обслуживанию и организации движения.
К путевым сооружениям относятся перегонные тоннели,
камеры съездов, туники, раструбыи выходы перегонных тон нелей
на поверхность.
Станционные комплексы включают платформенный участок,
где расположены поездные пути и платформа станции с переход-
ными мостками, лестницами и другими внутристанционными
подъемными устройствами, распределительные залы (над плат-
формой станции) или вестибюли (вторцах платформы) с выхода-
ми на поверхность и лестницами или эскалаторами, связывающи-
ми распределительные залы или вестибюли с платформой стан-
ции, коммуникационные сооружения пересадочных узлов с пере-
ходными коридорами и камерами сопряжения
К вспомогательным сооружениям относятся тягово-понизи-
тельные электроподстанции (СТП), станционные и перегонные
вентиляционные устройства, водоотливные установки, санитар-
но-технические узлы и т.п.
1.1. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Накопленный более чем за 60 лет отечественный опыт проек-
тирования и строительства метрополитенов, а также анализ
богатейшего материала по их эксплуатации в различных городах
^ны позволяет выделить основополагающие принципы, на
^У°рые следует ориентироваться при создании высокопронзво
^^льной транспортной системы, предназначенной для масоо-
ь** скоростных пассажирских перевозок.
В лврвую очередь комплекс сооружений, входящих в эту
’’’•стему, должен обеспечивать четкую, удобную и безопасную ее
/I
струкний используют сборно-разборныс инвентарные или пере-
движные механизированные опалубки, арматурные каркасы или
блоки заводского изготовления.
Наиболее полно требованиям индустриализации отвечает сбор-
ное строительство, поэтому большинство конструкций подзем-
ных сооружений проектируется сборными. Здесь уместно отмс-
тить, это производство элементов сборных конструкций рента-
бельно только при массовом их выпуске, но при этом число типов
и размеров элементов в конструкции должно быть сведено до
минимума. Это достигается путем унификации и типизации
изделий, что является одним из основных принципов современ-
ного строительного проектирования.
Под унификацией понимают приведение к
единообразию основных размеров сооружений, габаритных схем
сборных элементов, узлов сопряжений элементов. Основой уни-
фикации является единая модульная система, предусматриваю-
щая градацию размеров, кратных исходному, принятому для
данного типа конструкций. Например для сборных конструкции,
сооружаемых открытым способом, модуль — размер элемента
вдоль оси сооружения — принят равным 1,5 м.
На основе унифицированных размеров все многообразие
объемно-планировочных решений может быть сведено к ограни
ченному числу унифицированных габаритных схем, позволяю-
щих удовлетворять практически всем основным потребностям
наиболее распространенных сооружений метрополитена. Прак-
тика проектирования и эксплуатации позволяет отобрать для
элемента подземной конструкции наиболее рациональное реше-
ние (по расходу материалов, приведенным затратам), которое и
принимается в дальнейшем в качестве типового для массового
заводского изготовления.
Несущая способность типовых железобетонных элементов
изменяется главным образом нс за счет изменения размеров
поперечных сечений, а за счет варьирования класса бетона и
процента армирования. Такой прием позволяет ограничить число
элементов, различающихся опалубочными размерами. В обделках
при изменении нагрузки целесообразно сохранять сечение эле-
эксплуатацию и надлежащие санитарно-
1 игиеническис условия, единство функци-
ональных и социально-экономических тре-
бований.
При проектировании подземных со-
оружений следует руководствоваться об-
щепринятыми в практике строительства
принципами;
соответствие объектов ко времени вво-
да в эксплуатацию передовым достижени
ям науки и техники, а также новейшему
отечественному и зарубежному опыту,
обеспечение высокого качества при
наименьшей трудоемкости строительства,
непрерывности производственного про
цесса на основе поточного ме»хэда ведения
работ, создания удобных и безопасных
систем комплексной механизации основ
ных горнопроходческих и вспоглогатель-
ных производственных процессов;
сокращение материальных, трудовых
и энергетических ресурсов не только при
строительстве, но и в период эксплуата-
ции,
сведение к минимуму неблагоприят-
ных воздействий процесса строительст-
ва на сложившиеся условия жизни горо-
да.
Успешное выполнение поставленных
задач во многом определяется конструк-
тивными решениями обделок подземных
сооружений. Здесь важнейшим принци-
пом проектирования следует считать обес-
печение рациональной формы при мини-
мальной материалоемкости конструкции.
При этом наиболее эффективными будут мент?драишь сечение эле-
такис конструкции обделок, при проекти- поэвотяет г>гтъ.пМ™ 3 'величивать тишь сечения арматуры. Это
ровании которых учтены требования мак- Впеэилктмт^ т „ л1еХН°Л°ГИЮ изготовления прежней,
симальной индустриализации их изготов- элементов котппммы « *’ создаются сеРии типовых сборных
ления и возведения. Ж™.’ КОТОРЫМ” и пользуются при проектировании. Гипи-
Так, при использовании монолитного
бетона и железобетона индустриализацию
строительства осуществляют применен»'
ем современных механизированных спо-
собов доставки, укладки и обработки бе-
тонных смесей. Смеси приготавливают
централизованно на автоматизированнь1*
бетонных заводах. Для возведения коН'
В результате типизации создаются серии типовых сборн ых
__ , ------ -- -j .V > nfzll 1 ГК 1 Г1 Г1 Г1 - * Г11Ш~
^Ция осуществляется не только для отдельных конструкций
(Например, обделок перегонных тоннелей), но и в целом для
станционного комплекса (как, например, проект ТС-109 станци-
онного комплекса мелкого заложения). Заметим, что типовые
Проекты станций мелкого заложения не нашли широкого рас-
пространения на метрополитенах страны, а обычно реализуются
а строительстве метро того города, для которого они разработа-
Эго объясняется, с одной стороны, чрезвычайным разнооб-
разием условий строительства, а с другой — естественным жела-
12
13
нием местных специалистов внести свою лепту в уникальные
подземные сооружения, являющиеся в определенной степени
частью архитектурного ансамбля города.
Наряду с требованиями типизации и унификации при проек-
тировании сборных конструкций должны учитываться требова-
ния технологичности при изготовлении и монтаже:
массовое изготовление конструкций на заводе или полигоне,
удобство установки и закрепления их в проектном положении в
забое или котловане с наименьшими затратами труда и энергии
при максимальной механизации работ. Ни в какой другой отрасли
строительства требование взаимного соответствия конструктив-
ных и технологических решений не стоит так остро, как в
подземном строительстве. В отличие от наземных сооружений
вопрос проектирования подземных конструкций тесно связан с
решением задачи об освобождении определенного пространства,
в объеме которого будет возводиться эта конструкция. Указанное
обстоятельство становится доминирующим при закрытом и полу-
закрытом способе работ, где форму, габаритные размеры элемен-
тов и даже характер связей между ними диктуют те приемы и
правила, которые разработаны практикой тоннелестроения для
безопасного раскрытия выработки при проходке в различных
условиях строительства. Далеко не любая конструкция может
быть выполнена в специфических условиях подземного строи-
тельства, равно как и не любая подземная конструкция может
найти применение для сооружений на поверхности земли.
1.2. ПУТЕВЫЕ СООРУЖЕНИЯ МЕТРОПОЛИТЕНА
1.2.1. Перегонные тоннели
Перегонные тоннели предназначены для размещения главных
путей подземной части линии метрополитена. В зависимости от
числа путей, которые предполагается разместить в одном тоннеле,
он может быть однопутным, двухпутным и т. д. Однопутные
перегонные тоннели предназначены для движения поездов в
одном направлении, в двухпутном расположены пути обоих
направлений.
При закрытом способе работ в слабых неустойчивых грунтах
предпочтение отдают имеющим меньшие размеры однопутным
перегонным тоннелям, которые сооружают, как правило, с по-
мощью проходческих щитов. Очевидно, что при открытом (кот-
лованном) способе работ оба пути целесообразно расположить в
одномтоннеле. В котловане можно разместить и многопролетную
конструкцию тоннеля под любое число путей, если на каком-либо
участке перегона необходимо пропустить поезда разных линий-
Например, в Нью-Йорке на значительных по протяженности
участках метрополитена в одном тоннеле размещены 3 и даже 6
путей. В большинстве случаев совмещаются пути обычной И
экспрессной линий.
14
Решение вопроса о двух однопутных тоннелях на перегоне или
одном двухпутном зависит в значительной степени от взаимного
расположения путей и платформ на станции. Так, очевидно, что
двухпутные перегонные тоннели наилучшим образом соответ-
ствуют станции с боковыми платформами, к станциям же с
островной платформой целесообразно подойти двумя однопут-
ными тоннелями. Как правило, тип перегонного тоннеля сохра-
няется неизменным на всем протяжении от станции до станции.
Однако в пределах одного перегона два однопутных тоннеля могут
перейти в один двухпутный. Это может произойти в том случае,
если перегон связывает станции, имеющие различные типы
платформ, либо если на трасее меняется способ работ из-за смены
грунтовых условий или характера застройки на поверхности
земли.
От способа сооружения тоннеля зависит и профиль его
поперечного сечения. Если тоннель предполагается сооружать
закрытым способом, то исходя из специфики производства работ
при этом способе и оптимальных условий статической работы
обделки, тоннелю придают круговую или сводчатую форму.
Наиболее распространено круговое очертание (рис. 1.2). Такая
форма наилучшим образом отвечает условиям работы обделки
тоннеля в слабых, неустойчивых и водоносных грунтах, оказыва-
ющих значительное всестороннее давление, и соответствует очер-
танию проходческих щитов, имеющих, как правило, цилиндри-
ческую форму.
Круговой профиль сечения экономичен при сооружении од-
нопутных тоннелей. Тем не менее на многих метрополитенах
мира ему отдают предпочтение при сооружении закрытым спосо-
бом двухпутных тоннелей. Особенно значительна доля таких
тоннелей на метрополитенах Франции, где большая часть стан-
ций имеет боковые платформы. Более экономично для д вухпутн ых
тоннелей сечение в форме эллипса, как например сечение двух-
путных тоннелей в Марселе с пролетом 7,63 м и высотой
5,17 м. На рис. 1.3 показан вариант сборной железобетонной
обделки двухпутного тоннеля такого профиля для отечественных
метрополитенов.
При открытом способе работ перегонные тоннели имеют
бояее экономичное прямоугольное сечеиие (рис. 1.4), которое
поучило наибольшее распространение на метрополитенах мира
'йы двухпутных тоннелей.
Минимальные размеры внутреннего очертания обделки тон-
неля зависят от габарита подвижного состава, обращающегося на
Линиях метрополитена, и соответствующего ему габарита прибли-
жения строений. На отечественных метрополитенах габариты
РИближення строений установлены в соответствии с возможной
д°Рм°й поперечного сечения перегонного тоннеля. Государ-
ственный стандарт (ГОСТ 23961-80) предусматривает для тонне-
75
- счетом зазора, необходимого на случай неизбеж пых откло-
нений внутреннего очертания обделки от проектного контура при
возведении конструкции или ее деформации, мини! сальный внут-
ренний диаметр обделки перегонных тоннелей отечественных
метрополитенов принят равным 5100 мм.
На метрополитенах мира однопутные перегонные тоннели
кругового очертания имеют внутренний диаметр от 3,57 м (Вели-
кобритания) до 6,2 м (Германия).
Петлевая линия метрополитена Токио длиной 28,8 км с 26
станциями запроектирована с уменьшенным габаритом подвиж-
ного состава (2,5x3,15 м вместо 2,8x4,1 м). В результате поперечное
течение однопутного перегонного тоннеля в свету уменьшилось
примерно на 50 % по сравнению с эксплуатируемыми линиями,
а объем станционных конструкций сократился на 30-40 %.
Конструктивные peiuei ия обделки пере тонных тоннелей тес-
но связаны с инженерно-гео югичеекими условиями и градостро-
ительными особенностями на трассе. Однако в первую очередь
конструкцию обдетки определяет способ сооружения тоннеля.
Поэтом^ при неизменных эксплуатационных -реоованиях к со-
оружению (соответствие габаритам, прочность и долговечность,
водонепроницаемость и пожаробезопасность) конструктивные
решения обдел< ,к могут оказаться весьма различными даже в
пределах одной линии, а иногда и перегона.
В зависимости от материал а и техноло! ии возведения обделок
они могут быть монолитными, изготовленными из бетона, же-
Вис. 1.2. Олнопутныг перегонный тоннель метрополитена с круговым очертани**
поперечного сечения
лей кругового профиля сечения габарит приближения строений
«Смк», для прямоугольного очертания — «Смп» (С — строения,
м — метро, к — круговое очертание, п — прямоугольное очерта-
ние). По действующим нормативам габариты «Смк» и «Смп»
действительны также для кривых участков пути радиусом 20С м и
более.
Размеры внутреннего контура двухпутных тоннелей устанав-
ливают по габаритам приближения строений для перегонных
тоннелей прямоугольного очертания «Смп». Габариты располага-
ют по осям смежных путей, минимальное расстояние меЖДУ
3400
8500
которыми (междупутье) на прямых участках пути и кривых nBvxllv_ _ _
радиусом 500 м и более составляет 3,4 м. гшупшй перегонный тоннель с эллиптическим очертанием поперечного
Отдел научной
литературы
НТБ С ГУ ПС
16
КОНСТРУКЦИИ ОБДЕЛОК ПЕРЕГОННЫХ ТОННЕЛЕЙ,
СООРУЖАЕМЫХ ЗАКРЫТЫМ СПОСОБОМ
При закрытое способе сооружения тоннелей наибольшее
распространение получила сборная обделка кругового очертания.
Такая обделка представляет собой цилиндрическую трубу, кото-
рую наращивают в процессе продвижения забоя, устанавливая
кольца определенной ширины, собранные из отдельных элемен-
тов. Круговая форма обделки обеспечивает минимальное коли-
честв ' типоразмеров взаимозаменяемых элементов, хорошо вос-
принимает всестороннее г1ли близкое к нему горное давление и
более удобна для конструирования проходческих щитов.
Специфика производства работ при закрытом способе соору-
жения тоннелей и сложный характер работы обделок во взаимо-
действии с окружающим грунтом, свойства которого изменяются
в широких пределах, привели к появлению чрезвычайно большого
числа разнообразных конструктивных решений. Это разнообра-
»ие в значительной степени обусловлено и традициями метро-
строения, свойственными для той или иной страны.
Обделка из чугунных тюбингов. В начальный период отечес-
твенного метростроения наиболее распространенными сборны-
ми обделками перегонных тоннелей были обделки из
чугунных тюбингов. Начиная с 1935 г. и вплоть до
1953 г. они широко применялись на строительстве линий второй
и третьей очередей Московского метрополитена. Тюбинговая
обделка в сочетании со щитовой проходкой позволила увеличить
темпы строительства тоннелей и решить одну из наиболее слож-
ных задач — гидроизоляции обделки. Однако высокая стоимост!
чугунных тюбингов, дефицит металла и бурное развитие произ-
водства сборных железобетонных конструкций для наземного
строительства постепенно вытеснили чугунную обделку, заменив
ее в большинстве случаев на сборную железобетонную. В насто-
ящее время сборные чугунные обделю; применяются главным
Рис.1.4. Однопутный перегонный тоннель метрополитена с прямоугольны, образом на участках тоннелей с тяжелыми гидрогеологическими
ем поперечного сечения словиями (рис 1.5). В большинстве случаев их применяют на
лезобетона или набрызгбетона, сборными из элементов, выпол Участках примыкания перегонных тоннелей к сооружениям стан-
ненных из железобетона или металла. и сборно-монолитными ^ионного комплекса, а также в местах сопряжения обделок
состоящими частично из монолитных и сборных элементов. Динелей открытого и закрытого способа работ. Чугунные обдел-
При выборе конструкции обделки ориентируются на типовые ™ используют во многих случаях и при сложных пересечениях
повторно применяемые конструкции, обязательно увязанные < п?2,елями метрополитена автомагистралей, жетезн-дорожных
технологией проходки, чтобы обеспечить высокие темпы строи и и водных i >erpai
тельства в различных инженерно-геологических условиях и 1 1ри всестороннем горном или гидростатическом давлении
сложной градостроительной обстановке. чего*1”**0”™ кольца облелки имеют одинаковую площадь рабо-
Специфика подземного строительства в большинстве случае & сечен иг а следовательно и жесткость по периметру обделки,
требует особого, отличного от общестроительной практики 1 Мед-?11**’ облада,оших упругими свойствами, изгибающие мо-
хода к проектированию как монолитных, так и сборных констрУ* в кольце ниже горизонтального диаметра существенно
иий ше> 40м в его верхней части. В таких условиях рационально
/5
19
Рис. 1.5. Чугунная тюбинговая обделка перегонного тоннеля
использовать кольца с переменной жесткостью по периметру
нижние тюбинги в которых выполняют облегченными, т.е. (
меньшими размерами рабочего сечения при неизменных габарит-
ных размерах.
20
Круглое внутреннее очертание тюбинговом обделки вынужда-
ет выполнять большой объем работ по он метке лотка от строитель-
ного мусора и грязи при устройстве плоского основания под
укладку путей метрополитена. Отсюда понятно стремление про-
ектировщиков включить в состав обделки такие элементы, кото-
рые позволили бы получить готовое плоское основание под
верхнее строение пути сразу в процессе монтажа кольца.
В этом направлении и совершенствовалась конструкция чу-
гунной обделки. В состав обдетки был включен лотковый желе-
зобетонный блок с плоской внутренней поверхностью (рис. 1.6).
Водонепроницаемость железобетонного лоткового блока обеспе-
чивается состоящей из двух частей чугунной ребристой плитой на
его плоской поверхности, связанной анкерами с арматурным
каркасом блока. Применение тюбинговой обделки с плоским
железобетонным лотком
по сравнению с обыч-
ной чугунной обделкой
дает экономию до 250 т
металла на 1 км тонне-
ля. При этом отпадает
необходимость в уклад-
ке жесткого основания
под путь пеане завер-
шения проходческих
работ (около 850 м3 бе-
тона на 1 км тоннеля) и
исключаются трудоем-
кие немеханизирован-
ные работы по очистке
лотка тоннеля.
При относительно
небольших нагрузках на
обделку тоннеля реко-
мендуется использовать
облегченные обделки
Высота борта такой об-
делки 150 мм, поэтому
чри наружном стандарт-
Дом диаметре 5,5 м ее
внутренний диаметр со-
ставляет 5,2 м. Болто-
вые отверстия по коль-
ну обделки разбиты не
окружности средне-
Радиуса, а в каждом
vZ“M,!re по дуге с ради-
k м 2900 мм. При та-
м Расположении бол-
овых отверстий по
Рис. 1.6. Чугунная тюбизговая обделка с плоским
лотком. На врезке I:
а — соединение с помощью нарезных шпилек, б —
бшповос соединение
21
кольцевым бортам достаточная жесткость обделки обеспечивает Железобетонная обделка. В относительно благоприятных гид-
ся без перевязки продольных швов. догеологических условиях при незначительном напоре грунтовых
В целях унификации разработан проект чугунной обделюдод (менее 0,1 МПа) в качестве материала обделок перегонных
перегонных тоннелей, которую можно собирать как с плоски .оннелей нет необходимости использовать дефицитный и доро-
лотком, так и без него остоящий чугун, расход которого даже при использовании самых
Техническая характеристика обделки перегонных тоннелей и совершенствованных облегченных обделок составляет около 5 т
чугунных тюбингов приведена в табл. 1.1. та 1 мтоннеля или почти Ютыс.т на километр трассы. Очевидно,
Таблица 1.1 гго в таких условиях следует заменять металл на более эффектив-
Тип
III
Ша
IV
IVa
Технические характеристики чугунных обделок
перегонных тоннелей
Наименование
Обделка II очере
ди Московского
метрополитена
Обделка III очере-
ди Московского
метрополитена
Из тюбингов заво-
да "Лентурблит"
То же с плоским
лотком
Из тюбингов заво
да ДЗМО (облег-
ченная)
То же с плоским
лотком
У инфицирован-
ная
То же с плоским
лотком
Диаметр. м
на-
руж-
ный
5.49
5,49
5.5
5,5
5.5
5.5
внут-
рен-
ний
Шири-
на
коль-
ца. м
Число
болтовых
отверстий
по кольцу
Масса
чугуна
в коль-
це, т
Число
тюбин-
гов в
кольце
5.6
5.6
5,1
5.1
5.2
5.2
0,75
67
67
37
32
41
36
32
7.364
7,39
5.37
5.121
4.802
4.61
4,898
4,611
12
10
ныи в экономическом отношении материал, сохранив основные
технические преимущества сборных обделок. Таким материалом
-----эесспорно является железобетон, особенно при современном
число развитии механизированной технологии изготовления сборных
типов железобетонных конструкций и производства высокомарочных
тю5инмементов.
Первые шаги, предпринятые для оценки эффективности за-
-----мены чугунной обделки на железобетонную, относятся к 1934 г.,
3 когда на I очереди Московского метрополитена был возведен
первый опытный участок. К концу строительства II очереди было
—_—построено уже 3752 п.м. тоннелей с обделкой из железобетонных
3 блоков с внутренней оклеенной гидроизоляцией и поддерживаю-
щей железобетонной рубашкой.
- И все же в общей протяженности тоннелей, построенных к
4 тому времени, тоннели со сборной железобетонной обделкой
составлял!, лишь незначительную часть. Так, в начале 50-х годов
-___на метрополитенах всех стран мира с обделкой такого типа было
5 построено чуть больше 13 км перегонных тоннелей. Столь низкие
-темпы внедрения сборных железобетонных обделок в то время
3 *полие объяснимы. С одной стороны, это недостаточная прора-
ботка конструктивных решений, отвечающих требованиям водо-
непроницаемости, прочности, экономичности и, что не менее
——-важно, скоростного монтажа с минимальными отклонениями от
4 проектного контура; с другой — отсутствие мощной производ-
-ственной базы и технологии для изготовления элементов обделки
4 с заданными параметрами.
Бурное развитие сборные железобетонные обделки получили
7"в/'среяине 50-х годов, когда был накоплен опыт применения
сборных железобетонных конструкций в наземном строительстве
,и Развилась строительная индустрия. С тех пор было предложено.
Разработано и внедрено множество типов железобетонных обде-
Чугунныс тюбинги отливают из серого чугуна марки СЧ-20 1^?*^ Накопленный опыт, объективная оценка положительных
подвергают борта механической обработке. К настоящему времс и недостатков внедряемых конструкций позволили, опи-
ни закончены научно-исследовательские и конструкторские разческ^2!а(^5’зданную в последующие годы производственно-техни-
работки по изготовлению тюбингов из серого чугуна СЧ-35 и 11 следуй оазУ и результаты научных исследований, подняться на
высокопрочного чугуна ВЧ-45 отливкой в кокиль — наиболе<л^®У*°и*УЮ ступень совершенствования железобетонных обде-
индустриальной и экологически чистой технологией. КонстрУ^ кПе1> . н их в новый, значительно более высокий класс,
ции из высокопрочного чугуна запроектированы Метрогипр0. . васт?ящемУ времени все разнообразие конструкции желе-
трансом практически для всех типов подземных сооружен)''х е л _ Вои'обделки приведено к двум основным типам; из
метрополитена. За счет уменьшения толщины ребер и спинет о н и ы° к тонных тюбингов и из железобе-
тюбингов расход чугуна снижается на 25-30 % по сравнению 1 Стпеы* 6 л ° к ° в-
обычными обделками из серого чугуна. ремление проектировщиков сделать сборную железобетон-
22
23
1868,0 (по дуге R275O)
ную обделку в какой-то степени похожей на чугунную привело к
созданию железобетонной тюбинговой обделки. Как и чугунная
железобетонная тюбинговая обделка состоит из элементов короб-
чатого сечения, которые соединены в кольцо рабочими болтовы-
ми связями. Такое решение позволяет сохранить некоторые
конструктивные и производственные качества, присущие чугун-
ным тюбинговым обделкам. Благодаря рабочим болтовым связям
между тюбингами в кольце и перевязке продольных стыков в
смежных кольцах достигаются работа конструкции как упругого
кольца в условиях неравномерной нагрузки на обделку, достаточ-
ная жесткость и устойчивость обделки как в поперечном сечении
тоннеля, так и вдоль его оси. Это качество особенно важно для
обделок тоннелей, расположенных в грунтах с относительно
невысоким коэффициентом упругого отпора. Кроме того, такие
обделки удобны в монтаже и обеспечивают близкую к проектной
форму обделки как до начала работы с окружающим грунтом, так
и под нагрузкой.
Достаточно высокая несущая способность и жесткость желе-
зобетонной тюбинговой обделки достигаются за счет увеличен-
ной, по сравнению с чугунной обделкой, толщины продольных и
кольцевых ребер, а также спинки тюбинга. Их размеры назначают
с учетом размещения рабочей арматуры, а толщину спинки
увеличивают еще и для обеспечения водонепроницаемости обдел-
ки.
Один из возможных вариантов конструктивного решения
обделки из железобетонных тюбингов приведен на рис. 1.7.-
Обделка с наружным диаметром 5,5 м предназначена для перегон-
ных тоннелей, расположенных в глинистых грунтах с коэффици-
ентом бокового давления X —0,5 и коэффициентом упругого
отпора к = 20 — 25 кН/м3. Для грунтов с такими характеристиками
разработано три типа обделок, способных воспринимать верти-
кальную нагрузку 3, 5 и 7 МПа и различающихся только армиро-
ванием тюбингов, геометрические параметры которых остаются
без изменения. Характеристики обделки представлены в табл. 1.2.
К недостаткам железобетонной тюбинговой обделки следует
отнести пониженную трещиностойкость и значительный расход
металла на закладные части болтовых соединений. Трещины
могут возникать еще при изготовлении тюбингов из-за их слож-
ной конфигурации, в местах болтовых соединений при затягива-
нии болтов в процессе монтажа. Появление трещин возможно И
от усилий гидроцилиндрбв при передвижке щита. Трещины
являются причиной не только коррозии арматуры, но и снижения
Водонепроницаемости обделки. Спинка тюбинга имеет сравни-^ ~ Сборная обделка перегонных тоннелей из железобетонных тюбингов:
тельно небольшую толщину, и поэтому трудно обеспечить ее1 " °бщий вид кольца; б — нормальный тюбинг
водонепроницаемость в условиях даже незначительного напор3^-
грунтовой воды. Это усугубляется действием изгибающих момей-^ q 101 Целесообразно использовать элементы сплош-
тов, вызывающих растяжение с наружной стороны обделки, пос*1 Dr° с е я е н и я с шарнирным опиранием в
кальку спинка тюбинга на этих участках кольца оказывается^^ Д о л ьн ых сты к ах. В такой блочной обделке изгибающие
полностью растянутой. Поэтому в большинстве случаев йты сведены до минимума, и бетон работает преимущес-
11-11
24
25
Т «блица 1 .2
Харакгеристоки обяелкв из железобетонных тюбингов
Показатель Значение показателя для верткалыюн нагрузки. МПа
3 $ 7
Диаметр обдели, (Dh/Db*. и 5,575.1 5,5/5,! 5,5/5.1
Класс бетона В 45 В 45 8 45
Объем железобетона. м3 2.43 2.43 2.43
Количество элементов в каяьце 10 10 10
Количество типов элементов 3 3 3
Масса <«аябеяъв1ая) элитен и, т Ог65 0.66 0.68
Масса арматуры, «г 145,9 260.9 445.4
Наибольшая длина элемента, м 1.868 1,868 1,868
Площадь поперечного сечения, м2 0.1034 0.1034 0.1034
Момент инерции, м4 0.00034 0.00034 0.00034
твенно на сжатие. Это проявляется тем эффективнее, чем больи
Вид сбоку Ооодольный-Разоеэ
1-1
блоков в кольце и чем меньший эксцентриситет передачи сжимг
ющих усилий обеспечивает конструкция стыка. Поскольку блок
такой обделки работают преимущественно на сжатие, их попереш
ное сечение принято сплошным или для облегчения массы бло»
ребристым (рис. 1.8 и 1.9).
К основным параметрам, характеризующим конструктивнс
решение того или иного типа блочной железобетонной обделю
относятся количество блоков в кольце, вид и размеры рабочег
сечения блока, тип продольных стыков. Существенным констру)
тивным признаком такой обделки является характер связей меж/
элементами в кольце и между кольцами, а также способ в ключе
ния обделки в совместную работу с грунтовым массивом.
Вопрос об оптимальном количестве блоков в кольце сборно
железобетонной обделки решается с учетом двух факторов: стат!
ческой работы обделки и производственно-технических услови
ее изготовления и возведения. В процессе совершенствован»'
блочных железобетонных обделок в отечественной и зарубежно
практике применялись конструкции с различным числом блоке
Вид с тооиа
Рис. 1.8. Унифицированная сборная обделка из железобетонных
блоков сплошного сечения:
— общий вид кольца; б — конструкция нормального блока
в кольце (4—12). Исследования, проведенные в ЦНИИСе, пок-их иИгп_ /к с
зали, что величина изгибающих моментов в блоках железобет^незначите" г?аТЬ В аР!^тУРе сокращается весьма
ной обделки быстро падает с увеличением числа блоков до 5 (и- тивцое их а ’ ПРИ -12 блоках требуется ужетолько конструк-
6 шарниров в кольце обделки), после чего уменьшается незнач» Таким «л „ Р° Ие’
тельно. Следовательно, только при разбивке кольца на 5 блоКс°бделкн _ Р ПРИ большом чиюле мелких блоке 1 кольце
существенно снижается расход арматурной стали. При больШеИ стоимо<л ofin готоннеля (более 10) расход арматурной стали
J F ь и мость обделки остаются практически неизменными, но с
26
27
Рис. 1.9. Сборная железобетонная ооделка из ребристых блоков
увеличением числа блоков в обделке существенно повышается с
деформативность. Так, радиальные деформации кольца из
блоков нс превышают 20 мм в замке, но уже при 8 блок:
деформации увеличиваются на 50%. Как показала практика стрс
ительства, при возведении мелкоблочной обделки практически в
удается обеспечить ее геометрическую неизменяемость поел
передвижки щита. Добавим к этому, что большое число блоков
обделке увеличивает трудозатраты на монтаж и гидроизоляци
продольных стыков. Руководствуясь вышеприведенными сообрг
жениями, в кольцо обделки перегонных тоннелей включают 7-
блоков.
Из-за шарнирности продольных стыков и отсутствия связе
между кольцами блочная железобетонная обделка обладает повь
шейной деформативностью. В слабых малосвязных грунтах эт
может явиться причиной нарушения гидроизоляции швов
неравномерной осадки колец по длине тоннеля. Кроме тоге
несоответствие геометрического очертания деформирование
обделки ее проектному контуру резко ухудшает статическую
работу конструкции. Так, уменьшение на 50 мм вертикально!
диаметра сборной обделки без связей растяжения в стыка
снижает ее несущую способность на 12-13%, а уменьшение н
100 мм — почти в два раза. Поэтому в слабых малосвязных грунта
блоки обделки соединяют между собой дополнительными связЯ
ми, обеспечивающими геометрическую неизменяемость кольй
при сходе его с оболочки щита и устойчивость обделки по
воздействием внешних и других нагрузок, в том числе и с
подвижного состава.
Блочные обделки со связями растяжения в стыках эффективно
работают в условиях сейсмических воздействий. Повышенная
жесткость отдельных колец и всей обделки в направлении про-
дольной оси тоннеля достигается жесткими соединениями блоков
в узлах. Для этого каждый блок выполняют со срезами всех
четырех углов на всю высоту, либо устраивают высадки в углах на
половину высоты блока. После монтажа колец срезанные углы
четырех смежных блоков образуют квадратное отверстие или
углубление, внутрь которого выступают арматурные петли или
шпильки. На них накладывают металлическую пластину и скреп-
ляют ее болтами. Затем стык омоноличивают.
Работы на монтаже упрощаются и снижается расход металла,
если использовать безболтовую конструкцию скреплений
(рис. 1.10). В каждом углу блока устраивают углубления кругового
очертания, которые при монтаже четырех блоков образуют ци-
линдрическую полость. В эту полость помещают стальное кольцо
с четырьмя отверстиями, в которые входят арматурные петли,
заанкеренные в теле блока. В петлевые проушины внутри кольца
забивают стальные клинья, которые стягивают и скрепляют блоки
в кольце и кольца между собой. После этого углубление омоно-
личивают.
Анализ отечественного и зарубежного опыта метростроения
последних лет показывает, что совершенствование сборных желе-
зобетонных обделок идет по пути создания конструкций, харак-
терными признаками которых являются следующие:
блоки сплошного сечения;
трапецеидальная в плане форма блоков (скошенные продоль-
ные стыки),
отсутствие плоского лотка;
перевязка продольных стыков в смежных кольцах;
Безбо-ттомя
* ~~ сечение уала; б —
конструкция уголковых связей в унифицированной обделке:
план узла
28
29
a
к
I1°25'
К
45°
270°il
0=360"
180"
наличие связей между блоками в кольце и между кольцами; циалистами «Инженерного общества Юркевич и К°» [34], прото-
пространственная жесткость; типом которой является упомянутая выше конструкция системы
высокая водонепроницаемость материала блоков и стыков; «CONEX», модифицированная в соответствии с требованиями
универсальность колец для сборки на прямых и криволиней-стаНдаРта’ Действующего в СНГ. Обделка включает нормальное
ных в плане и профиле участках трассы. кольцо, состоящее из четырех блоков типа «К» и четырех типа
Примерами таких конструкций могут служить распространен-*^»’ а также универсальное коническое кольцо — из четырех
ные на западе тоннельные обделки фирмы «Вайсс унд Фрайтаг«^локов **%*» и четырех «Н„»(рис.1.11). Блоки в кольце имеют
[211, обделки типа «Инсбрукское кольцо», впервые примсненнысплоскис сть,ки’ ПРИ этом продольные торцы блока симметрично
на строительстве Мюнхенского метрополитена, а также обдел ^наклонены относительно продольной оси тоннеля так, что каж-
системы «CONEX», разработанная в Австрии тоннельной лабор: -дь,и лок имеет в плане трапецеидальную форму (потипу обделок,
юрилй «Майпелер Консалт» распространенных на строительстве коллекторных тоннелей). На
* „ 11 . .. продольных торцах
В соответствии с отраслевой программой «мировой уровень»^ оков типа <<КГ с
по аналогии с этими конструкциями для отечественного метропо- ° " » Ус~
троены центрирован-
литена создаются железопезонныс ооделки с наружным диамет- г г *
с . .. „ , . ные потуцилиндри-
ром 5.5 м и толщиной 0,2 м. способные в обводненных грунта* '
воспринимать гидростатическое давление до 0,25 МПа. Обделкисоотве1 тву|от цИ_
имеют связи между блоками в кольце, шпоночное или шпУнтовосЛИНдПИЧеские гребни
(гребень-паз) соединение колец и неопреновый уплотнител1на ПрОдОЛЬНЬ|Х топ-
стыков. В конструкции сохранены известные технологические цах бЛока типа «jq»
преимущества обделки с плоским лотком, но лотковая част1ца
' КЛ-ЖДОМ кольце-
обделки составлена из двух блоков. Это позволяет производилвом ТОрЦС блока
перевязку блоков смежных колец на половину длины блока предусмотрены два
поворотом каждого последующего кольца на 180° относительнспластМассовых пат_
вертикальной оси предыдущего. Однако ограничение возможное- рОНа в которые уста-
ти перемещения кольца с плоским лотком только одной степеньюнавливают пластмас-
свободы при сборке вынуждает использовать на криволинейны*совс-металлические
участках трассы четыре типа угловых колец: левое и правое прид обели, обеспсчива-
горизонтальном повороте, нижнее и верхнее — при вертикаль-ющие связь между
ном. Таким образом, общая номенклатура изделий в обделке кольцами. Коничес-
тоннеля достигает 40-50 типоразмеров. лая форма двухсто-
В то же время зарубежный опыт последних лет свидетельствуй ро н н и х д юбе ле й
о возможности сооружения тоннелей с использованием толике вдавливаемых в пласт-
одного типоразмера блока нормального кольца и восьми типораз! массовые патцоны
меров универсального углового. Однако для этого следует отка-блоков двух смежных
заться от обделки с плоским лотком, тем более что при сплошном колец гидроцилин-
сечении блоков преимущества плоского лотка нс столь ощутимы *Рами щита, в соче-
как в обделках из рсОристых блоков. Отсутствие плоского блокатании с направляю-
в лотке угловых колец позволяет увеличить число степеней Шими элементами
свободы перемещения кольца при монтаже: поворот на 180е Шпунтового соедине-
относительно вертикальной оси; поворот на 180° относительно я блоков в кольце
горизонтальной оси; вращение кольца в пределах 360° отне сП- ^^печивае, высо-
тельно продольной оси тоннеля. Это, в свою очередь, открывай м качественный
возможность для создания универсального кольца обделки, кото* ^аж обделки,
рое можно использовать при сооружении тоннеля на различны* ин е мати ка
в плане и профиле участках трассы. РИваю ПредУсмат-
Показательна в этом отношении обделка, разработанная сПе' Шая три степе-
* — общий вид; б — нормальное кольцо; в — универ-
сальное коническое кольцо
30
31
ни свободы перемещения универсального кольца на монтаже
позволяет использовать такие кольца как на криволинейных, так
и на прямых участках трассы. Разворот каждого нечетного универ-
сального кольца на 180° относительно горизонтальной оси обес-
печивает сооружение тоннеля на горизонтальном повороте, а
поворот чет ного и нечетного колец относ итсльно продольной оси
тоннеля на 90° с одновременным разворотом каждого нечетного
на 180" относительно вертикальной оси дает возможность изме-
нить направление тоннеля в профиле (рис.1.12). С использовани-
ем универсального уыовоге кольца могут быть пройдены н
прямые участки трассы Для этого необходимо каждое нечетное
кольцо (зазворачивать на 180" относительно вертикальной осн
предыдущею.
Кроме того, каждое универс.1льнос кольцо можно вращать
относительно продольной оси тоннеля в пределах 360° с перевяз-
кой блоков отдельных колец на половину их длины Это дает
возможность корректировать положение шита при проходке.
Олним из основных вопросов проектирования блочной желе-
зобетонной обделки является вопросе конструкции стыков между
блоками в кольце и между смежными кольцами Очевидно, что
рациональным будет такое соединение, которо< ооеспечит следу-
ющие требования, прочность и трешиностойкость блоков пс
площадкам смятия, возможность взаимного поворота блоков в
продольном стыке при сохранении достаточно высокой обшей
пространственной жесткости об. (елки; центрированную передачу
Рис, 1.13. Продольные стыки блочной железобетонной обделки:
90“
К4
Четное кольце
a 1BQP
К1
Н4
Н2
Ка
4=360°
Четное кольцо
1801
Н2
К2
270°
H3
Н2
Нечетное кольцо
18°КЗ
К4
90“
270“
К2
Н4
КЗ
Н2
Н2
Н4
К1
КЗ
Н2
КЗ
К2
90“
К1
б
Н1
КЗ
270°
КЗ
В0°
НЗ
II
0=360“
Нечетное кольцо
11 180“ К2
Н2
К4
0=360“
Н1
270“
К1
II-II
Н1
Н1
КЗ
нз
Н2
Н2
Н1
КЗ
НЗ
=860“
Внс.1.12. Схемы расположения блоков обделки из универсальных конических <
а — при горизонтальном поворот б — при вертикальном повороте
| — плоский стык с монтажными шпильками; б — плоский стык типа «гребень-паз»;
• — плоский стык с пластмассовым вкладышем; г — цилиндрический стык блоков
лшошного сечения; д — цилиндрический стык ребристых блоков
усилий; правильное положение блока в кольце при минимальных
трудозатратах на монтаже обделки. Перечисленным требовани-
ем в той или иной степени отвечают распространенные в
астоящее время плоские и цилиндрические продольные стыки,
‘звания стыков соответствуют очертанию поверхности тор-
нов соприкасающихся блоков (рис. 1.13).
Плоский продольный стык (рис. 1.13,а) обеспечивает наиболь-
экр° ПЛошадь площадки смятия, однако в нем довольно высок
г Цснтриситет передачи сжимающих усилий, и поэтому прак-
неиз^ежнЬ1 сколы бетона по внешней грани блока. Для
блок^НИЯ Указанного эксцентриситета внешние грани торцов
hoki В ВЫполняют скошенными, закругленными и т.п. В проект-
Метадл°Л°Жении блоки фиксируются относительно друг друга
к°льцаИЧеСКИм1* шпильками, устанавливаемыми при монтаже
технологичностью и высокой точностью уста-
^соедИн PH МОН1аже обделки характеризуются плоские стыки с
®л°КаусНИеМ типа *гРебень-паз» (рис. 1.13,б). На торце одного
У троен цилиндрический выступ (или несколько коротких),
32
33
Рис.1.14. Стыки между кольцами обделки: Нелей "UJIDua. л им условиям соотвегствует
а — шпунтовый типа «гребень-паз»; б — плоский с пластмассою-металлически**' плот '/^е,<анизировакными шитами в суглинках,
дюбелями, в — с монолитной кольцевой шпонкой; г — с прерывистой пластмассе и ых глинах. Возводить обделку с обжатием ’
во-металлической шпонкой “ ""
а на торце другого — цилиндрическая канавка (или нескольк Стык смежных колец с монолитной цилиндрической шпон-
канавок, длина и число которых соответствуют выступам наторцкод по окружности кольца (рис. 1.14,в) применялся на строитель-
смежного блока). К недостаткам такого соединения следуе.твС Киевского метрополитена. Цементно-песчаный раствор при
отнести увеличение эксцентриситета сжимающих усилий и coKpaJ1CM нагнетали в кольцевой цилиндрический канал, образован-
щенис площадки смятия из-за строительного зазора между гре^1Ый полуцилиндрическими пазами на радиальных торцах блоков,
нем и пазом. Недостатком такого соединения является отсутствие гарантий
Эти недостатки в значительной мерс устраняются, сели соедикачествеННОГО исполнения работ из-за возможного изменения
ненис блоков в продольных стыках выполняют с помощы^оперечного сечения кольцевой шпонки по окружности кольца,
цилиндрического полихлорвинилового вкладыша (рис.1.13,в)^ызванного смешением блоков при монтаже, и сложности кон-
сжимаемого при монтаже. На перегонных тоннелях отечественГрОЛЯЗаПрО11ессом наГнеТания раствора в цилиндрическую канавку,
ных метрополитенов преобладают обделки с цилиндрическим! Наиболее перспективен для обделок с толщиной блоков 200 мм
продольными стыками, которые обеспечивают минимальны’/гыксмежныхколецс ПрерЫВистой пластмассово-металлической
эксцентриситет передачи сжимающих усилий и практическ^ипонхой, разработанный отечественными специалистами
исключают скалывание бетона на соприкасающихся повсрхнос.рис j.14,г). Прерывистое шпунтовое соединение типа «гребень-
тях (рис. 1.13,г,д). Однако обделки с цилиндрическими продольпа3)> создают пластмассово-металлические шпонки, закрспляс-
ными стыками отличаются повышенной деформативностью. мые на кле1о в отдельных полуцилиндрических канавках ограни-
Стыки со связями между кольцами широко распространены i|eHHOB длины
сборных железобетонных обделках тоннелей метрополитенов з Гидроизоляция стыков обделки достигается установкой нсо-
рубежом. Так, блоки в кольцевых стыках обделок фирмы «ВаиСу1Ь1Х прокладок> закрепляемых в канавке, устроенной по
унд Фраитаг» соединены шпильками, которые вдавливают периметру блока у епт внешней поверхности. Со стороны
пластмассовые дюбели, размещенные в отверстиях по кольцевомгоннеля стыки необходимости могут быть расчеканены
борту блоков (рис. 1.14,а). Благодаря сочетанию такого соединс^зусадочными составами
ния со шпоночным трапециевидным стыком достигается доста Обдалки> обжатые в грунт. К характерным признакам, опредс-
точная продольная жесткость обделки. Для обделок небольшо!ляющим тип сбо об" лок> следует отнести и способ включе-
толшины более приемлем кольцевой стылс пластмасссния о6делки в совместную работу с грунтовым массивом, или,
во-металлическими дюбелями (системы «CONEX»), деиствуюцругими словамИ1 способ ликвидации зазора, образующегося
щими по принципу двухстороннего гарпуна и способными между наружной поверхностью сборной обделки и поверхностью
определенных пределах, воспринимать растягивающие усили>ВЬ1работки Зазор ликвидируют одним из двух способов: заполне-
нием цементно-песчаным раствором или разжатием собранных в
кольцо блоков обделки в грунтовый массив с помощью разного
—рода приспособлений и устройств. Во втором способе в узлах
обделки, где располагают устройства для разжатия, требуются
соответствующие конструктивные изменения. Такую сборную
^обделку по способу се включения в работу называют обдел-
к°и, обжатой в грунт. Кольцо такой обделки,смонтированное
под защитой оболочки щита, плотно прижимают к контуру
—выработки, как только после передвижки щита оно выйдет за
пределы оболочки. Это обеспечивает немедленное включение
- обделки в работу с окружающим массивом, предупреждает осадки
товерхности земли, исключает необходимость первичного нагне-
ания раствора за обделку.
налОчевадно’ что применение обжатых в грунт обделок рацио-
Ьно В таких условиях, когда при проходке может быть создан
чец КИИ КЭНТУР выработки правильной круговой формы и обеспс-
Разж-ее Устог,чивосгь 33 пределами оболочки щита на период
кольца- Этим условиям соответствует сооружение тон-
пластичных или
ПтА ‘'•инах, возводить обделку с обжатием в грунт возможно
1 проходке обычными щитами, но при условии тщательного
между кольцами (рис. 1.14,6).
34
35
оконтуривания выработки ручными инструментами или прщее распространение получили методы обжатия вдавливанием в
частичном срезании грунта ножевой частью щита во время егкОльцо щитовыми гидроцилиндрами трапециевидных (клиновых)
передвижения. блоков или разжатия кольца специальными домкратами (рис. 1.15).
Методы обжатия обделки весьма разнообразны [10]. Наибольр первом случае (рис. 1.15,а) функции распорного элемента,
Рис. 1.15. Схемы обжатия сборной железобетонной обделки в грунт:
а — «спиновым Ьнеком в замке; б — гилроцилиндром из центра
литка, в гидронилиндрами не торнам легкового бяшы; г —
гилроцилиндром на уровне горизонтального диаметра
I — кямноной блок. 2 — гидроцилиндр; 3 — железобетонные
вкладыши
фиксирующего разжатое положение кольца, выполняют клино-
вые блоки, а во втором (рис. 1.15,6, в, г) — зазор между раздви-
нутыми с помощью гидроцилиндров блоками фиксируется раз-
личного рода вкладышами или жестким бетоном.
Устройства для обжатия обделки могут находиться непосред-
ственно в распорном стыке, либо за его пределами. Распорные
стыки располагают в своде, боках или лотке обделки. При
сооружении перегонных тоннелей метрополитена в глинистых
грунтах необходимый эффект создается разжатием кольца гидро-
цилиндрами из центра лоткового блока (рис.1.15,6). В слабых
малоустойчивых грунтах естественной влажности (суглинки, су-
песи) применяют конструкцию сборной железобетонной обдел-
ки, обжатие которой производят двумя гидроцилиндрами, уста-
новленными по торцам лоткового блока (рис.1.15,в). В слабых
песчанистых грунтах естественной влажности кольцо разжимают
с двух сторон на уровне горизонтального диаметра (рис. 1.15,г).
Усилие обжатия зависит от диаметра обделки, свойств окружаю-
щего грунта, места расположения распорных устройств и состав-
ляет 15 — 60 т (150 — 600 кН).
Основные характеристики сборных железобетонных обделок
перегонных тоннелей метрополитена приведены в табл.1.3.
Таблица 1.3
Основные характеристики блочных железобетонных обделок
перегонных тоннелей метрополитена
Тип обделки Диаметр наружи./ внутр., м Класс бетона Объ- ем бето- на. м^ Количест- во, шт. Мас- са эле- мен- та, т Масса арма- туры, кг Наиболь- шая дли- на эле- мента, м
эле- мен- тов ти- пов
Унифицированная из элементов прямо- угольного сечения 5,5/5.1 В35 3,46 10 3 1.55 227 2.37
Го же ребристого се- яния со СВЯЗЯМИ между кольцами 5.5/5.1 В35 2,92 10 3 1.55 330 2,37
Унифицированная с _Д^2ВЬ|ми связями 5.5/5.1 В35 3.69 10 3 2,08 227 2,37
речная с разжати- У горизонталь™ ^Диаметра 5,57/5,27 В40 2,15 17 . б 1.35 53,7 2.37
^“наясразжати- L в лотке 5.65/5,25 В35 3,66 8 6 1,18 199,4 2,37
36
37
Монолитно-прессованная обделка возводится обжатием све^
жей бетонной смеси, уложенной за кольцевую опалубку. Обжатие
производят усилиями гидроцилиндров в направлении оси тонне
ля. Известны предложения прессовать бетонную смесь в радиаль-
ном направлении. Для получения более прочной конструкци!
возможно армировать обделку, устанавливая кольцевую и проч
дольную арматуру.
К достоинствам монолитно-прессованной обделки относите
возможность ее применения в широком диапазоне инженерно
геологических условий — в любых грунтах естественной влажное
ти, способных оказать отпор бетонной смеси в процессе
обжатия. Такая обделка имеет плотный контакт с окружающи
грунтом, способствуя более благоприятному статическому взаи
модействию системы «обделка-грунт» и существенно уменьши
осадки земной поверхности. В этом случае также отпадает
ходимость первичного и контрольного нагнетания цементно
раствора за обделку и исключаются работы по гидроизоляцш
стыков, присущие сборной обделке.
Таким образом, все проходческие работы, в отличие от про!
ходки со сборной обделкой, сосредотачиваются в зоне забоя!
Проходческий комплекс оставляет за собой тоннель, полносты<|
подготовленный к монтажу постоянных устройств и уклады!
верхнего строения пути метрополитена (рис. 1.16). Такая техноле-1
гия снижает трудоемкость работ по сравнению с сооружением!
тоннеля со сборной обделкой на 15-20%, а экономия металла ы|
1 пог.м тоннеля достигает 200 кг.
Приоритет в разработке комплекса механизмов и технологии
возведения монолитно-прессованной обделки для сооружен ИПерегонный тоннель метрополитена с обделкой из монолитно-прессованно-
псрсгонных тоннелей принадлежит отечественным специалис-14*
л о решения проблемы можно считать предложение создать на базе
Разработанные в настоящее время механизированные щиты-существующей технологии двухслойную бетонную обделку с про-
комплексы для проходки тоннелей метрополитенов позволяю!межуточной гидроизоляцией. Внешний слой такой обделки вы-
полнить монолитно-прессованную обделку толщиной 250-350 мм полнен из монолитно-прессованного бетона и служит основной
Для возведения монолитно-прессованной обделки могут быть несущей конструкцией, воспринимающей горное давление. На
использованы шарнирно-складывающаяся секционная и сколь-его внутреннюю поверхность механизированным путем может
зящая опалубки. Длину опалубки назначают в зависимости отбыть нанесена мастичная полимерная изоляция. Внутренний
скорости возведения обделки и минимально допустимого време-слой обделки, поддерживающий гидроизоляцию, воспринимает
ни выстойки бетона в опалубке. Например, при сооружении гидростатическое давление и нагрузку от постоянных коммуника-
перегонных тоннелей метрополитена в песчаных грунтах исполъ-ЦИи метрополитена. В зависимости от конкретных условий внут-
зуют секционную шарнирно-скяадывающуюся опалубку из 12-1^ ренний слой обделки можно возводить прессованием, набрызгом
секций длиной 600 мм каждая. Такая опалубка обеспечивает набор в т°рец за опалубку или укладкой за опалубку монолитного бетона
бетоном необходимой прочности при темпах бетонирования Д° ® настоящее время завершен комплекс научно-исследова-
120-130 м/мес. В устойчивых грунтах число секций опалубкИ лЯЬских и проектных работ, в результате которых создана техно-
можно сократить до 8. Ия возведения двухслойной монолитно-прессованной обдел-
Существенным недостатком монолитно-прессованной обдсЛ'ме’обеспечивающая ее высокое качество при максимальной
ки является низкая трещиностойкость неармированного бетоНЗ Не низации производственного процесса. Для этого внесены
и, как следствие, ее водопроницаемость. Это обстоятельстве ческо°ДИМЫе коРРек™вы в конструктивные параметры проход-
сужает область применения таких обделок. Одним из пут6** ГО ЩиТа> прессующего устройства и опалубки, разработаны
__В настоящее время завершен комплекс научно-исследова-
Плг- ~ К ‘‘f1,и1Л ptlVAUl , р&оу J1D 1 а * V 1VU1
ки ИЯ^э ‘,1едения двухслойной монолитно-прессованной обдел-
°беспечивающая ее высокое качество при максимальной
3#
39
механизмы и оборудование для устройства гидроизоляции i
возведения внутреннего слоя обделки.
КОНСТРУКЦИИ ОБДЕЛОК ПЕРЕГОННЫХ ТОННЕЛЕЙ.
СООРУЖАЕМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ
При открытом способе работ конструктивные решения обде
лок нс столь разнообразны, как при сооружении перегоним
тоннелей закрытым способом. Поскольку обделку возводят
открытых котлованах, се принципиальная конструктивная схем,
в меньшей степени зависит от инженерно-геологических услови;
на траесе тоннеля, а в основном определяется видом исполъэуе
мых местных материалов, применяемой техникой и технологий
(в зависимости от оснащенности строительных подразделен и
средствами механизации). Немаловажное значение имеют и ело
жившисся традиции тоннельной практики в той или иной стране
Обделки выполняют в виде одно-, двух- и многопролетны
рамных железобетонных конструкций с плоскими перекрытиями
Эти конструкции могут быть сборными, монолитными или сбор
но-монолитнымм. В настоящее время на отечественных метропо
литенах монолитные железобетонные обделки применяются ред -
ко — на участках камер съезда, раструбах, а также в места
сопряжения различных типов обделок. В основном же использу
ются два типа сборных обделок: обделка из укрупненных железо
бетонных элементов, образующих в сборе одно- или дзухпролет°
ную замкнутую раму и обделка из цельных замкнутых железобей
тонных рам с размерами сечения на готовый тоннель.
Обделка из укрупненных элементов на секцию однопутног
тоннеля длиной 3 м состоит из четырех типов блоков, четыре .
стеновых, трех лотковых и одного ребристого блока перекрыти
(рис 1.17,а). Размер блоков вдоль тоннеля составляет 1,5, 1,0 и 3
4100
2430
8960(9560)
м соответственно.
Блоки устанавливают краном, расположенным на поверхности 17. С6орная жслезо6егонная олнопугных (а) „ лвух ых (б) „
ТИ земли, на подготовленное основание, сваривают выпуску тоннелей открытого способа работ (в скобках указан размер и, криволинейных
арматуры лотковых и стеновых блоков и омоноличивают стык астко“ трассы)
(рис. 1.18). Из та’зих же блоков собирают трехметровую секци\е ,
обделки двухпутного тоннеля, но в состав секции включают' С*1411 Длиной 1, 1,5 или 2 м. которые устанавливают на подго-
среднмх стеновых блока (рис. 1.17,6). об^еННОС основание вплотную друг к другу и соединяют между
Типовой проект содержит 4 типа обделок однопутных°°и в продольном направлении стяжными болтами или сталь-
двухпутных тоннелей для применения в грунтах естественными полосами, приваренными к закладным деталям Из таких
влажности с объ^нои массой у = 1,8 т/м3 и углем «нУфение^и монтируют и обделку двухпутных тоннелей, устанавливая
трения <р = 30° и обводненных грунтах с соответствующими хара^плотную nDVr к nnvr-v ___у
тсристиками, равными у = 1,18 т/м3 и <р = 27°. Блоки обделывают сочлененную обделку (пне 1 701 го ТОННеля’ или устра“
первоготипа армированы из расчета восприятия неблагоприятно “Первые Псп “ ? ермс. i.zu).
го сочетания временных и постоянных нагрузок при высДВЮлитена в 197^ В11едРена на строительстве Московского метро-
засыпки Н = 7 м и гидростатическом давлении на уровне £Ьств°валаск и г‘ ° Дальнейшем конструкция ЦСО совершек-
тоннеля Р = 0,06 МПа; второго типа — Н = 7 м и Р = 0,01 МГфена Не а строительстве метрополитена в Харькове, где внед-
трстьего типа — Н = 4миР = 0.06 МПа; четвертого типа — Н пРитоНн ЛЪКо На перегонных тоннелях, но и при возведении
4 м и Р = 0,015 МПа. ре,<ачек ЬНЫх сооружений: санузлов, основных дренажных пе-
Цельносекционную обделку (ЦСО) (рис.1.19) собирают 11 ’ нткамер и т.п. (рис.1.21).
40
41
метрополитена, показали, что блоки (ЦСО). изготовленные из
эетона на напрягающем цементе, полностью обеспечивают водо-
проницаемость тоннеля без гидроизоляции их поверхности.
Герметизация стыков обеспечивается устройством по периметру
элока чеканочной канавки с внутренней стороны тоннеля, кото-
рую заполняют напрягающим цементом спустя 1,5-2 недели после
обратной засыпки конструкции.
Использование ЦСО позволяет, не изменяя конструкции
190
220
1950
УГР
4530__________(4840) еч
Рис. 1.19. Цельносекционная обделка перегон-
•ного тоннеля для открытого способа работ
Применение цельносекционных обделок при сооружен*1
тоннелей открытым способо л повышает производительна^
труда, снижает трудоемкость монтажа, позволяет отказаться •
оклеечной гидроизоляции и получить конструкцию заводей
готовности. Опытные работы, проведенные на участке Киевско1
*
Рис. 1.20 Соя ненная пельносек-
ционная обделка двухпутного i iepe-
гонногс т жнеля
Рис.1.21. Блоки ЦСО в конструк
ции притоннельных сооружений
Рис. 1.18. Монтаж сборной железобетонной обделки однопутных тоннелей
42
43
обделки тоннеля, осуществить проходку на сложных участка
трассы без вскрытия земной поверхности способом продавливг
ния.
1.2.2. Съезды, раструбы и тупики
Для обеспечения нормальной эксплуатации метрополитена
организации движения поездов на линиях необходимы различие
го типа разветвления и соединения как главных рельсовых nyrei
так и путей служебного назначения. Такие участки с разветвлен!
см путей называют съездами. Съезды располагают, как правил
непосредственно у станций, которые в таком случае приняз
называть станциями с путевым развитием. На участках съезде
поезда могут переходить с одного главного пути на другой,
тупики, расположенные между главными путями, или на ответ
вление, связывающее пути одной линии с другой,-
Съезды в тупики между главными путями и для оборот
поездов предусматривают для организации зонного движения ил
8500
37000
на конечных станциях линии. При маршрутном движении пое
дов съезды устраивают для перехода поездов с одной линии I
/ГР
-----J
другую. Съезды на однопутное ответвление служат для соедиге
ния отдельных линий метрополитена между собой при помои
служебной ветки или для соединения линии в депо.
Пути на съездах включают прямые и кривые участки
стрелки, переводящие путь с одного направления на другое. Он
не имеют переходных кривых и возвышений наружного рельс
В двухпутных тоннелях для устройства съезда на перегон
между главными путями не требуется изменять конструкци,
тоннеля. Однако в большинстве случаев съезды располагают
тоннелях, которые примыкают непосредственно к станции
являются се продолжением. Поэтому при большой ширине мел
дуиутья (при островных платформах) обделку тоннелей на уча
тках съездов за односводчатыми или однопролетными станцияЛ
целесообразно выполнять в конструкциях, принятых для ига'
форменной части этих станций.
В сборных конструкциях станций колонного типа съезд
размещают в камерах, представляющих собой участок тонне?
прямоугольного сечения, вмещающий три пути при обычно
съезде или четыре при перекрестном (рис. 1.22, 1.23). Обдел*
камеры съездов сборная и состоит в основном из железобетоннл
элементов заводского изготовления.
Раструбом называется участок линии, где один двухпутн»
тоннель разветвляется на два однопутных. В пределах растрг
один из путей располагается на прямой, а другой отклоняете*
введением кривой вставки, либо оба пути симметрично откло**
ются от продольной оси линии. На этом участке обделка двух»
ного тоннеля постепенно увеличивается по ширине до размер® ..v.,,43 ~
необходимых ДЛЯ примыкания К нему однопутных ТОН нс л ера перекрестного съезда
Рис.1.22. Камеры съездов на лини-
ях мелкого заложения:
а — съезд между главными путя-
ми: б — съезд в двухпутный тупик;
1 — ось главного пути; 2 — пере-
крестный съезд, 3 — двухпутный
тупик
2050
205С
2430
4400
4400
12900
44
45
Раструбы устраивают в местах примыкания двухпутного пересмотра и ремонта вагонов шириной 1,2 м. По оси тоннеля
гонного тоннеля к станции с островной платформой. Раструбасположе на служебная платформа шириной 1,1 м и высотой
необходимы и для создания тупиков на конечных участках лини,2 М над уровнем головки рельса,
однопутные тоннели постепенно сближаются и посредство
раструба превращаются в двухпутный тупиковый тоннель. Растр 1-3. СТАНЦИОННЫЕ комплексы
бы сооружаются также в местах разветвления однопутного тонн _
ля на два однопутных Станционные комплексы — наиболее сложные и ответствен-
Один из вариантов конструктивного решения раструба пок1Ые°&ьекть1 *ta линиях метрополитена. Они занимаютзначитель-
зан на рис. 1.24. Участок двухпутного тоннеля постепенно расш/ь,й о&в®14 Рао°т на строительстве метрополитена, при открытом
ряется от нормального междупутья до размера, необходимого дпособс работ на них приходится 18-20% стоимости линии,
примыкания к нему однопутных тоннелей. Дальнейшее уширен11РоектиРованис и сооружение станцш. — технически сложные и
междупутья происходит за счет увеличения расстояния меж<РУдоеМКИС эгапьг современного строительства. В период эксплу-
однопутными тоннелями. Конструкция обделки на участке ратании линии станции в значительной степени характеризуют
труба выполняется сборно-монолитной с использованием эл*аботу всего метрополитена, обеспечивая посадку, высадку и
ментов типовой обделки двухпутного тоннеля, а разделительн11еРесадкУ пассажиров, а также выполнение необходимых опера-
стенки и лотковую плиту устраивают из монолитного железоб111^ по их обслуживанию и организации движения поездов.
тона Современная тенденция к созданию «метрополи центров» способ-
Для организации оборота поездов, отстоя, осмотра и ремонтвУет превращению подземных станции в неотъемлемую часть
подвижного состава на конечных и зонных станциях кажд<’°Родск2го ансамбля, в его «подземный этаж», где наряду со
линии метрополитена за съездами устраивают тупики под с станцией метрополитена в общем строительном объеме распола-
или два пути. Длина тупиковых тоннелей зависит от количестаюггся подземный торговый центр, Предприятия общественного
вагонов всоставе поезда, курсирующего наданной линии. Тупи1,итания’ зрелищные и развлекательные заведения, обществен-
располагают в обычных двухпутных перегонных тоннелях и*ые и санитарно-технические узлы, автостоянки и система под-
между главными путями. В последнем случае тупиковые пу,лияных переходов и т.п.
сопрягают с главными непосредственно за приемно-отправочы "се вышеизложенное требует особого внимания при решении
ми путями станции. Конструкция обделки тупикового участ?0ПР0сс>впРоек™Р0вания>стРоительства и эксплуатации станций
линии аналогична обделке, принятой на участке съездов, ia подземных магистралях города.
исключением лотковой части. Здесь устраивают канавы д
.1 . и
4000 4000
Ось прямая
Ось кривая
4000 4000
И - II 1 II
№
8
ДЭ
угр.
12С О
2ОСЗ
№
8
9L
до
8
38(
12С Э
g040^
i.
1930
2520
Рис. 1.24. Кояструииш раструба
2250
2440 204СГ
1030
1.3.1. Объемно-планировочные решения
станции располагают на генеральной схеме линий метропо-
^==>1мтена с учетом существующей и перспективной планировки
I---юрода, его наземной транспортной системы и распределения
^центров тяготения пассажиров. Расстояние между станциями
-"oofia4aKJT’ исхоля в основном из двух условий: высокой скорости
-оо щения и минимальных затрат времени на подходы к станции.
г1спеОХаЯ С*®Р°СТЬ сообщения достигается увеличением длины
гак н?Н°В’ Затраты времени на подходы к станции определяются
Пд азываемой оптимальной зоной пешеходной доступное ги.
^лешетГ°РОСТНОГО транспорта эта зона составляет 600 м, которые
ние ст-Д п^адолсвает за 8-Ю мин. Это обусловливает размеще-
Яиентпал1иИ - На линии в диапазоне расстояний 1000-2000 м. В
*700-800 ”°И части города длина перегона уменьшается до
Коен* И возРастаст в периферийных районах.
^жения ста>ВНЫМ ФактоРам’ определяющим выбор места располо-
0&ьемно-плЦИ°ННОГО комплекса в намеченном микрорайоне и его
ление стппч3”11^0804110143 Решения, относятся заданное налрав-
Заст₽ойк х^1еИСИ линии> наличие рабочей зоны, свободной от
’ Рактер и плотность застройки в непосредственной
46
близости от станции, расположение наземных городских трал
спортных магистралей и подземных коммуникаций. Вопрось
связанные с объемно-планировочным решением станционное
комплекса, прорабатываются с учетом пассажирооборота на стан-
ции, величины и характера пассажиропотоков, а также удобств-
связи пассажиров с платформой станции.
Входы и выходы оформляют вестибюлями, которые проектн
руют подземными, реже наземными, иногда встроенными
здание. Выходы из подземных вестибюлей предусматривают
подуличныс пешеходные переходы. Длина подземных коридоршгг =
связывающих подуличныс переходы с вестибюлями станций, ц^~ Т
должна превышать 100 м. Для переходов длиной более 100 м може _
быть устроен пассажирский конвейер (травелеитор). Для станци) Ё =
расположенных у вокзалов, целесообразно предусмотреть во;
можность сообщения с железнодорожными платформами ил
вокзальными помещениями без выхода на поверхность. На станциях со значительным пассажирооборотом посадка и
Стремясь сократить путь пассажира с поверхности земли мсадка пассажиров с одной стороны поезда увеличивает продол-
платформы. станционные сооружения располагают на минималщтельность стоянки, а также создает определенные неудобства,
ном заглублении. Однако расстояние от поверхности земля "вязанные с пересечением пассажиропотоков на платформе Эти
верха перекпытия любого из сооружений станционного комп,.е»едостатки устраняются на трехплатформенных станциях с одной
са не может быть меньше суммарной толщины дорожного покчь,— Т
3 н г, к гхтровнои и двумя боковыми платформами, когда пассажипы
ТИЯ И теплоизоляционного СЛОЯ. При ОТСУТСТВИИ ТСПЛОИЗОЛЯ:Н1 5- .. 3 { v " пассажиры,
верх перекрытия располагают ниже отметки сезонного промерз^ на стаН1,ию, выходят с одной стороны вагона и
ния грунтов. Глубина станции может быть откорректирова;дн°вРеменно происходит посадка с другой.
таким образом, чтобы основание конструкции находилось Комплекс сооружений, входящих в промежуточную станцию,
плотных малопросадочных грунтах, что позволяет облегчить ^ючает платформенный участок; вестибюли с кассовыми зала-
лотковую часть. Однако такое решение должно быть экономичен. лестничными маршами или эскалаторами и служебными
ки обосновано, поскольку в этом случае увеличивается обиомещениями; входы и выходы, совмещенные, как правило, с
земляных работ, осложняется крепление котлована и, кроме тогюдуличными переходами; камеру вентиляционных установок1
необходимо предусматривать эскалаторный или лифтовиентиляционный тоннель с выходным венткиоском- совмещен-
подъем.
on
БП
гис. 1.25. Расположение путей и плат-
форм на промежуточных станинах мет-
рополитена:
а — с о тронной гыа|формой (ОН);
б — с боковыми илатфопмами (БП);
в — трехплатформенная станция
БП
оТТ
В зависимости от места расположения на генеральной схе»
линий метрополитена станции подразделяются на промежуто1
ные (обслуживающие два пути одной линии), пересадочнь
(связанные переходными коммуникациями с платформами Др!
гих станций или обслуживающие пути двух и более линий
зонные и конечные (имеющие путевое развитие для отстоя ил
оборота поездов).
Промежуточные станции отличаются доуг от друга, в перв)
очередь, взаимным расположением путей и платформ: с одНс
островной платформой, с двумя боковыми платформам!., с одн<
островной и двумя боковыми платформами (рис. 1.25). НаиЗоЛ1
шее распространение на метрополитенах мира получили nep®*
два типа станций.
Боковые платформы на станциях располагают, как правил0,
одном уровне, однако в стесненных условиях строительства <*
могут размещаться в два яруса. Примером такого решения
ется станция «Дринк» метрополитена в г Антверпене (Бе i®111
(рис. 1.26).
/Л?////Л
Рис. 1.26. Двухъярусная
станция с вековыми
платформами на метро-
политене г.Антверпена
(Бельгия):
1 — распре/ ительнт
зал; 2 — платформа вер-
хнего яруса; 3—лестни-
цы и лифты; 4 — плат-
форма нижнего яруса;
5 — служебные помеще-
ния
48
49
ную тяговую понизительную подстанцию и противодутьев,
сбойки.
Наиболее простой, а потому и широко распространенн
является последовательная одноуровневая с х е 14-
компоновки всех сооружений станционного комплекса с одн
островной платформой (рис. 1.27). Такая схема позволяет расц
дожить все сооружение в котловане сравнительно неболыц
ширины (до 23 м) и глубины (до 12 м) с постоянным сечением
длине. Однако длина котлована получается значительной, досз
гая 300 м даже при минимальной длине платформы (102 м). Э
требует не только большой протяженности свободной от застро
ки рабочей зоны, но и относительно благоприятного релье
местности по всей ее длине. Кроме того, при последователь»
одноуровневой схеме размещения сооружений станционнс
комплекса снижается коэффициент использования выработ
(отношение объема подземного сооружения к объему извлече
ного для его размещения грунта), так как при такой схе
минимальное заглубление всех участков станционного комплек
определяется высотой вестибюлей. Конструкции всех остальи
сооружений, имеющих меньшую высоту (включая платформе
ную часть станции), оказываются неоправданно заглубленный
что увеличивает объем земляных работ при обратной засып
готового сооружения.
Ставшая традиционной последовательная одноуровневая а
ма далеко не всегда может вписаться в градостроительную cm
ацию, инженерно-геологические, гидрогеологические, рель»
ные и другие условия строительства. Так, плотная городск
застройка не всегда позволяет разместить протяженный компле
без сноса зданий или применения специальных дорогостоящ
мер по их укреплению на период строительства, мероприяти
направленных на снижение шума и вибрации, усложнения пла
и профиля трассы и проходческих работ на перегонах. Нема»
важное значение может иметь особенность рельефа местное»
Нестандартный подход в вопросах компоновочной схемы стами
онного комплекса может быть продиктован и взаимным распел
жением путей и платформ на станции.
Опыт проектирования и строительства метрополитенов
Нижнем Новгороде, Самаре, Омске, Харькове, Минске, а так
в городах дальнего зарубежья свидетельствует о том, что указа
ные факторы могут стать определяющими при разработке объе
но-планировочных решений станционных комплексов. Ес#
твенно, что в каждом конкретном случае принимается индивИ*
альное решение, но в этих решениях четко просматривав
тенденция уменьшения длины станционных комплексов за с’
рационального использования подземного пространства в объ4
открываемого котлована [18, 33J.
В большинстве случаев эту задачу решают за счет двухур0®;
вой компоновки части сооружений станционного компле*
когда над платформой по всей ее длине иди на участках, прий^
50
Рк.1.27. Схема линейной компоновки сооружений станционного комплекса:
1 — протаводутъевая сбойка. 2 - тягово-понизительная подстанция; 3 — вестибюль; 4 — платформенный участок; 5
£
I
51
ющих к вестибюлю, располагают СТП, блок служебных помец
ний, кабельный коллектор, пешеходные переходы и тд. Так
решение особенно эффективно, когда из-за сложного релье(
местности или градостроительных условий станцию приходит
располагать на значительной глубине.
На рис. 1.28 показана схема двухуровневой компоновки ста
ции, сооруженной в глубоком котловане на линии метрополитс
в Нижнем Новгороде. В нижнем ярусе расположена платформ
коллектором под ней, во втором — кабельный этаж, СТП, атак
служебные помещения. Такое решение позволяет вести монт
оборудования через ходок камеры СТП в дневное время д
движении поездов, поскольку исключается подача оборудован
по путевым тоннелям. Помимо рационального использован
объема разработанного котлована и сокращения объема обрати
засыпки, двухуровневая компоновка станционнс
комплекса позволила сократить длину котлована более тем на 8(
Примерами объемно-планировочного решения :танционн<
комплекса, отличающегося архитектурно пространственной т
разительностью, могут служить некоторые станции Харькове»
метрополитена (18. 19|.
Так, на станции «Про< пект Ленина» (рис. 1.29) перекры
платформенной части вестибюлей и некоторых вспомогателы
сооружений расположены в одном уровне с вестибюлем. ?
позволило значительно увеличить высоту центрального зала, ai
станционными путями устроить балконы, на которых размеси
служ< бные помещения и часть СТП. Другая частьСТП совмеш
с камерой съездов, а в торце комплекса в два яруса расположи
вентсбойка и венткамера. Общая длина станционного комчле
со съездом сократилась более чем на 65 м по сравнении
традиционным решением.
На станции «Дзержинская» с шириной платформы 13 1
междупутьем 15,9 м (рис. 1.30) служебные помещения располо
ны на балконах только с одной стороны платформы, а ба/ кон
другой стороны служат пешеходным переходом от одного»
тибюля к другому, и пешеходы пользуются им, не проход
вестибюль станции и не спускаясь на платформу. За счет ув*
чсния междупутья в качестве посадочной платформы исполь#
ны дополнительные площади вдоль лестниц, ведущих в кассй
зал вестибюля. Ввиду стесненных условий строительства, огра
чивающих длину рабочей зоны, СТП вынесены за npefl
основных сооружений и примыкают к вестибюлю под пря’
углом. Это позволило сократить длину комплекса на 100
разместить его в границах площади, не нарушая движения на3
ного транспорта.
Примером творческого подхода к использованию подзе^
пространства на станционных комплексах мелкого зал
могут служить также станции Минского метрополитена [ЗА
Объемно-планировочное решение станции «Немига» (рис-
53
Рнс.1.29. Объемно-планировочное решение станции «Проспект Ленина» Харьковского метрополитена:
1 - камера съездов; 2 - совмещенная тягово-понизительная подстанция; 3 - вестибюль; 4 - платформенный участок
5 венткамера с противолутьевой сбойкой, 6 — служебные помещения
Рве. 1.30. Объемно-планировочное решение станции «Дзержинская» Харьковского метрополитена.
1 яенпсанал- 2 — вентиляционная камера; 3 — противодутьевая сбойка. 4 - первый вестибюль; 5 — платформенный
IhLto™ перес^ЗтоХь, 7 -.порой в£гибюлъ, 8 - пешеходный переход; 9 - служебные помещения
лцчается от традиционной линейном схемы размещением кас-
°о»ых залов вестибюлей над платформой, станционной венткаме-
с . — над вентсбойкой, а также боковым расположением трех-
та%н°й совмещенной тягово-понизительной подстанции. Слож-
ность рельефа и необходимость значительного заглубления тупи-
ков оборота и отстоя подвижного состава определили особен-
ность объемно-планировочного решения станции «Пушкинс-
ки, Здесь с целью рационального использования подземного
пространства над заглубленными тупиками разместили совме-
щенную тягово-понизительную подстанцию и блок служебных
помещении метрополитена.
Во всех рассмотренных выше вариантах объемно-планиро-
вочного решения станционных комплексов предусмотрена ос-
тровная пассажирская платформа и два подземных вестибюля,
примыкающих к ней по торцам. Возможности варьирования при
компоновке сооружений станционного комплекса существенно
расширяются при боковом расположении пассажирских плат-
форм. В этом случае выходы на каждую из платформ, как правило,
предусматриваются в средней ее части через один или два
подземных вестибюля, либо из распределительного зала большой
площади.
Показательной в этом отношении является станция метропо-
литена, приведенная на рис. 1.32. Два подземных вестибюля этой
станции расположены по обе стороны платформы в ее централь-
ной части. Излюбого вестибюля пассажир по лестнице спускается
на середину боковой платформы одного направления или по
переходам, расположенным на одном уровне с полом вестибюлей,
проходит над станционными путями на другую сторону и спуска-
•4.32b Объемно-планировочное решение станции с боковыми платформами:
~~ Платформенный участок; 2 — первый вестибюль; 3 — второй вестибюль; 4 —
•Мещенная тягово-понизительная подстанция
ется на платформу противоположного направления. Совмепвл
ная тягово-понизительная подстанция и служебные помешен:
расположены по обе стороны платформенного участка станин)
Возможный вариант объемно-планировочного решения
боковыми платформами и одним вестибюлем, расположении
над платформой станции, показан на рис 1.33 (станция «Перы
майская» Минского метрополитена) Характерной особенность
объемно-планировочного решения этого станционного компле;
са является расположение всех сооружений в едином простра>
ственном объеме с платформенным участком станции. На вер,
нем уровне размещены вестибюль с кассовым залом, из которо
пассажиры по лестницам попадают на середину платформ
любого направления К одной из платформ по всей ее дли:
примыкает размешенная в едином конструктивном объеме дву
этажная тягово-понизительная подстанция, в торце которой pai
положена станционная венткамера Вентсбойками являются учас.
ки примыкающих кстанции двухпутных тоннелей. Такая компа]
тная схема |>азмещения сооружений станционного комплекса nj
незначительном уширении котлована позволила почти вдвое
сократить его длину и принять единую конструктивную схему :
всем протяжении комплекса.
В последние годы особое внимание в вопросах объемы
планировочного решения станционных комплексов метропол)
тена уделяется взаимосвязи его сооружений с учреждениям
культурно-бытового обслуживания и общественными центрам
различного назначения. Поэтому на линиях современных метр
политенов мира значительное место отводится комплексно*
решению транспортного и бытового обслуживания пассажире
Развитая сопутствующая инфраструктура станционного подзе
ного комплекса позволяет сэкономить столь дефицитные горе
ские территории, повысить коэффициент использования подзе'
ного пространства, а главное улучшить все виды обслуживал.'
населения и поднять рентабельность транспортных сооружен
метрополитена
В этом отношении показателен комплекс подземн ых сооруэ
ний на станции «Партизанская» Минского метрополите
(рис. 1.34). Объемно-планировочное решение станции отлича
высокая э<|>фекфивность использования подземного пространс
ва, органически связывающего транспортное сооружение и п& м
земный торговый комплекс. Значительная площадь платформе!
ного участка станции, полученная за счет бокового расположен'
тягово-понизительной подстанции, основных служебных пой1
щении и венткамеры, использована для размещения на втор*1
ярусе не только вестибюлей, но и торгового зала универмаг!
автономным блоком служебных помещений. Комплекс включи
также развитую сеть подземных переходов и подземную торгов)
площадь.
Рис.1.33. Объемно-планировочное решение станции «Первомайская» Минского метрополитена:
1 — противодутьевая сбойка; 2 — венткамера; 3 — вестибюль; 4 — кассовый зал вестибюля; 5 — распределительный зап;
6 — совмещенная тягово-понизительная подстанция; 7 — блок служебных помещений; 8 — платформенный участок
01-ZE
58
59
Рис. 1.34. Подземный торговый комплекс со станцией «Партизанская» Минского метрополитена:
1 — платх|юрмеиный участок; 2 — первый вестибюль; 3 — второй вестибюль; 4 — вентиляционная камера; 5 — совмещенная
тягово-понизительная подстанция; 6 — блок служебных помещений; 7 — противодутьевая сбойка; 8 — подземный торговый зал
60
1.3.2. Конструкции станций
Станции на линиях мелкого заложения подразделяют по
характерным признакам конструктивной схемы платформенного
участка на однопролетные, колонные с плоским или сводчатым
перекрытием и односводчатыс. Конструктивное решение всех
остальных сооружений станционного комплекса в большинстве
случаев определяется конструкцией платформенной части стан-
ции.
Колонные станции. На первой линии мелкого заложения
Московского метрополитена конструкции обделки станций вы-
полнялись из монолитного бетона и железобетона и имели
прямоугольную форму в поперечном сечении. Стены постоянной
толщины были омоноличены с бетоном лотковой плиты, уложен-
ной по дну котлована. Перекрытия в виде железобетонных
ребристых или безбалочных плит опирались, как правило, на два,
реже на один ряд колонн. Шаг колонн в продольном ряду
принимался 5-7 м (рис. 1.35).
В середине 50-х годов, когда был накоплен опыт применения
сборных железобетонных конструкций в наземном строительстве
и развилась строительная индустрия, появились и первые сбор-
ные железобетонные конструкции колонных станций («Перво-
майская» и «Академическая») с шагом колонн 4 м. С тех пор
широкое распространение получили сборные железобетонные
конструкции станций, сооружаемых по типовому проекту в виде
трехпролетной схемы с двумя рядами колонн при ширине пасса-
жирской платформы 10 м. Строительство стало круглогодичным,
резко повысились его темпы, возросла мощность подъемно-
транспортных средств. Однако конструкции с множеством мон-
тажных единиц (3660 на станционный комплекс), трудоемких в
изготовлении и монтаже, не отвечали возросшим со временем
требованиям к производительности и качеству работ.
По мере накопления опыта проектирования и строительства
сборная конструкция колонной станции перерабатывалась и
улучшалась в строительном и эксплуатационном отношениях:
были укрупнены размеры отдельных элементов, усовершенство-
вана их конструкция, принята простая и удобная в изготовлении
форма (рис. 1.36, 1.37). Наряду с этим был изменен шаг колонн —
До 6 м (станция «Свиблово» Калужско-Рижской линии) и до 7,5 м
(станция «Новогиреево» Жданове ко-Краснопресненской линии).
Боковые стены колонной станции состоят из ребристых
блоков с консольными выступами вверху для свободного опира-
ния на них плит перекрытия и консольными пятами, омоноли-
Ненными с лотковой плитой. Блоки перекрытия в поперечном
сечении имеют форму одиночной или сдвоенной буквы Т и
торцевыс вертикальные ребра. В соответствии с новым модулем
L5 м (вместо ранее установленного 2 м) ширина блоков принята
1500 и 3000 мм. Продольные прогоны таврового сечения с полкой
61
Рис. 1.35. Станция «Кропоткинская» Московского метрополитена
weA Конструкции платформенного участка колонной станции из сборного
внизу для укладки блоков перекрытия имеют длину 9000 мм. |
соответствии с новым модулем принят шаг колонн вдоль станции
в зависимости от величины постоянной нагрузки он составные
4,5 и 7.5 м. Указанные параметры назначены из условий возмох
ности изготовления изделий на заводе и имеющихся подъемно
транспортных средств на строительстве. Максимальная масс
элементов принята 17,4 т. Средняя масса элементов достигае Ют
более 30% общего числа монтажных единиц превосходит это
показатель. Количество монтажных единиц сократилось на 38Я
при этом коэффициент сборности конструкции достиг значени _
0,99. Технологичность изготовления элементов, уменьшение ме железобетона
таллоемкости форм, сокращение числа типоразмеров позволил
значительно снизить себестоимость их заводского изготовлена -эффективность сборных конструкций проявляется в сущее -
Количество монтажных операций на 1 м длины станции cocrai твенном росте производительности труда при сооружении стан-
ляет 8 75, трудозатраты — 100-120 чел.-ч. "
сэ
2300 11450,
10000
8
о
0
8
Л450
Рис. 1.36. Конструктивная схема типовой трехпролетной станции из сборного Xе*
бетона
5900
12900
17800
литенах городов СНГ (рис. 1.38)
___Эффективность сборных конструкций проявляется в сущее-
T \°°ружение полносборных конструкций стало чисто мон-
таки °И операцией’ высокоиндустриальным процессом. Поэтому
но-ЛУ411™ широкое распространение на метропо-
ТУ\гч/-к»«л-ж-» /"’Т1Г /_ ч г
изделийСО°кВеТСТВуЮЩеЙ униФикации сборных железобетонных
конструкт3 ЬаЗС типового решения Можно увеличить количество
зуя одни ИВНЫХ СХеМ тРехпР°летных колонных станций, исполь-
комплекса пГ Же элементы Л™ всех сооружений станционного
ским ппоег?ти₽ИО₽ИТеТ В этом направлении принадлежит харьков-
тавных схем ₽ОВЩИ^М и строителям [2]. Разнообразие конструк-
счет устр >й ганций Харьковского метрополитена достигнуто за
лях, но и н г,ромезкугочных перекрытий не только в вестибю-
т°ннелями н;^ч11ЛаТф^РМОЙ станции> а также над путевыми
Вок- Примени ^ аСТКе СТП и камерой вентиляционных устано-
ки и вестибюля °Нструк™вн°го решения платформенного участ-
Ци°нных устанг»^УХЪЯРУСНОЙ станнии, а также камеры вентиля-
иоказаны на пис Лесоам®щенной с противодугьевой сбойкой,
РУсных сооружены“ В сбоРной конструкции любого из двухъ-
сохранены пролеты типовых несущих кон-
62
53
Рис. 1.38. Станция «Пролетарская» Минского метрополитена
7
Ось венткамеры
£
Ж
ез
1460
2300.
4650
4350
4650
8
81
oQQQ
12900
6000
18000
2300
1450
5
10000
S
yrtp
4350
________18000
[Р*-1-39.Д.ухкя
I * ^^Тформы 10₽2£вЫв констР^чнн сооружений станционного комплекса при шири-
6 ~ вестибюдь; в - вентиляционная камера с
к**оаыйВЫе Тоинели 2 J .
' " nf ^п^бю м 5 -Е*^1 ГаНЦИИ; 3 ~ помещения; 4 -
^ДУТьевад сбойка 8 - ^У*е&ньа помещений; 6 — коллекторный ярус;
1 1\41ст1 vD<l
65
струкций, разработанные для одноярусных трехпролетных стан,
ций мелкого заложения, но при этом открываются более широкие
возможности их объемно-планировочного решения (см. рис
1.29).
Новые конструкции двухъярусной станции на базе типовые
схем были получены также за счет варьирования пролетов пере,
крытий станционных сооружений при увеличенном на 3 м мех-
дупутье (рис. 1.40). В отличие от типовых рассматриваемые
конструкции имеют постоянные на всей длине станционного
комплекса средние и боковые пролеты. При этом средний пролет
новой станции равен пролету перекрытия вестибюля, принятому
для типовой одноярусной станции, а боковые — пролету ее
платформенного участка. Для увеличения объема платформенно-
го зала балконы на этом участке подняты против кассовых залов
на 250-300 мм.
Особенность приведенных выше разработок — широкая уни-
фикация конструкций, пролетных модулей и укрупнение элемен-
тов по всему станционному комплексу с преимущественно верти-
кальной компоновкой сооружений. Взаимозаменяемые плиты
перекрытия разной формы и опирания, колонны, ригели и другие
элементы позволяют значительно сократить число типоразмеров
конструктивных элементов, повысить коэффициент сборности,
варьировать размеры комплекса, вписываясь в план застройки не
только с минимальным нарушением сложившихся условий жизни
города, но и эффективно используя подземное пространство
Номенклатура укрупненных железобетонных элементов при до-
статочно ограниченном их наборе позволяет скомпоновать боль-
шое число конструктивных схем колонных станций, удовлетворя-
ющих широкому спектру функциональных, градостроительных и
архитектурных требований.
Конструкции обделок многих колонных трехпролетных стан-
ций Минского метрополитена, возводимых с использованием
метода «стена в грунте», также включают сборные железобетон-
ные элементы, изготовленные по аналогии с типовыми. Разнооб-
разные в плане и по глубине заложения станционные комплексы с
использованием всего шести типов опалубочных форм получены
за счет нетрадиционного расположения в плане ригелей и плит
перекрытий. Последние укладываются вдоль оси станции и опи-
раются на поперечные сборные железобетонные ригели таврового
сечения (полкой вниз) и на монолитные железобетонные обвя-
зочные балки, расположенные вдоль траншейных стен станции
(рис. 1.41) [33]. С помощью определенного набора таких элемен-
тов и варьирования их взаимного расположения получены стан-
ции, существенно отличающиеся друг от друга по компоновке,
включая и размещение пассажирских платформ (см. рис. 1.34).
Унификация элементов достигается за счет постоянного шага
колонн вдоль оси станции, а возможность варьирования при ИХ
расстановке в поперечном сечении станции обеспечивает выпоЛ'
нение технологических, архитектурно-планировочных, эксплУ'
66
a
Рве. 1.40. Дау гьярусиые конструкции сооружений станционного комплекса при шири-
* влатформь 13 м:
• — платформенный участок; б — вестибюль;
• ~ путевые тоннели; 2 — служебные помещения; 3 — пешеходный переход; 4 —
кассовый зал вестибюля; 5 — блок служебных помещений, 6 — коллекторный ярус
атанионных и иных требований для любого из сооружений
Опционного комплекса.
Постоянно расширяющиеся масштабы строительства метро-
политенов привели к тому, что темпы возведения станций из
сборного железобетона во многих случаях стали определяться
67
Рис.1.41. Конструктивна
схема обделки станцнонн^
сооружений со стенами
возводимыми методом «стс'
на в грунте», н поперсчнц.
ми ригелями:
I — «стена в грунте»; 2 J
продольная обвязочна,
балка; 3 — поперечная бал.
ка ригель; 4 — продоль-
ные плиты покрытия; 5 -
продольные плиты пере,
крытия; 6 — колонны
производственными
возможностями заво-
дов, поставляющих
сборные железобе-
тонные элементы.
Между тем, развитие
производственной
базы Метростроя да-
леко не всегда соот-
ветствует потребнос-
тям строительства. Особенно это проявляется при сооружении
новых метрополитенов, где в начале строительства отсутствует
развитая производственная база. Кроме того, при проектирова-
нии большого числа станций, возводимых из однотипных сбор-
ных элементов, ограничиваются возможности архитектурных
решений. Следовательно, наряду с совершенствованием полно-
сборных конструкций целесообразно рациональное сочетай не сбор-
ных и монолитных железобетонных элементов в обделке станции
Пластичное состояние бетона в момент использования дает
возможность применять его в конструкциях любой формы и
размеров, легко сопрягая со сборными типовыми элементами.
Поэтому проектировщики и строители Московского метрополи-
тена обратились к созданию колонных станций с монолитным
железобетонным перекрытием. Элементы конструкций из моно-
литного железобетона сооружают индустриальными методами с
применением арматурных каркасов заводского изготовления,
инвентарной передвижной металлической опалубки, современ-
ного оборудования для доставки, подачи и укладки бетонной
смеси.
Примером индивидуального творческого подхода к проекти-
рованию колонных станций со сборно-монолитной обделкой
может служить станция «Чертановская», показанная на рис. 1.42,
1.43. Монолитное безбалочное перекрытие всех трех пролетов
этой станции, выполненное в виде плоской плиты, опирается на
сборные элементы стен и колонн с капителями. По оси станции
с шагом 6 м в плите перекрытия устроены купола Перекрытие
возводили с применением передвижной металлической опалубки,
р»с-1.43. Станция «Чертановская» Московского метрополитена
69
68
состоящей из трех секций, каждая из которых располагала^
между колоннами в своем ряду. Это позволило вести бетоннц
работы в трех пролетах одновременно. Использование трех сек.
ций опалубки для бетонирования перекрытия, а также необходц.
мостъ передвижки их в створе колонн обусловило значительна
число подвижных частей в формирующей поверхности опалубщ
и, как следствие, технологических швов в конструкции постц
снятия опалубки.
В дальнейшем Метрогипротранс разработал иную конструк-
цию монолитного перекрытия трехпролетной колонной станции,
что позволило применить более совершенную технологию сц>
бетонирования (рис I 44). Плоское перекрытие выполнено в виде
поперечных ребристых плит, перекрывающих вое сечение стан-
ции и разделенных вдоль ее оси технологическими швами. Ши-
рина плиты, бетонируемой водной захватке, равна продольному
шагу колонн и составляет 6 м. Плиты торцевыми ребрами
омоноличены со сборными стеновыми блоками станции, а в
пролете опираются на колонны, установленные по линии стыко-
вочного шва пукэдольных ребер.
Характерной технологической особенностью описанной кон-
струкции пе|>екрытия колонной станции является возможность
бетонирования перекрытия сразу по всему сечению с использова-
нием одной опалубки. При этом колонны не препятствуют
передвижке опалубки, поскольку их устанавливают после того как
опалубку передвинут на новую захватку. Для этого через 48 ч после
окончания бетонирования одной плиты се подвешивают к балке,
расположенной над перекрытием, за тяги, вмонтированные в
ребра плиты втек местах, где будут установлены колонны. После
того как перекрытие закреплено на балке, опалубку опускают и
передвшают на новую позицию, а под ребро плиты устанавливают
Рис. 1.44. Конструктивная схема колонной станции с глубокими кессонами в монолЮТ'
ной плите перекрытия
Рис. 1.45. Конструкции станции «Ясенево» Московского метрополитена
две колонны, заполняя зазор между перекрытием и оголовком
колонны фибробетоном. Впервые новая конструкция и техноло-
гия ее возведения были реализованы при возведении станции
«Ясенево» (рис. 1.45). Темпы бетонирования перекрытия станции
Достигали 48 м в месяц. Позднее в таких же конструкциях и по
этой же технологии возвели перекрытие станции «Бибирево».
В отношении статической работы конструкции с плоскими
перекрытиями являются не самыми удачными для использования
их в подземном строительстве. Бетон перекрытия практически не
Работает в растянутой зоне, что обусловливает появление трещин
И способствует коррозии арматуры. В более благоприятных усло-
виях работают железобетонные конструкции сводчатого или близ-
кою к сводчатому очертания, так как в них преобладают сжима-
1°1Цие напряжения. Это дает возможность значительно умень-
шить армирование и создавать более тонкие конструкции, что, в
св°к> очередь, позволяет выполнить их из достаточно крупных
блоков.
Примером такой конструкции является полносборная стан-
’Шя Колонного типа из крупноразмерных объемных железобетон-
ах элементов (рис. 1.46) Основные внутренние габариты стан-
ции сохранены по типовому проекту с продольным шагом колонн
71
70
6 м. Средний зал имеет сборное сводчатое перекрытие шириной
3 м. Лотковая часть, стены и перекрытия путевых тоннелей
станции объединены в единые объемные С образные блоки.
Размер этих блоков вдоль оси тоннеля из-за ограничения массы
по условиям изготовления, транспортировки и монтажа принят
равным 1,5 м. В единый Т-образный блок объединены колоннас
ригелем, длина которого в соответствии с модулем конструкции
равна 6 м.
Монолитный бетон используют только для омоноличивания
стыков в местах сопряжения элементов, что составляет 11 % от
общего объема ко тструкдий. Масса блоков основной конструк-
ции составляет 9,23 19,48 т при длине до 6700 мм. Трудозатраты
при монтаже снижаются на 30%. так как количество операции нз
погонный метр по сравнению с типовым проектом сокращается
с 8,75 до 6,1.
Такая станционная обделка, собранная из крупноразмерных
объемных элементов, омоноличенных в единую пространствен-
ную конструкцию, и усиленная продольными монолитными же-
лезобетонными балками, расположенными в два ряда над колон-
но-прогонными комплексами, обладает большой сопротивляе-
мостью сейсмическим воздействиям. Сейсмостойкая конструк-
ция впервые была возведена на станции «Айбек» Ташкентского
метрополитена (рис. 1.47).
Несмотря на определенные достоинства объемно-планиро-
вочных и архитектурных решений колонных станций прямо-
угольного сечения, они все еще остаются многодельными, требу-
ют большого количества элементов разных типоразмеров. К этому
надо добавить, что при постоянно увеличивающемся объеме
строите ьства сохраняется их некоторое архитектурное однооб-
разие, ооусловленнос конструктивной формой сооружения.
72
Односводчатые станции. Хотя односводчатыс станции широко
-пространсны на линиях мелкого заложения метрополитенов
₽Лзьнсго зарубежья, являясь основным типом станций с начала
Строительства первых линий во многих городах мира (например,
С ПаР,1Же^ в пРакТ11ке отечественного метростроения эта кон-
структивная форма долгие годы практически исключалась из
с сМотрсния. Оставался без внимания и вариант станции «Крас-
ные ворота» (рис. 1.48,а), и довоенный опыт сооружения един-
ственно и оригинальной по тем временам односводчатой стан-
ции «Аэропорт» Московского метрополитена (рис. 1.48,6), выпол-
ненной из монолитного железобетона. Причина заключалась в
низких темпах работ и большой доле ручного труда, которые были
неизбежны при возведении монолитных железобетонных кон-
струкций с большим пролетом без передвижных секционных
опалубок, без высокопроизводительных машин и механизмов для
транспортировки, подачи и укладки бетонной смеси.
В последующие годы строители были ориентированы на
повсеместное применение сборного железобетона как на един-
ственный путь индустриализации строительного процесса. Одна-
ко производственная база была еще не готова к выпуску крупно-
габаритных изделий, необходимых для возведения полносборных
рИс.1.47. Конструкции станнин «Айбек» Ташкентского метрополитена
7?
19700
Нис. 1.48. Олносьолчатыс станнин с облслкой из монолитного железобетона:
а — проект стпннии «Красные ворота» по варианту мелкого заложения на перво**
линии Московского метрополитена; б — рамная конструкция односводчатой
станции «Аэропорт» Московского метрополитена; в — безраспорная арочная
конструкция односводчатой станции Харьковского метрополитена; г — констру*'
ция односводчатой станции в виде пологого свода, омоноличенного с вертикальны*
ми стенами
74
ад^о^водчатых станции Началось массовое внедрение типовых
ориых железобетонных конструкций колонных станций. Это
безусловно дало новый импульс в развитии метростроения, но с
увеличением объема строительства привело к появлению на
метрополитенах страны целых линий со станциями-близнецами,
а борьба с «излишествами» в строительстве и архитектуре завер •
шила их печально однообразный облик.
К рассмотрению вариантов односводчатых станций, предна-
значенных для строительства на линиях мелкого заложения,
вернулись лишь в самом конце 60-х годов, а в начале 70-х были
построены односводчатые станции на первом пусковом участке
Харьковского метрополитена [12].
Уже в конце 70-х годов односводчатые конструкции из моно-
литного железобетона становятся одним из основных типов
станционных обделок на метрополитенах Москвы, Новосибирс-
ка, Самары, Минска и других городов.
Односводчатая станция из монолитного железобетона облада-
ет определенными преимуществами по сравнению с рассмотрен-
ными ранее. Например, сводчатое очертание конструкции более
полно соответствует характеру статической работы обделок под-
земных сооружений, обеспечивая работу бетона в своде в основ-
ном на сжатие; формующаяся в опалубке конструкция позволяет
легко менять сс очертание и размеры сечений в зависимости от
характера нагрузок и одновременно реализовать индивидуальные
особенности архитектурного замысла; высвобождаются произ-
водственные площади и рабочая сила на заводах железобетонных
конструкций, сокращаются транспортные расходы по доставке
бетонной смеси по сравнению с аналогичными расходами по
перевозке крупногабаритных деталей, нетребуются последующие
работы по замоноличиванию стыков сборных конструкций и
установке монтажных связей.
Постоянное очертание свода на всей длине станционного
комплекса и расширение пространственного объема, нс загро-
можденного промежуточными несущими конструкциями, позво-
ляет все основные, служебные и технические помещения размес-
тить под единым сводом, включая тупики и оборотные съезды,
обеспечивая единство конструктивного замысла и рациональную
технологию строительства.
Односводчатыс обделки из монолитного железооетона пред-
ставляют собой замкнутые конструкции, конфигурация которых
зависит от инженерно-геологических условий. Они могут быть
исполнены в виде пологого или подъемистого свода пергменной
толщины, опирающегося непосредственно на лотковую часть
станции или верзикальные стены.
Конструкция первых односводчатых станций, сооруженных в
слабых водонасышенных грунтах на трассе Харьковского метро-
политена, представляет собой довольно пологий железобетонный
свод коробового очертания с радиусами 6,45 и 12,75 м (рис 1.48,в)
Свод переменного сечения омоноличен в пятах с лотковой
75
плитой, выполняющей роль жесткой затяжки. Такая конструкц^ '
обладает достаточной жесткостью в слабых малосвязных грунт^
а наличие затяжки, исключающей распор в основании свода
обеспечивает передачу на грунт только вертикальной Harpyj^J
При наличии в основании станции слабых водонасыщенны
грунтов и высокого гидростатического напора лотковую часц
станции устраивают в виде обратного свода.
В дальнейшем были разработаны другие варианты односвод,
чатых станций, конструктивная форма которых представляет
собой пологий свод, омоноличенный с вертикальным и стенами
(рис. 1.48,г). Это позволяет при одинаковой ширине платформу
уменьшить пролег свода на 1,5 м. Первая станция такого типа -
«Сходненская» была построена на Московском метрополитене в
1975 г. Опыт сооружения этой станции подтвердил перспектив-
ность такого типа конструкций на строительстве новых линий
метрополитена мелкого заложения. Свое дальнейшее развитие, в
основном в части совершенствования технологии сооружения,
они получили при строительстве станций «Бабушкинская», «Пе-
рово» Московского метрополитена (рис. 1.49). В дальнейшем в
аналогичных конструкциях возведены станции Серпуховской и
Замоскворецкой линий Московского метрополитена, а также
станции в Нижнем Новгороде, Самаре, Новосибирске, Харькове,
Минске и Ташкенте (рис. 1.50, 1.51).
Первым шагом к созданию односводчатых станции из сборно-
монолитного железобетона был технический проект станции
«Сходненская» (рис. 1.52). Свод станции образован монолитными
железобетонными арками, установленными с определенным шагом
вдоль оси станции, и плоскими плитами, перекрывающими
пространство между арками. Арки опираются на установленные
наклонно сборные железобетонные блоки. Армированы арки
самонесущими каркасами, выполненными в виде арочных ферм
из прокатного металла, и бетонируются с применением подвес-
ной опалубки
Недостатки такой конструкции заключаются в большой раз-
нородности работ: изготовлении сборных разнотипных элемен-
тов, несущих арочных ферм из стального проката, бетонировании
арок. Значительна и ширина такой конструкции, достигающая 25 м.
В связи с этим предпочтение было отдано описанному выше
варианту с монолитной железобетонной обделкой.
Идея создания односводчатых станций из сборного или сбор-
но-моноли гного железобетона была реализована позднее на стро
игельегне станции Киевского, а затем Харьковского метрополи-
тенов, когда появилась мощная производственная база, способ-
ная производить крупноблочные и объемные железобетонные
элементы.
Конструкция станции Киевского метрополитена представляет
собой прямой и обратный своды, которые опираются на объем-
ные стеновые блоки (рис. 1.53). Верхний свод выполнен в виде
трехшарнирной арки постоянной толщины, собранной из двух
76
рлс. 1.49. Станция «Перово» Московского метрополитена
Рис. 1.50. Станция «Ленинская» Нижегородского метрополитена
Рис. 1.51. Станина «Узбекистанская» Ташкентского метрополитена
77
Pec. 1.52. Конструктивная схема полносборной односводчатой стан-
ции с опорам и-плитами
блоков заводского изготовления, и очерчен по трехцентровой
коробовой кривой. Уменьшение радиуса кривизны на опорных
участках свода позволяет уменьшить распор, передаваемый на
стеновые блоки. Пятовые шарниры выполнены цилиндрически-
ми, а замковые — плоскими с прокладками из свинцового листа.
Стеновые блоки — объемная конструкция заводского изготов-
ления высотой 3,8 и шириной 2,5 м — образуют вдоль станции
проходной коллектор, в котором размещаются транзитные кабе-
ли.
Конструкция обратного свода аналогична верхнему, но из-за
меньших нагрузок очертание его принято по круговой кривой
одного радиуса. Такое решение позволяет выравнять величины
78
паспоров обоих сводов, что исключает кручение стеновых блоков,
рее элементы станции имеют массу около 15 т.
''Полуарки верхнего свода монтируют после сооружения обрат-
ного свода, установки стеновых блоков и устройства платформы
Элементы верхнего свода устанавливают с монтажной тележки
/рис.1-54), блоки выводят в проектное положение винтовыми
домкратами и фиксируют металлическими шпильками в замко-
воМ сечении. После установки арматурных сеток и свинцовой
прокладки замковый шарнир заливают фибробетоном.
Харьковские проектировщики и строители выполнили анало-
гичную конструкцию с монолитным железобетонным сводом.
Жесткая заделка пят свода со сборными опорными элементами
обеспечила достаточную их устойчивость в слабых малосвязных
грунтах. В дальнейшем на станции «Площадь Восстания» свод был
выполнен из трех сборных элементов, оме уличенных как между
собой, так и с опорами (рис. 1.55).
В последние годы на строительстве станций метрополитена
все большее применение получают конструкции обделок, возво-
димых с использованием метода «стена в грунте». Возведение
монолитных или сборных железобетонных стен в траншеях до
раскрытия котлована дает возможность применять как односвод-
чатые, так однопролетные и колонные конструкции с плоским
перекрытием. Как показывает опыт проектирования и строи-
1.54. Конструкции платформенного участка олносволчатой станции с облелкой иэ
сборною желе «обет она с шарнирным опиранием элементов ( Киевский метрополитен):
। - стеновые (едоки. 2 — полуарки своди; 3 — технологическая тележка; 4 —
итатформа станции
7S>
л3бых грунтах, размеры сечений свода были заведомо завышены,
я результате смещения пят свода нс превысили 7 мм. а прогиб в
доелыге — 17 мм. Анализ показателей закончен ной в строитель-
стве конструкции выявил ряд присущих ей недостатков: слож-
ность выполнения сопряжения свода и стен, сооружаемых в
траншеях, значительные расходы бетона и арматуры для создания
жесткого пологого свода, низкая водонепроницаемость стен,
сложное выполнение и недостаточная надежность узла сопряже-
ния лотковой плиты со стенами, а также значительные затраты,
связанные с обработкой внутренней поверхности стен. Это и
определило направленность работ по дальнейшему совершен-
ствованию конструктивных решений односводчатых станций,
возводимых с применением способа «стена в грунте».
Представляет интерес предложение Бакметропроекга свобод-
но опирать сборный или монолитный свод на «стены в грунте» на
уровне середины их высоты. В этом случае стены вопринимают
распор пологого свода и передают эти усилия на грунт по
значительной площади стены. Такое решение позволяет выпол-
нить двухшарнирный свод в облегченном варианте, однако тре-
бует дополнительного армирования монолитной стены.
Аналогичная схема односводчатой станции использована в
конструкции станции «Крылатское» Московского метрополите-
на, сооруженной в необводненных суглинках (рис. 1.57). Кон-
струкция стен станции представляет собой монолитную железо-
бетонную вертикальную плиту. Благоприятные инженерно-гео-
логические условия позволили принять толщину стены 600 мм с
различной глубиной, которая чередуется по заход кам: одна из
Вис. 1.55. Конструкции платформенного участка олносводчатон станции с обделкой hi
сборного железобетона с омоноличенными утлами сопряжения элементов (Харьковс-
кий метрополитен):
I — стеновые блоки; 2 — узлы омоноличивания свода с опорами, 3 — опорный
элемент свода. 4 — узлы омоноличивания элементов свода
тельства, наиболее эффективными при ширине станции до 20 м
являются односводчатыс и однопролетные конструкции. Своды
таких станций или балки перекрытия могут быть использованы в
качестве распора, удерживая стены на стадии разработки котло-
вана, а жесткие стены обеспечивают малые деформации пологих
сводов даже в слабых грунтах. Односводчатые конструкции бопес
экономичны и технологичны и позволяют (особенно при пологих
сводах) более рационально использовать подземное пространст-
во, а следовательно, и сократить общую длину станционного
комплекса.
Впервые в советском метростроении методом «стена в грунте»
была возведена постоянная несущая конструкция платформенно-
го участка станции «Площадь Ленина» (ныне «Площадь Незави-
симости») Минского метрополитена (рис. 1.56). Пологий свод
перекрытия станции переменного сечения выполнен из монолит-
ного железобетона и жестко соединен со «стенами в грунте»
Лотковая железобетонная плита (также переменного сечения)
примыкает к стенам шарнирно. Сооружение платформенного
участка станции носило экспериментальный характер, поэтому
для увеличения жесткости конструкции, работающей в весьма
80
^••56. Конструктивная схема олносводчатой станции с обделкой из монолитного
со стенами, возводимыми метолом «стена в грунте»
81
oooeui
Рис, 1.57. Обделка олносволчатой станции в виде свела, распертого в «стены в грунте»
(станция «Крылатское» Московского метрополитена)
заходок заглублена на 3 м ниже дна котлована, низ другой
находится на одном уровне с ним. Цилиндрический стык .между
участками стены образован извлекаемой (после бетонирования
захватки) перемычкой, выполненной из металлической трубы.
Арматурный каркас каждой бетонируемой захватки состоит из
двух параллельных арматурных стенок, объединенных между
собой П-образными скобами. Использование таких скоб обеспе-
чило необходимую жесткость каркаса без диагональных и гори-
зонтальных связей.
Монолитный железобетонный пологий свод перекрытия стан-
ции уширенными пятами свободно примыкает к стенам на уровне
середины их высоты и опирается через легкие монолитные
железобетонные панели, конструктивно не связанные со «стена-
ми в грунте», на продольные опорные балки. Балки уложены вдоль
стен на плите основания станции, которая свободно примыкает
кетенам. Пространство от свода до уровня оголовковстен с одной
стороны заполнено «тощим» бетоном класса В 7.5. а с другой
оставлен служебный ходок, перекрытый сборными плитами.
Более совершенным конструктивным решением, при котором
распор пологого свода передается на слабые грунты через моно-
литные железобетонные стены, следует признать обделку из
крупноразмерных сборных железобетонных блоков в сочетании
со «стенами в грунте». Такая обделка была разработана Минск-
метропроекгом в 1986 г. и впервые внедрена на строительстве
станции «Восток» Минского метрополитена. Основу такой кон-
струкции составляют сборные железобетонные Г-образные бло-
82
примыкающие к элементам свода и лотка, выполненным в
’с плоских криволинейных плит. Сборные элементы системы
весТко связаны между собой и со сборными «стенами в грунте»
мцС. 1 58,а). Зазор между Г-образными блоками и стенами
яполнякл бетоном на напрягающем цементе. Такой бетон в
процессе твердения создает предварительное напряжение свода и
обжатие стен и лотка в грунт. Клиновидная форма зазора,
заполненного бетоном, наличие горизонтальных пазов на обра-
83
щенных друг к другу поверхностях стен и Г-образных блок0в
обеспечивают совместность работы системы без арматуру
связей, прсдотврашая вертикальное смешение отдельных элсмсл,
тов.
Болес рациональное распределение усилий и жесткость сцс.
темы существенно снижают расход бетона и арматурной стали
сравнению с выше рассмотренными конструкциями. При этом35
счет поворота Г-образных элементов конструкции в определен,
ных пределах можно изменять подъсмистость свода с целью
рационального распределения усилий в его сечениях в зависимое,
ти от условий строительства. К числу несомненных достоинств
конструкции относится минимальная номенклатура сборных
железобетонных изделий при максимальной сборности. В обделю/
станции входят четыре основные марки сборных железобетонных
элементов двух типоразмеров, отличающихся только армирова-
нием. В дальнейшем обделка была значительно усовершенствова-
на: изменены технология и конструкция сборных железобетон-
Рис. 1.59. Платформенный участок станции «Тракторный завод» Минского метропо-
литена
ных элементов, упрощена технология монтажа. Средние элемен-
ты свода и лотка приняты таврового сечения, угловые — двутав-
рового (см.рис. 1.58,6). Вместо монолитной железобетонной вставки
между элементами свода и лотка введен стеновой сборный
элемент. Полностью изменена конструкция стыков элементов,
что позволило значительно усовершенствовать технологию мон-
тажа обделки (до 2,4 пог.м/сут.).
Независимый монтаж элементов обделки с зазором от «стене
грунте» исключает трудоемкие арматурные связи свода со стенами
и позволяет устроить замкнутую гидроизоляцию обделки в водо-
насыщенных грунтах. «Гибкое» конструктивное решение, осно-
ванное на возможности изменения высоты конструкции за счет
вертикальных вставок различного размера между элементами
свода и лотка, позволяет при проектировании платформенного
участка станции принять оптимальный внутренний объем, сомас-
штабный человеку, разнообразить архитектурные решения ин-
терьера (рис. 1.59), а все пристанционные сооружения разместить
в единой унифицированном обделке, обеспечив необходимые
технологические требования (рис. 1.60).
Конструкции станций метрополитена, возводимых с исполь-
зованием метода «стена в грунте», в определенных условия'
(достаточно плотные грунты, незначительные нагрузки на пере-
крытие) могут быть выполнены однопролетными с плоским
перекрытием. В зарубежной практике такого рода конструкций
применяют для сооружения полузакрытым способом многоярус-
ных станций, когда балки основного и междуэтажного перекры-
тий используют как распорки при разработке глубоких котлова-
нов. В отечественном метростроении первая однопролетная стан-
ция с использованием в качестве элементов обделки «стены ®
20440
Рис. 1.60. Конструктивные схемы
сооружений станционного комплек-
са (станция «Фрунзенская» Мин-
ского метрополитена):
а — платформенный участок; б —
вестибюль; в —совмещенная тяго
во-понизительная подстанция
85
84
600
9000
600
Рис. 1.61. Конструктивная схема однопролетной станции со стенами, возведенными
методом «стена в грунте»
грунте» возведена на участке мелкого заложения Люблинской
линии Московского метрополитена (рис. 1.61).
В поперечном сечении обделка станции представляет собой
рамную конструкцию. Для перекрытия использованы железобе-
тонные балки унифицированного пролетного строения для авто-
дорожных мостов. Балки пролетом 18 м имеют тавровое сечение
и расположены вдоль станции с шагом 1,33 м, что дает возмож-
ность омоноличивать их друг с другом, используя выпуски арма-
туры в полках. Балки перекрытия опираются на .монолитные
железобетонные консоли, устроенные в виде продольных балокв
верхней части несущих «стен в грунте» и представляющие с ними
единое целое. На уровне лотковой плиты станции в несущие
стены заделаны металлические консоли. На эти консоли вдоль
стен уложена железобетонная балка, которая при бетонировании
лотковой плиты становится ее составной частью. При раскрытии
котлована пролетные строения используют в качестве расстрелов,
а роль поясов выполняют продольные железобетонные балки, на
которые расстрелы укладываются.
Единый тип конструкции сохранен для всех сооружений
станционного комплекса, включая и перекрестный съезд за
станцией.
86
1.4. ПЕРЕСАДОЧНЫЕ УЗЛЫ НА ЛИНИЯХ МЕЛКОГО
ЗАЛОЖЕНИЯ
1.4.1. Общие сведения
Пересадочные узлы размещают в местах пересечения или
касания линий метрополитенов, а при маршрутном движении
поездов — в местах их разветвления. С развитием сети линий
возникает необходимость нс только в создании новых узлов
пересадки, но зачастую требуется переустройство или рекон-
струкция существующих — для обслуживания вновь строящихся
линий. Только на девяти линиях Московского метрополитена
действует 21 пересадочный узел; эти узлы включают 49 станций.
Один из центральных пересадочных узлов объединяет в настоя-
щее время четыре станции: «Библиотека имени Ленина», «Арбат-
ская», «Александровский сад» и «Боровицкая». Пересадочный
узел станции Парижского метрополитена «Шатле» объединяет в
одном уровне четыре платформы, обслуживающие семь линий
(включая и железную дорогу).
Пересадочные узлы представляют собой сложный комплекс
сооружений и устройств, предназначенных для передвижения
огромных потоков пассажиров. Так, суточный пассажирооборот
центральных пересадочных узлов Московского метрополитена
достигает двух миллионов человек.
Строительство сооружений пересадочного узла связано со
значительными материальными и трудовыми затратами, поэтому
к их проектированию предъявляются особые требования. Это
относится как к объемно-планировочному решению пересадоч-
ного узла и конструкциям входящих в него станций, так и к
расположению и типу переходных коммуникаций, связывающих
пересадочные станции между собой.
Главными ориентирами в процессе проектных проработок
пересадочных узлов остаются основные принципы, положенные
в основу проектирования промежуточных станций. Однако с
Учетом функционального назначения пересадочных узлов следует
определить ряд специфических требований к этим объектам. Так,
Местонахождение пересадочного узла и его объемно-планировоч-
ное решение следует принимать так, чтобы пассажир при пересад-
Ке имел максимум удобств:
мог попасть с любой станции на любую другую с одной
Пересадкой;
затрачивал минимум времени на пересадку;
имел возможность свободного передвижения на всех участках
Пути следования в пиковые часы работы метрополитена;
преодолевал наименьшее количество лестничных подъемов
При их минимальной высоте;
избегал пересечений со встречными пассажиропотоками;
пользовался эскалаторами на подъемах свыше 6,5 м и траве-
87
лекторами (подвижными тротуарами) на участке переходов более
100 м.
Работа пересадочного узла характеризуется его пропускной
способностью — количеством пассажиров, совершивших перс,
садку на всех станциях этого узла в единицу времени (без учета так
называемых «местных» пассажиров, начинающих или заканчива-
ющих свой маршрут на станциях пересадочного узла). С этой
точки зрения необходимо, чтобы пропускная и провозная способ-
ности всех элементов коммуникационного пути соответствовали
пассажиропотокам на этих направлениях. При компоновке вхо-
дящих в пересадочный узел сооружений следует, по возможности,
осуществлять принципы разделения пассажиропотоков по на-
правлениям.
На пересадочных станциях пассажирооборот существенно
больший, чем на промежуточных, а следовательно и более дли-
тельная посадка — высадка пассажиров. Такая станция может
стать лимитирующей по пропускной способности линии. Поэто-
му в узлах пересадки следует предусматривать мероприятия для
сокращения стоянки поезда. С этой целью входы, выходы и
переходы на платформе станции стремятся расположить так,
чтобы обеспечивалось равномерное рассредоточение по платфор-
мам прибывающих на станцию пассажиров и равномерное напол-
нение вагонов по всей длине поезда В некоторых случаях может
оказаться целесообразной дополнительная платформа, которая
позволит осуществлять одновременную (двухстороннюю) посад-
ку — высадку пассажиров в вагоны поезда.
Объемно-планировочные и конструктивные решения переса-
дочных узлов получаются более четкими и простыми в исполне-
нии, если их предусматривают на генеральной схеме заранее. Это
позволяет проектировать и строить станции в намеченном узле с
учетом пересадки на перспективную линию На линиях, намечен-
ных к строительству в далекой перспективе (через 25-30 лет),
безусловно, трудно предвидеть заранее, где будут размещаться
узлы пересадок, и, зачастую, при проектировании через столь
длительный период новой линии в пересадочный узел может быть
включена одна из ближайших к месту пересечения промежуточ-
ных станций. В этом случае выбор одной станции из нескольких
должен быть основан на тщательном анализе конструктивно-
планировочного решения каждой из этих станций. Прежде всего,
необходимо оценить пропускную способность существующей
станции в условиях неизбежного увеличения пассажиропотока,
выявить возможность удобного примыкания к ней пересадочных
коммуникаций, а также сооружения этих коммуникаций без
перерыва движения поездов на действующей линии.
При проектировании пересадочного узла необходимо во всех
случаях стремиться сократить количество и протяженность ком-
муникационных сооружений, связывающих отдельные станций
между собой, или исключить их вообще (например, в объединен-
ных пересадочных станциях).
88
Таким образом, проектирование пересадочных узлов на лини-
метрополитена является сложной инженерной задачей, кото-
связана в каждом конкретном случае с поиском новых
о&ьемно-планировочных решений, учитывающих очередность
строительств;! линий, количественную оценку пассажиропотоков
и пассажирооборотов, инженерно-геологические и градострои-
тельные условия.
При всем многообразии возможностей организации движения
пассажиров, следующих на пересадку, можно выделить два вари-
анта объемно-планировочного решения пересадочного узла:
пересадка с одной станции на другую по коммуникациям,
соединяющим платформы этих станций;
пересадка в пределах одной объединенной станции, в которой
размещены платформы всех линий пересадочного узла.
Сточки зрения эксплуатационной особенности пересадочно-
го узла, которая выражается во взаимосвязи входящих в этот узел
путей и платформ, пересадка на станциях может быть организо-
вана по двум схемам:
пересадка с платформы станции, обслуживающей пути одной
линии, на платформу станции, обслуживающую пути другой
пинии,
пересадка на платформах, обслуживающих пути разных линий
(так называемая пересадка по совмещенной схеме).
При пересадке по совмещенной схеме пути линий перекрещи-
ваются таким образом, чтобы пути одного направления обеих
линий примыкали к платформе одной станции (или к одной
платформе объединенной станции), а пути противоположного
направления — к платформе другой станции (или к другой
платформе объединенной станции).
Для пересадки в попутном направлении пассажирам требуется
перейти из поезда одной линии поперек платформы в поезд
Другой линии. Для обеспечения удобной пересадки в обратном
направлении торцы или середины платформ соединяют переход-
ными мостиками либо объединенными вестибюлями. На переход
с одной линии на другую при поездке в попутном направлении
пассажир затрачивает 15-20 с, а в обратном — 50-80 с,
1*4.2. Объемно-планировочные и конструктивные решения
пересадочных узлов
Схемы пересадок. На отечественных и зарубежных метрополи-
^енах наиболее распространены пересадки с переходом с одной
станции на другую. Это можно объяснить тем, что ввод линий в
ЭКсПлуатацию осуществляется, как правило, поэтапно и необхо-
димость в пересадке возникает лишь тогда, когда вводится в
^сплуатацию очередная линия. Поскольку до этого события
Роходиг довольно значительное время, то на месте перспектив-
ОГо пересадочного узла вначале целесообразно расположить
89
станцию, обслуживающую (временно) пути только строящем^
линии. Кроме того, в процессе развития линий метрополитена
пересадочные узлы могут размещаться в незапланированных
ранее местах пересечения действующих линии, и тогда в этот
включают ближайшую к пересечению обычную промежуточную
станцию, соединяя ее переходами с перспективной.
Отдельные станции пересадочного узла соединяют между
собой посредством системы пересадочных коммуни-
каций. Как правило, на пересадках с небольшими потоками
транзитных пассажиров достаточно одной коммуникационной
линии. При возрастании пассажиропотоков для распределения их
по направлениям и рассредоточения по платформам эти станции
связывают двумя и более коммуникационными линиями. С разви-
тием сети метрополитена число станций в пересадочном узле
может увеличиться. Возрастает и усложняется и сеть пересадочных
коммуникаций этого узла.
К числу коммуникационных сооружений пересадочного узла
относятся следующие: переходные коридоры, камеры сопряжения
со станцией, аванзалы, промежуточные вестибюли, эскалаторные
тоннели (при пересадке на линии глубокого заложения), лифтовые
подъемники и поэтажные эскалаторы, лестничные марши, переход-
ные мостики и т.п. Включение в состав коммуникационного пути
тех или иных сооружений зависит от объемно-планировочного
решения пересадочного узла, основу которого составляет схема
пересадки.
Главным признаком, по которому разделяют схемы пересадок
между отдельными станциями, служит место сопряжения переса-
дочных коммуникаций со станциями. Поскольку сопряжение
переходных коммуникаций со станциями можно расположить в
плане либо ближе кссрсдинс платформы, либо в торце, а в профиле
— на разных уровнях по отношению к станционной платформе, то
выделяют следующие схемы пересадок:
в плане — из торца одной станции в центр другой; из ториа
одной станции в торец другой; из центра одной станции в центр
другой;
в профиле — верхнее примыкание (над станционными путями)
и нижнее примыкание (под станционными путями).
Ту или иную схему принимают на основе всестороннего
анализа многочисленных факторов, к числу которых следует
отнести; количество станций, входящих в состав пересадочного
узла и очередность ввода их в эксплуатацию; взаимное располо-
жение станций в плане и в профиле; конструктивное и объе.мно-
планировочнос решение каждой станции, число и место примы-
кания к платформам эскалаторов или лестниц, связывающих их
с поверхностью земли; пассажирооборот станционного узла и
пассажиропотоки по направлениям пересадок.
Анализ опыта строительства и эксплуатации пересадочных
узлов позволяет дать некоторые общие рекомендации, которые
90
могут быть полезны при решении вопроса о компоновке комплек-
са подземных сооружений пересадочного узла.
Прежде всего отметим, что пересадка из центра одной станции
в центр другой способствует равномерному распределению пасса-
,01ров по платформе, сосредоточивая идущих на посадку в цен-
тральной ее части и высвобождая торцы платформы у эскалаторов
и лестниц, ведущих к выходу в город, где скапливаются «местные»
пассажиры (начинающие или заканчивающие свой маршрут на
данной станции). Основной недостаток такой схемы заключается в
том, что местные пассажиропотоки, направляющиеся вторцы или
от торцов платформы, пересекаются странзитными, устремляющи-
мися к центру, что осложняет движение по платформе. Это
выдвигает особые требова ниякпросктированию рас п редел ите л ь-
ного зала станции. Кроме этого, примыкание пересадочных ком-
муникаций в центре станции в большинстве случаев усложняет
конструкции и производство работ на участке сопряжения, что
предъявляет особые требования при выборе конструктивного типа
пересадочной станции.
Пересадке из торца одной станции в торец другой во многих
случаях можно отдать предпочтение потому, что при взаимном
расположении станций в плане под любым углом переход оказы-
вается самым коротким.
При небольших потоках транзитных пассажиров можно в
качестве пересадочных коммуникаций в торцах станций использо-
вать объединенные аванзалы и вестибюли, имеющие выход на
поверхность. Однако надо иметь в виду, что вдальнейшем с ростом
интенсивности транзитных пассажиропотоков они будут смеши-
ваться здес ь с потокам и пассажи ро в, п рибы вающи хна стан цию ил и
следующих на выход в этом направлении, затрудняя общую органи-
зациюдвижения и внося путаницу в маршрут следования «местных»
и транзитных пассажиров.
Довольно часто принимают такую схему пересадки, когда
пассажиропотоки из центра одной станции направляются в торце-
вую часть другой и вобратном направлении. Такой пересадочный
Узел обладает как достоинствами, так и недостатками первой и
второй схем с той лишь разницей, что они относятся только к одной
Из станций пересадочного узла.
Каждая из рассмотренных схем пересадок в плане может быть
выполнена в профиле с верхним (над путями) или нижним (под
Путями) примыканием пересадочных коммуникаций к станции.
Верхнее примыкание осуществляется через переходные мос-
тки, расположенные над путями метрополитена, и лестничные
сходы на платформу. С учетом габарита приближения строений
'-Мс и конструктивных размеров поперечного сечения пролетов
Бостика минимальная высота, которую должен преодолеть пасса-
жир, следующий на пересадку, составит 3,25 м.
При нижнем примыкании переходы располагают под путями
91
с выходом на платформу по лестничным маршам или эскалато
рам. С учетом минимальной высоты проходов (2,3 м), расстояний
от уровня головки рельса до пола платформы (1,1 м) и конструк
тивных особенностей лотковой части путевых тоннелей станццц
высота, которую должен преодолеть пассажир, следующий
пересадку, составляет 4,5-5 м.
Рассматривая преимущества верхнего или нижнего примыка-
ния с точки зрения удобства пассажиров, следует признать, чТо
организация пересадки с устройством переходных мостиков нцд
путями метрополитена менее утомительна, так как требует подъ-
ема на меньшую высоту.
Ширина сооружений, входящих в пересадочные коммуника-
ции, по всему пути следования (от платформы одной станции до
платформы другой) должна соответствовать величине ожидаемо-
го пассажиропотока по этому пути. При пешеходном движении
ширину тоннеля принимают исходя из пропускной способности
горизонтального участка пути или лестничных маршей. При
наличии на пути следования транспортных устройств (эскалато-
ров или пассажирских конвейеров) поперечное сечение переса-
дочного тоннеля будет определяться условиями размещения не-
обходимого количества этих устройств, которое устанавливают
исходя из их провозной способности.
На рис. 1.62 показана конструкция узла примыкания переход-
ного тоннеля к платформе станции с переходом над путями. В
этом случае над платформой станции устраивают поперечный
мостик с двухсторонними лестничными сходами. Высоту мостика
над платформой принимают такой, чтобы низ его пролетных
балок был за пределами верхнего очертания габарита приближе-
ния строений
Конструкции переходного тоннеля, лестниц или эскалаторов
в этом случае аналогичны тем, которые используются для связи
станций мелкого заложения с поверхностью земли.
При расположении пересекающихся линий под углом, близ-
ким к прямому, удобный вариант пересадки, исключающий
переходные тоннели, получается, если станции расположить в
разных уровнях и объединить их торцы подземным вестибюлем
(рис. 1.63).
В этом случае станционные пути пересекаются непосредственно
за платформами обеих станций в конструктивном пространстве
второго и третьего ярусов вестибюля. Несущие конструкции
вестибюля на этом участке служат опорами и пролетными беечка-
ми эстакады, по которой проходят пути верхней, менее заглублен-
ной, станции. Пересадка осуществляется через пассажирский зал
вестибюля, который связан с платформой этой станции лестнич-
ными маршами, а с платформой более заглубленной станции —
эскалаторами. Для разделения местных пассажиропотоков и
пассажиров, следующих на пересадку, необходимо предусмотреть
довольно большую площадь верхнего яруса вестибюля и достаточ-
92
Рис.1.62. Конструктивная схем. узла примыкания переходного коридора над путями станции
93
Рис.1.63. Схема пересадочного узла с объединенным вестибюлем:
— план; б — продольный разрез по оси станции Л; в — продольный разрез по оси станции Б
нос количество раздельных ВХОДОВ И ВЫХОДОВ. Основные
конструктивными элементами такого пересадочного узла являХ*1
ся сборные железобетонные колонны, ригели, плиты перекрыть
стеновые и фундаментные блоки, аналогичные тем, которые бьц
рассмотрены в конструкциях промежуточных колонных станций*1
сооружаемых открытым способом.
На рис. 1.64 показан вариант пересадочного узла без переходных
коридоров (башенного типа).
Рис. 1.64. Схема пересадочного узла без переходных коридоров (башенного типа)
96
Объединенные пересадочные станции. Компактными и более
бНыми для пассажиров будут пересадки, если платформы всех
ресекаюшихся в данном узле линий разместить в пределах
1С' й объединенной станции. Заметим, что для выполнения
°того решения пути пересекающихся линий в пределах станции
^хны быть расположены параллельно, а следовательно,
Пресекающиеся линии — под острым углом друг к другу. Следует
честь также, что решение о строительстве объединенной
пересадочной станции, требующей значительных материальных и
рудовых затрат, будет тем обоснованней, чем меньше будет
разрыв во времени между вводом в эксплуатацию отдельных
линий, объединенных этой станцией.
Очевидно, что размещать платформы в едином строительном
объеме такой станции можно как в одном, так и в разных уровнях,
а в зависимости от эксплуатационных особенностей
проектируемого узла принимать их островными или боковыми, не
исключая комбинации тех и других.
Решения о расположении путей в одном или разных уровнях
должны приниматься с учетом числа и типа платформ, глубины
заложения линий, способа производства работ по сооружению
объединенной пересадочной станции, а также градостроительной
ситуации.
При сооружении пересадочной станции, платформы которой
находятся водном уровне, котлован будет иметь меньшую глуби-
ну, чем при ярусном их расположении, поэтому упрощаются
работы по его креплению. Кроме того, находящиеся в одном
уровне платформы удобнее для пассажира, который получает
кратчайший выход на поверхность с любой из платформ. Однако
для сооружения открытым способом станции, вмещающей значи-
тельное число путей, расположенных водном уровне, требуется
достаточно большое пространство, свободное от городской
застройки На некоторых ктрубежных метрополитенах для
рационального использования городской территории
одноуровневую объединенную станцию размещают в едином
комплексе с высотными итаниями в их цокольной части.
Конструктивное исполнение объединенных пересадочных стан -
чип мелкого сложения с расположением платформ в одном
Уровне может быть аналогично решениям, рассмотренным в
п. 1.3.2. Это могут быть колонные станции с тремя, четырьмя и
более пролетами Например, если станция находится на
Разветвлении линии с маршрутным движением поездов, то три
Г1Ути и платформы такой станции размешают в трехпролетной
Конструкции, показанной на рис. 1.65. Два ряда внутренних несу-
щих конструкций станции, выполненные в виде колонн и ригелей.
Расположены в среднем сечении каждой платформы, вследствие
'его средний пролет перекрытия станции получается несколько
больше, чем боковые. Используя стандартные элементы типовой
тРехпрблетной станции (см. рис. 1.36), нетрудно запроектировать
станцию с двумя островными платформами, обслуживающими
97
OSZl
Рис. 1.65. Грсхпролетиая пересадочная станция на разветвлении линии метрополитена;
а — план; б — конструкция платформенного участка;
I — пути метрополитена; 2 — платформы. 3 — вестибюли, 4 — стрелочные переводы
98
рис.1.66. Конструктивная схема платформенного участка пятипролстнон объединен-
ной пересадочной станции
Ряс.1.67. Конструктивная схема платформенного участка четырехлролетиой объеди-
ненной пересадочной станции
четыре пути (рис. 1.66). Однако архитектурно-эстетическое
восприятие двухплатформенной станции будет значительно луч-
ше, если ее конструкцию выполнить по четырехпролетной схеме
(рис 1.67).
При необходимости можно по аналогии с указанными схема-
ми и приведенными примерами конструировать объединенную
станцию с большим числом путей и платформ, используя
повторяющиеся элементы конструкций.
Примером объединенной пересадочной станции может слу-
жить станция метрополитена в Лилле (Франция), сооруженная с
Использованием метода «стена в грунте» (рис. 1.68). Пассажир,
Пользуясь лестничными маршами, эскалаторами или лифтами
(последние предназначены для пассажиров с детскими колясками
Или инвалидов), попадает через открытые входы или кабины
•Лифтов, установленных на тротуарах, в распределительный зал
Верхнего яруса или на одну из двух островных платформ нижнего
Пруса. Между платформами расположены пути скоростного
Трамвая, а по краям — линии метрополитена.
99
Рис. 1.68. Объединенная пересадочная станция в Лилле (Франция):
1 — распределительный зал; 2 — тоннели метрополитена; 3 — ограждение из
прозрачного материала; 4 — линия скоростного трамвая; 5 — лестница; 6 -
эскалатор; 7 — лифты
Более компактный пересадочный узел получается, если
платформы и пути в объединенной станции расположены в
разных уровнях. При этом для сокращения общей высоты стан-
ции, а следовательно, и глубины котлована, целесообразно ни-
Рис. 1.69. Конструктивная схема платформенного участка объединенной пересадочной
станции с расположением путей в двух уровнях
100
io платформу принять островной, а на минимальной высоте,
*** еделяемой габаритом приближения строений, над путями
° и платформы расположить боковые платформы верхнего яруса
(рИС-1-69*-
-! 5 ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ
СТРОИТЕЛЬСТВА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИИ
1.5.1. Строительство перегонных тоннелей
Перегонные тоннели метрополитена на линиях мелкого зало-
жения сооружают открытым или закрытым способом. Основны-
ми факторами, определяющими выбор того или иного решения,
являются инженерно-геологические условия строительства,
рельефные особенности местности на трассе, характер застройки
городских кварталов и особенности наземных транспортных
магистралей.
К числу открытых способов относятся следующие:
котлованный, когда обделку тоннеля возводят надне раскрытого
(на всю ширину конструкции) котлована, стены которого выпол-
няют под углом естественного откоса или вертикальными,
закрепляя грунт временной крепью и засыпая готовую конструкцию
(рис. 1-70);
метод «стена в грунте», когда до разработки котлована в
вертикальных траншеях устраивают железобетонные стены, явля-
ющиеся. как правило, стенами обделки тоннеля; а затем
разрабатывают котлован между этими стенами,- устраивают лоток
и перекрытие тоннеля и засыпают конструкцию;
щитовой, когда для крепления стен котлована и устройства
обделки тоннеля используют передвижную металлическую крепь
в виде лотка прямоугольного сечения — шит открытого способа
работ (рис. 1.71).
При сооружении тоннелей метрополитена открытым спосо-
бом необходимо вести трассу в строгом соответствии с наземными
транспортными магистралями, обходя отдельно стоящие здания
и сооружения на значительном от них расстоянии, выполнять
большой объем работ, связанных с перекладкой коммуникаций,
переносить из района строительства линии трамвая, троллейбуса,
автобуса Как правило, при открытом способе из-за стесненных
Условий на городских улицах тоннели сооружают в котлованах с
Креплением стен металлическими сваями. Свайное крепление
Фебует огромного количества прокатной стали — 1,2-1,4 тыс.т на
* км линии. Уровень ручного труда в общих трудовых затратах
Постигает 60%, так как вручную выполняют такие работы, как
Устройство деревянной забирки между сваями, омоноличивание
стыков сборной обделки, гидроизоляционные работы, устройство
защитных стенок гидроизоляции ит.д. Непроизводительны также
Работы связанные с извлечением свай, вывозом излишнего
трунт-а с последующим обратным завозом его для засыпки
101
Рис. 1.70. Монтаж блоков цельносекционной обделки в котловане со свайно-распоГ
иым креплением
конструкций. На длительный срок задерживается подготовь
фронта тоннельных работ из-за перекладки множества городски’1
подземных коммуникаций. К недостаткам открытого способ3
работ следует отнести серьезные нарушения нормальной работ*1
городского транспорта, связанные с закрытием его основнЫ11
102
3
магистралей, вдоль которых, как правило, прокладывается трасса
линии. Применение механизированных агрегатов с передвижной
металлической крепью (щитовой способ) решает только часть
вопросов, касающихся крепления котлована. Следовательно,
проходка перегонных тоннелей на линиях мелкого заложения
открытым способом может быть оправдана только в
малозастроснных периферийных районах города.
Наиболее эффективным техническим решением, особенно в
плотно застроенных городских кварталах, следует считать
сооружение тоннелей мелкого заложения без вскрытия земной
поверхности — закрытым способом на основе щитовой проходки.
Впервые это решение было осуществлено в 1961 г. на Калужском
радиусе Московского метрополитена между станциями
’Октябрьская» и «Новые Черемушки». Проведенные на этом
Участке работы показали реальную возможность резкого ускорения
темпов и снижения стоимости строительства. В последующие
Г°ДЫ объемы работ, выполняемых закрытым способом, резко
возросли. Эти работы развернулись в Москве на Фрунзенском,
Кировском, Ждановском, Замоскворецком радиусах. Максималь-
ные скорости проходки на этих радиусах превзошли все имеющи-
еся к тому времени достижения и составили 187; 243.6; 132. 400,2;
’’0,6 м в месяц соответственно. В настоящее время в городах, где
строительство всех линий ведется только на мелком заложении (в
Нижнем Новгороде, Новосибирске, Самаре, Минске, Ташкенте,
Омске), большинство участков перегонных тоннелей сооружают
закрытым способом.
Поскольку вблизи земной поверхности расположены, как
Правило, слабые малосвязные грунты, а скальные и полускальныс
103
грунты чаще всего значительно разрушены процессах
выветривания, проходку тоннелей ведут щитовым с п
с о б о м. ]
При щитовой проходке совмещаются по времени основу
операции производственного процесса и создаются условия ц!
максимальной механизации, что обеспечивает высокие TejumJ
сооружения тоннеля. Присущие щитовой проходке надежность
крепления забоя и повышенная безопасность ведения работ дакд
возможность сооружать тоннели в сложных геологических ц
гидрологических условиях. При необходимости щитовую Проходку
сочетают со специальными способами (с применением водопони-
жения, замораживания и др.), что позволяет осуществить
строительство тоннелей в водонасыщенных песках, под руслами
рек и т.п.
Щитовые комплексы в большинстве случаев монтируют и
выводят на трассу из котлована одной станции и демонтируют в
котловане другой (рис. 1.72). При этом используют как обычные
(частично механизированные), так и механизированные
проходческие щиты.
Обычные проходческие щиты выполняют функции
передвижной временной крепи и рабочих подмостей. При их
Вис. 1.72. Монга* npoxoTiccKoio мсхаии шрованиого комплекса в кспловане панч1’*1
104
пользовании забой в слабых грунтах разрабатывают ручными
ИнстрУмснтамн- ^та Ра^ота чрезвычайно сложна в сыпучих грунтах,
^лбует высокой квалификации рабочих и особой тщательности
^ролнения операций. Главная задача при этом — не допустить
®ооизвольного выпуска грунта из забоя. Естественно, что темпы
„походки в таких условиях весьма низкие (30-40 м в месяц).
П^Проходку ведут методом вдавливания щита в грунт,
оазрабатывая забой под защитой ножевой части щита заходками
250-500 мм с тщательным креплением кровли и лба забоя. Для
крепления кровли устраивают выдвижные или постоянные
козырьки, выступающие перед ножевым кольцом шита. Выдвиж-
ной козырек выполняют в виде сплошной арки из листового
металла. Его выдвигают вперед на одну заходку, вдавливая в грунт
до передвижки щита специальными домкратами. Неподвижный
козырек применяют при проходке в песках. Его выполняют из
стальных балок и рельсов, прочно закрепленных в ножевом
кольце щита. Козырек вдавливается в грунт при передвижке щита.
Устойчивость лба забоя может быть обеспечена двумя спосо-
бами. а) сплошным креплением горизонтальными досками,
прижатыми ко лбу забоя забойными домкратами щита; 6).
устройством на щите дополнительных горизонтальных площадок,
на которых образуются осыпи грунта под углом естественного
откоса. Большая трудоемкость работ, выполняемых вручную и
малые заходки с постоянным перекреплением лба забоя сущес-
твенно сдерживают темпы проходки при сплошном креплении
лба забоя в песчаных и супесчаных грунтах.
Существенно снизилась трудоемкость работ и возросли темпы
проходки, когда в .таких условиях стали применять щиты с
рассекающими площадками (рис. 1.73). При внедрении площадки
ссыпавшийся на нее под углом естественного откоса грунт
поддерживает своей массой забой. По мере вдавливания щита
песчаный грунт поступает из верхних ячеек через люки в площад-
ках и направляющие желоба в среднюю нижнюю ячейку, откуда
убирается породопогрузочной машиной в вагонетки. Важным
достоинством применения щитов с рассекающими площадками
является достижение высокой скорости проходки (до 400 м/мес.),
снижение затрат труда и материалов.
В скальных грунтах щитовым способом ведут проходку только
в сильновыветренных массивах, так называемых рухляках. В более
прочных трещиноватых скальных грунтах при разработке грунта
буровзрывным способом щитовую проходку предусматривают
только в исключительных случаях, к которым можно отнести
наличие неустойчивой кровли незначительной толщины,
непосредственную близость дна водотока и т.п.
В условиях, когда трасса проходит вблизи зданий и сооружений
Или городских коммуникаций, следует учитывать опасность сей-
смического воздействия взрыва на эти объекты. В таких случаях
Может оказаться целесообразным разрушать скальный грунт в
забое щита гидроклином. При использовании гидроклина бурят
105
106
щпуры обычными средствами. Затем в каждый шпур вводят
иновое устройство, в котором при помощи насосной установки
создают высокое гидростатическое давление, разжимающее клин
В результате скальный массив раскалывается на части.
Скорости проходки тоннелей мелкого заложения
немеханизированными щитами в зависимости от инженерно-
геологических условий составляют в среднем 60-80 м в месяц
Высокие и устойчивые темпы работ посооружению перегонных
тоннелей могут быть достигнуты только при условии комплекс-
ной механизации работ.
При щитовом способе сооружения тоннелей комплексная
механизация предусматривает непрерывное и одновременное
выполнение механизированным способом всех основных и вспо-
могательных операций от забоя до участка готового тоннеля.
Необходимый для этого набор оборудования, основу которого
составляет проходческий щит, принято называть щитовым
механизированным комплексом.
Очевидно, что в качестве ведущей машины в таком комплексе
следует принимать механизированный проходческий шит. Ком-
плектующие машины и механизмы расположены за шитом и
состоят из оборудования для возведения обделки, передвижной
/ технологической платформы, транспортного моста для ленточно-
го транспортера, средств для транспорта грунта из тоннеля,
оборудования для нагнетания раствора за обделку и для
гидроизоляционных работ, гидравлического и электрического
оборудования.
Применение щитовых механизированных комплексов не только
создает условия для частичной или полной автоматизации
производства, существенно облегчает труд проходчиков и повы-
шает его безопасность, но и улучшает санитарные условия и
ставит на новый уровень общую культуру производства
проходческих работ.
Как правило, конкретный тип рабочего органа меха-
низированного проходческого щита приспособлен для работы в
грунтах с определенными физико-механическими ха-
рактеристиками, т.е. в узком диапазоне инженерно-геологичес-
ких условий. Такая «специализация» механизированных
Проходческих щитов привела к большому разнообразию их
конструктивных решений.
В результате значительного объема научно-исследовательской
и практической работы отечественными специалистами создан
большой парк высокопроизводительных механизированных щи-
товых комплексов для строительства перегонных тоннелей
Метрополитена в песках естественной влажности, в мягких и
Плотных глинах, в смешанных грунтах с включением гравия [ 14]
В качестве примеров применения щитовых механизированных
Комплексов из большого числа возможных вариантов рассмотрены
тЗДько наиболее характерные как с точки зрения инженерно-
ГеЗДогичеоких условий, в которых рекомендовано их применение,
107
так И КОНСТРУКТИВНОГО решения обделок, ВОЗВОДИМЫХ С ПОМОЩЦф
этих комплексов.
Механизированный комплекс ЩМ-17М предназначен
сооружения тоннелей в песчаных грунтах естественной влажное,
ти при проходке со сборной обделкой.
Особенность таких комплексов состоит в наличии в головной
части щита ЩМ-17, ножевая часть которого разделена тремя
горизонтальными перегородками с выдвижными площадками
Грунт с площадок отбирают механизмами челкктного типа
установленными на каждом ярусе Механизмы выполнены в виде 1
телескопических стрел, на концах которых смонтированы
раздвигающиеся и сдвигающиеся в горизонтальной плоскости
ковши — челюсти. При возвратно-поступательном движении
челюстные механизмы способны сбрасывать с площадок в лотко-
вую часть щита не только сыпучий, но и достаточно плотный
грунт.
Максимальная скорость проходки с использованием комплек-
са ЩМ-17М на строительстве Московского метрополитена до-
стигла 5,6 м в смену (430 м в месяц), средние месячные скорости
— до 150 м.
При проходке тоннелей мелкого заложения в условиях, когда /
песчаные грунты перемежаются с плотными суглинками, для
подработки грунта перед ножом щита необходим более мощный,
чем челюстной, механизм. Для работы в таких условиях созданы
и успешно внедряются на строительстве метрополитенов страны
щитовые комплексы КМ-42 и КТ-5.6Б2. Щиты таких комплексов
оснащены экскаваторным (одним или двумя) исполнительным
органом телескопического типа с гидроприводом.
Для механизированной проходки тоннелей в смешанных по
трассе грунтах созданы комплексы, оснащенные сменными ис-
полнительными органами. Так, с 1982 г. на строительстве
метрополитенов в Москве и Новосибирске начали
эксплуатироваться комплексы КТ-5,6Д2 (рис. 1.74) со сменным
стреловым (экскаваторным и фрезерным) оборудованием Такие
комплексы предназначены для сооружения перегонных тоннелей
как мелкого, так и глубокого заложения с возведением сборной
железобетонной или чугунной обделки. При проходке в супесях,
суглинках, глинах с включением гравия, гальки и валунов шит в
составе такого комплекса оборудуют шарнирно-рычажным
экскаваторным органом (рис. 1.74,а), а при проходке в плотных
глинах, мергелях, известняках с коэффициентом крепости до 5 —
фрезерным (рис. 1.74,6). Замена одного исполнительного органз
другим возможна в процессе сооружения тоннеля без демонтажа
щита.
При проходке тоннеля в супесях и суглинистых грунтах со
сборной железобетонной обделкой, обжатой в грунт, цикл работ
после передвижки щита начинают с разработки грунта
108
Рис.1.74. Механизированный шит КГ-5.6Д2 со сменным исполнительным органом:
* жскаваюрным; б — фрезерным
109
Рис. 1.75. Технологическая схема сооружения перегонного тоннеля механизированным
щитовым комплексом КТ-5.6Д2 с транспортировкой грунта автосамосвалами:
1 — выдвижной козырек. 2 — выдвижные площадки; 3 — экскаваторный исполни-
тельный орган; 4 — рычаги-манипуляторы укладчика обделки; 5 — ленточный
конвейер. 6 — автосамосвал; 7 — породопогрузочная машина
экскаваторным органом шита (рис. 1.75). Грунт разрабатывают по
всему сечению забоя сверху вниз на заходку, равную ширине
кольца обделки. Для предохранения кровли от обрушения по мере
разработки грунта в верхней части забоя по периметру выступа-
ющей части ножевого кольца (аванбека) выдвигают секции вы-
движного козырька. Лоб забоя удерживают под углом естествен-
ного откоса выдвижными горизонтальными площадками
Одновременно с разработкой грунта производят окончательное
обжатие кольца, которое сошло с оболочки щита. Затем передвигают
к щиту технологический комплекс и. нс прекращая разработку и
погрузку грунта, монтируют очередное кольцо обделки.
Монтаж обделки ведут укладчиком, выполненным в виде двух
рычагов-манипуляторов. Такая конструкция укладчика позволяет
вести монтаж кольца одновременно с двух сторон от лоткового
блока и совместить эту операцию по времени с разработкой грунта
в забое. После замыкания кольца обделки производятего разжатие.
Представление об организации работ, трудоемкости отдель-
ных операций и темпах проходки дает циклограмма, приведенная
втабл.1.4. Применение таких комплексов позволяет вести проходку
тоннеля со скоростью 8 м в сутки (до 200 м в месяц) при затратах
труда 18 чел.-ч на 1 м тоннеля.
При строительстве тоннелей метрополитена на линиях мелко-
го заложения большой объем работ приходится выполнять в
НО
Таблица 1.4.
Циклограмма сооружения I м перегонного тоннеля механизированным
комплексом КТ-5.6Д2
Наименование работы Объем работ л i 1т
разработка грунта экскаваторным ор- ганом, MJ 24,6 2,0
Погрузка грунта на транспортер и затем в автосамо- свал* м3 24.6 4,0
Окончательное об- жатие кольца, со- шедшего с оболоч км 1 коль- цо 1.5
Передвижка техно логического комп- лекса, м 1.0 1,0
Монтаж кольца об- делки и первичное обжатие 1 коль- цо 3.5
Омоноличивячие узлов разжатия по- сле Окончательно- го обжатия кольца 2 vana 0.65
Профилактичес- кий осмотр и ре- монт механизмов — 1.7
Ремонт и доставка блоков обделки 1югь- цо 2.0
Передвижка Щита, м 1.0 1.0
Время производственного процесса, мин
1 -й час 2-й час 3-й час
10 20 30 40 50 60 10 20 30 40 50 60 10 Д) 30 40 50 ои
1
2
3
3
3
4
2
4
6
Примечание. Цифрами показано число рабочих, выполняющих операцию.
фезвычайно сложных инженерно-геологических условиях. Сте-
ень сложности этих условий определяется в основном водонасы-
Фенностью грунтов и их устойчивостью при раскрытии выработки,
наибольшие трудности возникают при строительстве тоннелей в
^Устойчивых водоносных грунтах типа плывунов или в мягких
^стичных глинах, когда невозможно обнажить выработку даже
незначительной площади. При этом даже применение в
Честве крепи проходческого щита не в состоянии обеспечить
111
устойчивость забоя и надлежащую безопасность веден.,
проходческих работ. 4
Еще в большей степени осложняет задачу проходка в
грунтахтоннелей, прокладываемых в непосредственной близос/
от фундаментов зданий и сооружении, сети подземных коммущ*
каций, дна водотоков, при пересечении линий железных и aurj
мобильных дорог и т.п. В этих условиях проходка тоннеля moxcj
повлечь за собой сдвига окружающего выработку грунтового
массива, осадки поверхности земли и, как следствие, деформации
зданий и сооружений, железнодорожного пути и автодорожного
полотна, выход из строя подземных коммуникаций и прочие
нарушения нормальной жизни города.
Все это часто приводит к необходимости выполнения
различного рода мероприятий и технологических приемов, осу.
ществляемых либо до начала, либо в процессе сооружения тонне-
ля. Совокупность таких мероприятий и технологических приемов
составляет основу специальных способов сооружения тоннелей.
Специальные способы сооружения тоннелей можно разделить
на три группы.
К первой группе относятся способы пересечения водоносных
грунтовс изменением их физико-механических свойств на период
выполнения работ по сооружению тоннелей — работа в искус-
ственно замороженных грунтах, в предварительно осушенных
водопонижением, под сжатым воздухом (кесонная проходка).
Ко второй группе относятся способы пересечения водонасы-
щенных грунтовс предварительным закреплением физико-хими-
ческими методами на длительный период строительства и эксплу-
атации — проходкас прсдварительнымтампонированием грунтов.
Третью группу составляют способы пересечения неустойчи-
вых или водоносных грунтов с применением специального
оборудования без каких-либо изменений их физико-механичес-
ких свойств — сооружение тоннелей продавливанием тоннельных
секций или элементов сборной обделки, с устройством
опережающего экрана из труб, методом погружения готовых
секций и т.п.
При выборе способа производства специальных работ следуй
учитывать особенности инженерно-геологических условии
строительного объекта, рекомендуемую область применения спо-
соба, экологическую ситуацию, а также технико-экономически6
показатели.
В некоторых случаях инженерно-геологические условия дик-
туют необходимость сочетания нескольких способов, наприМ£Р
водопонижения с искусственным замораживанием грунта, спосо-
ба продавливания с водопонижением или тампонированисм-
Сущность и рекомендуемые области применения специалы
ных способов изложены в [4].
112
1.5.2. Сооружение станций метрополитена
Сооружение подземных станций метрополитена — одна из
технически сложных и трудоемких отраслей современного
(строительства, требующая относительно высоких материальных и
финансовых затрат.
* Объем и состав работ на станции определяется типом и
количеством сооружений, входящих в станционный комплекс.
Зги сооружения предназначены для посадки, высадки и пересадки
пассажиров (станционные тоннели и распределительные залы,
подземные и наземные вестибюли с лестницами или эскалаторами,
соединительные и переходные коридоры), организации движе-
ния поездов (тягово-понизительные подстанции, оборотные
устройства и тупики) и соблюдения надлежащих санитарно-
гигиенических условий (вентиляционные тоннели, камеры и
киоски, санитарные узлы и т.п.).
Помимо сооружения тоннелей и камер различного назначе-
ния на станциях выполняется большой объем строительных,
монтажных и отделочных работ. К ним относятся возведение
внутритоннелъных конструкций (пассажирских платформ, путе-
вых устройств, переходных мостиков, лестниц, служебных поме-
k шений, кабельных каналов), архитектурное оформление
пассажирских помещений, монтаж оборудования эскалаторов,
тягово-понизительных подстанций, вентиляционных и водоот-
ливных установок, санитарно-технических узлов,
электроосвещения.
Таким образом, строительство подземной станции
метрополитена включает сложную систему взаимосвязанных
производственных процессов, в результате которых создается
комплекс сооружений, необходимый для бесперебойной и без-
опасной эксплуатации станции.
Особенность организации работ заключается в том, что от-
дельные виды работ и производственные процессы, выполняемые
на различных участках станционного комплекса, должны быть
технологически увязаны друг с другом. При этом одни из них
необходимо совмещать во времени, а другие выполнять в строго
определенной последовательности. Организация работ по
сооружению станции должна соответствовать современным науч-
но-техническим достижениям в строительстве с учетом следую-
щих требований:
строительство всего станционного комплекса или отдельных
сто сооружений поточным методом, который обеспечивает
Ритмичность, равномерность и непрерывность технологического
Процесса;
возможность увеличения фронта работ с целью сокращения
сроков строительства;
высокий технический уровень строительства при наименьшей
Трудоемкости работ;
индустриальные методы работ на основе использования ком-
273
плексной механизации и автоматизации основных и вспомог-
тельных процессов.
высокое качество работ при наименьших трудову*
материальных и финансовых затратах;
полную безопасность выполнении всех видов работ ца
строительстве.
Порядок и методы п|юизводства работ назначаются так, чтобц
они исключали или снижали до минимума осадки и смещения
земной поверхности вблизи строящейся станции, нс оказывали
отрицательного воздействия на окружающую среду, архитектурные
и исторические памятники и не нарушали сложившихся условий
жизни города.
В практике отечественного метростроения станции
метрополитена на линиях мелкого заложения сооружают открытым
способом в котлованах с последующей засыпкой возведенных
конструкций. Состав и порядок выполнения основных техноло-
гических операций по сооружению станции, объем земляных и
строительно-монтажных работ зависят от конструктивного
решения обделки станции, инженерно-геологических условий,
характера городской застройки, а также интенсивности движения
наземного транспорта.
Так, при наличии достаточно свободной от застройки тер-
ритории и возможности переноса транспортных магистралей на
соседн ис улицы станцию возводят на дне щхедварительно вскрытого
котлована. В зависимости от инженерно-геологических условий
котлован устраивают с естественными откосами или со специаль-
ным креплением стен.
В сложных инженерно-геологических условиях, при
расположении станции в непосредственной близости от зданий,
при возведении многоярусных конструкций, а также в условиях
интенсивного уличного движения, прерывать которое надлитель-
ный период нерационально или невозможно, состав и порядок
выполнения работможетбытьизменсн. Вначале возводят наружные
стены и внутренние опорные конструкции будущей станции
(промежуточные стены с проемами, колонны и т.п.), используя
метод «стена в грунте», буровые сваи и сваи-оболочки. Затем с
поверхности земли между наружными стенами станции частично
вскрывают котлован, устраивают перекрытие, П|юивводят обратную
засыпку грунта и восстанавливают дорожное покрытие. ПослсдУ'
ющис работы по сооружению станции продолжают под зашитой
перекрытия. Это позволяет быстро восстановить движение
транспорта над строящейся станцией.
По такой же схеме в слабых грунтах сооружают многоярусные
пересадочные станции метрополитена, располагая в первом (оТ
поверхности земли) ярусе систему пешеходных переходов, и°
втором — распределительные залы, в третьем и последующих
служебные помещения, пути и платформы различных линий
пересадочного узла.
При сооружении многоярусных станций грунт под перекрытием
114
азрабатывают последовательно сверху вниз. Мсждуярусныс
^скрытия возводят либо сверху вниз по мере разработки грунта,
1Ибо снизу вверх после завершения земляных работ. В первом
Случае после разработки грунта на высоту каждого яруса сразу же
возводят мсждуярусныс перекрытия, которые выполняют роль
оаспорок, обеспечивающих устойчивость стен. Во втором случае
одновременно с разработкой грунта производят крепление стен,
как при котлованном способе работ.
Строительство станций метрополитена открытым способом
ведут по прогрессивной технологии — поточным мето-
де м. На участке протяженностью 100-120 м производят работы
в последовательности и объемах, охватывающих весь цикл — от
разработки и крепления котлована, возведения и гидроизоляции
конструкций до обратной засыпки сооружения и устройства
подводящих инженерных сетей. Фронт работ продвигается по оси
станционного комплекса от одного конца к другому. Во главе
строительного потока идут подготовительные работы, включаю-
щие усиление фундаментов зданий, перекладку или подвеску
подземных коммуникаций и наземных транспортных линий,
искусственное водопонижение или замораживание неустойчивых
водонасыщенных грунтов. Следом за подготовительными выпол-
няются основные работы; разработка и крепление котлована,
возведение конструкций, гидроизоляция и обратная засыпка
грунтом, уплотнение, планировка и восстановление дорожного
покрытия и благоустройство территории. Перед монтажом
перекрытий выполняют все трудоемкие процессы по монтажу
внутристанционных обустройств, связанные с использованием
кранового оборудования.
Применение при строительстве станций поточного метода,
основанного на равномерности и непрерывности технологичес-
кого цикла, позволяет максимально использовать крановое
оборудование, добиться значительной экономии металлопроката
от оборота металлических элементов закрепления котлована,
снизить непроизводительные затраты на перевозку
разрабатываемого грунта в отвал, используя его для обратной
засыпки. При этом резко сокращается потребность в
автотра нс порте.
I Однако станции в большинстве случаев располагают на пло-
щадях и магистралях с интенсивным движением, что вынуждает
вести их строительство поэтапно на отдельных участках. Длину
таких участков и очередность их сооружения определяют из
Условия минимального стеснения уличного движения.
При устроистве строительных площадок в центральных плот-
Но застроенных районах города возникает необходимость частич-
ного или полного закрытия уличной и, как правило, главной
Магистрали, с переключением движения интенсивного потока
Транспорта на соседние приспособленные для этого улицы. В
Центральных районах усложняются и работы по переносу густой
сети подземных коммуникаций. Иногда приходится укреплять
115
фундаменты близко расположенных зданий и различного р0
сооружений, сносить ветхие здания и т.п. а
В том случае, если часть сооружений станционного комплекс
расположена под улицей с интенсивным движением, можно
этом участке пропустить транспорт и пешеходов над котлованом
по временным мостам-перекрытиям. Однако следует учитывать
что улучшая условия движения наземного транспорта, временные
мосты-перекрытия осложняют ведение строительно-монтажных
работ.
В районах новостроек выбор участка для устройства стройпло-
щадки не вызывает затруднений, поскольку имеются свободные
незастроенные территории. Здесь можно устроить объезды для
движения наземного транспорта, сократить объем подготовитель-
ных работ по переносу инженерных сетей и подземных коммуни-
каций.
При выборе того или иного способа работ и обосновании
технологии строительства следует иметь в виду, что простейшим
и самым экономичным в настоящее время является котлован-
н ы й способ работ со вскрытием котлованов с откосами.
Однако в связи со значительными размерами станционных
конструкций при этом способе требуется значительная площадь
для строящегося сооружения. Поэтому в условиях плотной
застройки центральных районов города устраивают котлованы с
вертикальными стенами, закрепленными металлическими или
буронабивными сваями, либо железобетонными конструкциями,
возведенными методом «стена в грунте».
Для таких крупных подземных сооружений, как станции
метрополитена, необходимы котлованы с весьма значительными
размерами сечения. Большинство станций сооружают в котлова-
нах глубиной 12-14 м, а иногда (объединенные пересадочные
станции) до 20 м и более. Ширину котлована с вертикальными
стенами принимают на 2,0-2,2 м больше поперечного сечения
станции из условий выполнения работ по гидроизоляции стен
конструкции. Поэтому даже для сооружения станции с одной
островной платформой ширина котлована достигает 22 м.
Для крепления стен больших котлованов используют металли-
ческие сваи из двутавров № 55 или 60 или железобетонные
буронабивные сваи. Между сваями устанавливают затяжку из
досок, железобетонные плиты или наносят набрызгбетон.
Применяют также сплошные железобетонные ограждения,
сооружаемые ив вплотную расположенных буровых свай или
методом «стена в грунте».
Металлические сваи забивают до отметки, расположенной на
4-5 м ниже дна котлована. Поэтому в большинстве случаев их
длина по проекту превосходит длину стандартного проката и сваи
приходится наращивать. Для этого конец сваи оставляют над
землей на 1-1,5 м, приваривают к ней двутавровую балку необхо-
димой длины и добивают сваю до проектной отметки.
Большая длина свай приводит к значительному отклонению
116
от вертикального положения. Требования же качества крепления
,,х а1+ичивангг предельное отклонение сваи на уровне дна котло-
°Тадо 150 мм. Поэтому при устройстве свайной крепи глубоких
канон перед забивкой свай производят бурение лидерных
^кважин. -Лидерные скважины прсдусматривактг также и в зимнее
РреМЯ при значительном (на 1 м и более) сезонном промерзании
грунт 3 -
Железобетонные ограждения наиболее эффективны и эконо-
мцчны в том случае, если они являются одновременно несущими
кеНСтрукииями станции или включаются в состав этих конструкций
по мерс ее сооружения.
Ограждение стен котлованов из железобетонных буронабивных
свай устраивают, используя различные технологии. По одной из
них вначале с шагом 1,5-1,8 м пробуривают скважины диаметром
до 0,8-1 м и устанавливают в них стальные обсадные трубы, затем
опускают арматурные каркасы и начинают укладьгвать бетонную
смесь, постепенно извлекая обсадные трубы. По другой техноло-
гии бурение производят под глинистым раствором, который
удерживает стенки скважины от обрушения; поеяе того как
забурят скважину до проектной отметки, в нее опускают
арматурный каркас и методом ВПТ(вертикально перемещающейся
трубы) укладывают бетонную смесь. При помощи продольных
вкладышей в сваях оставляют вертикальные каналы, в которые по
мерс разработки грунта в котловане закладывают железобетонные
плиты Буронабивными сваями диаметром до 0.8 м с затяжкой из
набрызгбетона был закреплен котлован трехъярусной станции
Пражского метрополитена.
Из буронабивных свай, расположенных вплотную друг к другу,
можно соорудить сплошную железобетонную стену. После
устройства стен по верху буронабивных свай бетонируют
продольные балки обвязки, на которые впоследствии опирают
перекрытие станции.
Недостатком стен из буронабивных свай является их непосто-
янная толщина и нал ичие многочисленных вертикальных стыков,
а также сложность гидроизоляции конструкции. При бурении
скважины требуется частая перестановка оборудования, что не-
сколько замедляет темпы работ.
Более совершенным способом одновременного устройства
Железобетонного ограждения и несущих конструкций станции
является метод «стена в грунте». В общем случае технология работ
Во возведению «стен в грунте» из монолитного железобетона
Вредполагает сооружение пионерных траншей и заполнение их
Г-Пинистым раствором, разработку траншей глубиной до 30 м
отдельными захватками под глинистым раствором (рис. 1.76),
Установку армокаркасов (рис. 1.77) и бетонирование траншей
Методом ВПТ.
• Ограждение «стена в грунте» с дополнительной крепью в виде
117
грунтовых анкеров имеет малые деформации, а следовательно,
существенно снижает осадки поверхности вблизи котлована
(рис.1.78).
К недостаткам сооружения стен из монолитного бетона отно-
сятся следующие: невозможность контроля качества бетона при
укладке; трудность соблюдения точного положения арматурных
118
В*с,1.77. Установка армокаркаса при сооружении «стены в грунте»
^РКасов относительно поверхности стены и сохранения за-
конного слоя бетона; необходимость выравнивания и подчистки
Внутренней поверхности бетонных стен, а также скалывания и
Выравнивания верха стены на конечном этапе работ. Кроме того,
Исследования, выполненные в последнее время, показывают, что
пРи бетонировании под глинистым раствором силы сцепления
119
Рис.1.78. Ограждение котлована «стенами в грунте» и грунтовыми анкерами при
сооружении станнин в условиях плотной городской застройки (станция «Купаловскаи»
Минского метрополитена)
бетона с арматурой уменьшаются по сравнению с обычным
бетонированием, в результате чего ухудшаются прочностные и
деформационные свойства конструкции. Поэтому в практике
строительства подземных сооружений стены в траншее, запол-
ненной глинистым раствором, устраивают также из сборные
железобетонных элементов.
Способ разработки грунта и последовательность выполнения
земляных работ принимают в соответствии с категорией грунта,
системой крепления и глубиной котлована.
Грунт разрабатывают с поверхности земли, обычно используя
экскаваторы-драглайны с ковшом вместимостью 0,65-1,0 м5-
Выемку грунта ведут от середины котлована к бортам, оставляя У
бортов бермы шириной не менее 1 м с естественными откосами-
Оставшийся по бокам котлована грунт срезают и перемещают в
зону действия экскаватора с помощью бульдозеров-
Непосредственно у стен грунт разрабатывают вручную.
Аналогичными приемами разрабатывают грунт следующих
ярусов, устраивая съезды с уклоном 1:10 или площадки ДЛ#
размещения экскаваторов длиной не менее 20 м.
120
Дно котлована выравнивают бульдозером или вручную.
Правильная организация земляных работ обеспечивает темпы
выполнения в объеме 300-400 м1 грунта в смену (рис. 1.79).
*** После разработки котлована на определенную глубину
утраивают распорную или анкерную крепь стен котлована. При
^Тройстве распорной крепи вначале устанавливают пояса из
Двоенных двутавровых или швеллерных балок № 45, закрепляя
нхна кронштейнах, приваренных к полкам сваи или к закладным
деталям в железобетонных стенах. При сооружении стен из
буронабивных свай пояса устраивают из монолитного бетона.
После устройства поясов козловым краном (ККТС-20)
монтируют расстрелы, опирая их в пояса клиньями или домкратами.
Вследствие значительной ширины котлована для обеспечения
устойчивости расстрелов их выполняют из труб диаметром более
600 мм и устанавливают с шагом 4,5-6 м (рис. 1.80).
В торцах котлована устанавливают подкосы, расположенные
под углом 45° к стенам, распирая их в продольные пояса. При
свайной крепи котлована на высоту перегонных тоннелей возво-
дят торцевые бетонные стены с круговыми проемами по контуру
этих тоннелей.
Из-за большой ширины котлованов для станций
метрополитенов расстрелы получаются громоздкими и тяжелы-
ми: масса одного расстрела может достигать 2,5 т и более. В
большинстве случаев их необходимо устанавливать в 2 ряда, а при
Р*К-1-79. Схема разработки грунта при свайно распорном креплении котлована (а) и
°*Редносгк разработки котлована (б):
' Металлические сваи; 2 — пояса; 3 — экскаватор-драглайн; 4 — бульдозер; 5 —
7асстрелы. 6 — доски-затяжки, 7 — угловые расстрелы, 8 — железобетонная стена
j °РТал), 9 — автосамосвал; 10 — контур конструкции, 11 — перегонные тоннели;
и TV — разработка грунта экскаватором; II и V — бульдозером; Ill и VI — вручную
121
Вис. 1.81. Анкерное крепление свайного ограждения котлована
122
Вис. 1.80. Свайно-распорное крепление котлована
-убоких котлованах — в несколько рядов. Это вызывает зна-
Г цельные трудности при производстве строительных работ и
особенно при монтаже сборных конструкций. Наметившийся в
последние годы переход на укрупненные элементы сборных
станционных конструкций еще более осложняет их монтаж при
оасдорном креплении котлована.
" Взамен систем крепления с применением расстрелов для
обеспечения устойчивости свай или железобетонных стен ограж-
дения котлованов используют более прогрессивную анкерную
крепь (рис. 1.81). Сущность анкерного крепления ограждения
котлованов, его виды и технология возведения изложены в
специальной литературе.
Несмотря на использование современной техники и техноло-
гии крепления глубоких котлованов, работы, связанные с их
сооружением, требуют больших трудозатрат и стоимость их дости-
гает трети всех расходов на строительство станционного комплек-
са.
С1986 г. на строительстве ряда метрополитенов для ограждения
котлованов успешно применяют экономичное нагельное
(стержневое) крепление. Сущность, технология возведения, об-
ласть применения и методика установления параметров приведены
в следующем разделе книги.
В табл. 1.5 дается классификация крепления котлованов по
характерным признакам: деформируемости под нагрузкой,
водопроницаемости, возможности использования в качестве эле-
мента постоянной конструкции, потребности в дополнительном
креплении [35].
Таблица 1.5.
Классификация крепления котлованов
Вид огражде- ния Характеристика ограждения Дополни- тельное крепление Условия применения
Балочное Металлические забив- ные сваи-балки дву- таврового сечения с закладными досками Анкеры или расстрелы В грунтах нормальной влажности до дна котлова- на при невозможности устроить откос; в водо- насыщенных грунтах с применением искусствен- ного водопонижения
Шпунтовое Металлический забив- ной шпунт с конопат- кой зазоров, заг- лубляемый в водоупор Расстрелы, анкеры В водонасыщенных и од- нородных неустойчивых грунтах при невозможно- сти обеспечить водопони- жение и при наличии во- доупора
123
Окончание /пищ
Вид огражде- ния Характеристика ограждения Дополни- тельное крепление Условия применения
Ограждение из буронабивных свай Бетонные соприкаса- ющиеся или секущие- ся армированные сваи диаметром 570-1300 мм Анкеры В стесненных условцЯх при нагрузке вблизи ограждения; в небда. гоприятных грунтовых ус, ловиях при ВЫСОКО^ уровне вод
Крепление ис- кусственным замораживани- ем Льдогрунтовое ог- раждение вдоль котло- вана, образованное с помощью заморажи- вающих скважин, за- глубленных в водоупор Отсутствует В водонасыщенных разно- родных неустойчивых грунтах при невозможно- сти водопонижения или забивки шпунта
"Стена в грунте" Сплошная железобе- тонная стена толщиной 0,6-1 м, монолитная или сборная, возводи- мая в траншее под бен- тонитовой суспензией Анкеры или расстрелы при глуби- не котлована свыше 5 м Рядом с сооружениями; в | во.чонасыщенных грун- тах, при использовании в качестве постоянного эле- мента конструкции
Нагельное (стержневое) крепление Система арматурных стержней, введенных в грунт; по контуру — гибкая армированная оболочка из на- брызгбетона Отсутствует В грунтах естественной влажности, способных держать вертикальные от- косы до 1 м; в обводненных грунтах с водопонижением
Работы по возведению конструкций станций так же, как и при
разработке котлована, ведутся поточным методом,
предполагающим выполнение ряда технологичских процессов №
соседних участках длиной по 8-12 м.
По выровненному и уплотненному основанию укладываю!
щебеночную или бетонную подготовку толщиной 10-15 см.
выравнивая поверхность цементной стяжкой толщиной 2-3 см
По стяжке устраивают гидроизоляционное покрытие. Организация
дальнейших работ зависит от конструкции обделки (сборная,
сборно-монолитная или монолитная), формы котлована (с отко-
сами или вертикальными стенами), конструктивного типа стан-
ции (односводчатая или с плоским перекрытием) и др.
Сооружение полносборных конструкций является чисто мон-
тажной операцией, обеспечивающей высокую производительность
труда. На рис. 1.82 показана последовательность работ по монтаЖУ
конструкций типовой колонной станции. Сборные конструкция
монтируют, ведя работы надостаточно широком фронте (до 20 м)
Это позволяет выполнять все технологические операции в четкой
последовательности, добиваясь высокой производительности труд3
124
Рис. 1.82. Сооружение колонной станнин из сборного железобетона в котловане с
естественными откосами:
1 — устройство бетонной подготовки и гидроизоляции лотка; II — бетонирование
чотковой плиты; III — установка подколенников; IV — монтаж стеновых блоков,
V — установка колонн, ригелей, элементов платформы и трубоблоков; VI — укладка
плит перекрытия
и надлежащего качества работ при среднем темпе возведения
। конструкций — 50-60 м в месяц.
Все сборные конструктивные элементы подают автомобиль-
ным транспортом (панелевозами и трейлерами) на площадку под
консоль козлового крана ККТС-20 и переносят к месту монтажа.
Монтаж конструкций производят снизу вверх. Вначале устанав-
ливают фундаментные и лотковые блоки, затем стеновые панели
и омоноличивают стыки между ними. Монтаж последующих
элементов ведут после набора бетоном омоноличивания требуемой
по проекту прочности: устанавливают колонны и
внутристанционные конструкции, укладывают прогоны и
Междуярусные перекрытия, а затем и плиты верхнего перекрытия.
При сборке конструкции используют монтажные тележки,
передвигающиеся по лотковой плите или платформе и
предназначенные для выверки положения элементов обделки и
соединения их между собой сваркой закладных деталей.
Для обеспечения устойчивости станции до ее засыпки грунтом
Устанавливают временные связи из металлических труб и стяжек.
Существенно сокращается число монтажных единиц при
сооружении станций колонного типа из крупноразмерных желе-
зобетонных элементов. Работы по монтажу конструкций
125
Рве. 1.83. Схема сооружения колонной станции из укрупненных железобетоннш
хлемеитов в котловане со свайным креплением:
I — подготовка основания; II — установка подколенников; III — монтаж колонн-
ригелей; IV — омоноличиванис колонн-ригелей: V — укладка блоков путевьа
тоннелей, VI — укладка блоков перекрытия среднего зала; VII — обратная засылка
конструкции; 1-11 — см.в тексте
производят в открытом котловане с естественными откосами или
свайным ограждением 1 (рис. 1.83). Крупногабаритные элементы
массой 13- 19,5 т доставляют с завода-изготовителя на строительную
площадку автомашинами со специально оборудованной
платформой и тракторами-тягачами грузоподъемностью 20 т на
специально оборудованном прицепе-трейлере. Из-за большой
площади, занимаемой складируемыми крупноразмерными мо-
ментами, в стесненных городских условиях монтаж конструкций
целесообразно вести «с колес». После устройства бетонной под-
готовки и гидроизоляции 2 элементы конструкции монтируют
козловым краном 7 марки ККТС-20 в такой последовательности.
Вначале устанавливают лотковые Ju фундаментные 4 блоки. Эти
блоки омоноличивают между собой, сваривая выпуски арматуры
ванно-шовным способом и заполняя стыки между блоками бетон-
ной смесью. После того как бетон в стыках лотковых блоков
достигнет 70% проектной прочности, монтируют элементы ко-
лонн-ригелей 6. Колонны с помощью кондукторов 5 устанавли-
вают в стаканы фундаментных блоков и временно закрепляют
электросваркой закладных деталей, а затем омоноличивают бето-
ном. Стыки ригелей соседних колонн соединяют между собой,
126
иная ванно-шовной электросваркой концы арматурных вы-
сРЗков и омоноличивая стыки бетоном. После установки каждой
пУс * колонн монтируют платформенные плиты S.
^PgjjoKH обделки путевых тоннелей 10 устанавливают на слой
твердевшего цементно-песчаного раствора, чтобы обеспс-
плотный контакт плоскости опирания с основанием.
и оаллельно ведут монтаж блоков сводчатого перекрытия 11
педнего зала станции. Поскольку размер блоков вдоль станции
Типичен, сначала устанавливают по четыре блока путевых тонне-
ле каждой стороны, а затем два более широких блока перекрытия
оеднего зала станции. После омоноличивания этих блоков с
оиг®лем и с лотковыми блоками, швы между блоками перекрытия
вливают цементно-песчаным раствором.
Применение крупноразмерных элементов позволяет более
эффективно использовать козловый кран, сократить количество
монтажных операций и снизить трудоемкость работ на 30-35% по
сравнению с рассмотренной выше конструкцией станции.
Организация строительства станций из монолитного железо-
бетона предусматривает применение индустриальных методов
работ и максимальную механизацию трудоемких процессов путем
применения инвентарной передвижной металлической опалубки,
механизированного монтажа пространственных каркасов, изго-
товляемых на заводе, подачи и укладки бетонной смеси. Обделку
станции сооружают в три приема: сначала бетонируют лотковую
плиту, затем стены и в завершение — свод перекрытия.
Работы организуют по следующей технологической схеме
(рис. 1.84). На подгатоктеинос_0£нованис укладывают армокаркасы
р»с.1.84. Последовательность работ (этапы I-IV) при возведении олносволчатой
Ст*«цни вз моаолитного железобетона:
| ~~ ковш дм подачи бетона; 2 — передвижная опалубка для бетонирования стен;
л ~ передвижная опалубка для бетонирования свода
127
Рис. 1.85. Сооружение свода олносволчатой станции из монолитного железобетона I
и бетонируют лотковую плиту станции и опорные части стен
(этап I). После этого приступают к возведению стен станции
(этап II). Для этого используют самоходную опалубку (типа ОСС-1).
Опалубка представляет собой передвижную платформу, на которой
смонтирована решетчатая рама. На раме через гидравлические и
винтовые домкраты укреплены наружный и внутренний борта
опалубки. Домкраты позволяют устанавливать опалубку в проектное
положение при укладке бетонной смеси, а также отрывать ее от
затвердевшего бетона.
На формующей поверхности внутреннего борта монтируют
короба, которые позволяют получить заданные архитектурные
элементы стены. Передвигают опалубку с помощью двух
гидроцилиндров. Для достижения скорости бетонирования 6 м/сут-
применяют 2 комплекта опалубки.
После того как бетон в стенах достигнет проектной прочности
(через 28 сут.), засыпают песком пазухи между стенами обделки
и бортом котлована. Песок укладывают слоями по 0,2 м, уплотняй
и поливая водой, на всю высоту стены. Затем монтируют
внутристанционные конструкции (элементы платформы,
трубоблоки и т.п.) и укладывают рельсовый путь под опалубку
свода. После выполнения этих работ с отставанием на 6-8 М
128
устанавливают арматурные каркасы (этап III) и бетонируют
станции (этап IV).
СЦ0д
Свод станции сооружают одновременно с архитектурным его
оформлением, применяя универсальные передвижные .металди
ческие опалубки (рис. 1.85). Основой опалубки служит самоходу
тележка портального типа с приводом движения и закрепленной
на ней фермой с постоянным радиусом кривизны. В каждом
конкретном случае в соответствии с заданной кривизной ца
опорную ферму устанавливают формующие поверхности свода ц
архитектурных элементов, а также откидывающиеся закрылки и
борта. Такая технология позволяет вести бетонирование свода со
скоростью до 50 м в месяц.
Другая технология сооружения односводчатых станций из
сборно-монолитного железобетона с использованием ограждающих
«стен в грунте» (см.рис. 1.60) осуществляется на строительстве
метрополитена в Минске (рис. 1.86).
Монтаж конструкций производится в три этапа. Сначала на
подготовленном основании монтируют крупноразмерные сборные
железобетонные элементы лотка, арматурные выпуски из которых
сваривают друг с другом и стыки омоноличивают, бетонируют
зазор между боковыми элементами лотка и монолитными «стена-^
ми в грунте». Затем монтируют (сборные) или бетонируют (моно-
литные) вставки в стенах обделки, вплотную примыкающие к
«стенам в грунте*. Выполняют монтаж внутристанционных
конструкций. На третьем этапе с помощью передвижной опорной
рамы, оборудованной системой гидроцилиндров, осуществляют
монтаж крупноразмерных железобетонных элементов свода и их
омоноличиванис; бетонируют зазор между Г-обраэными элемен-
тами свода и монолитными «стенами в грунте».
2. НОВАЯ КОНЦЕПЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
МЕТРОПОЛИТЕНА на линиях мелкого заложения
2.1. СУЩНОСТЬ МЕТОДА И ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ
Анализ опыта строительства метрополитенов в стране показы-
вает, что росту протяженности линий мелкого заложения способ-
ствуют не только определенные технико-экономические
преимущества строительства и эксплуатации таких линий, но и
широкое распространение закрытого способа проходки перегонных
тоннелей, что существенно снижает негативное влияние
строительных работ на нормальные условия жизни города.
Сооружение перегонных тоннелей метрополитена
преимущественно закрытым способом, а станционных комплек-
сов — в открытых котлованах достаточно полно отвечает
современнымтребованиям строительного производства. Благодаря
развитой производственно-технической базе и использованию
щитовых механизированных комплексов достигнуты высокая
производительность труда и большие скорости проходки
перегонных тоннелей. Так, темпы щитовой проходки даже в
слабых неустойчивых грунтах составляют 100 м/мес. и более,
рекордные на Мосметрострое — 250-400 м/мсс. Сооружая стан-
ции воткрытых котлованах, строители практически неограниченно
используют высокопроизводительные машины и оборудование,
широко внедряют крупноблочные железобетонные конструкции
и обделку из монолитного железобетона, применяя современное
бетоноукладочное оборудование, самоходные опалубки,
армокаркасы и армоблоки заводского изготовления.
Однако оценка накопленного опыта строительства
Метрополитенов на линиях мелкого заложения нс будет объектив-
ной, если наряду с отмеченными положительными сторонами
традиционных конструктивно-технологических решений нс вы-
явить присущие им недостатки.
В первую очередь отметим, что высокая производительность
Труда на строительстве линии достигается только по отдельных»
вадам работ и, главным образом, при проходке перегонных
тоннелей. В целом же на пусковом участке строящейся линии этот
Показатель остается низким. Темпы сдерживаются отсутствием
задела на новом объекте к моменту завершения работ на
Предыдущем, а также сложностями организации непрерывного и
равномерного строительного производства, такого, где оперативно
131
решался бы вопрос о соотношении подготовительных работ
одних участках, о развороте их на других и завершении на треть 1)3
Непроизводительны затраты времени на периодический Мон^1'
и демонтаж щитовых комплексов. ***
К недостаткам традиционной схемы организации строительно
процесса, при котором все станционные комплексы возводя^
одновременно, следует отнести и характерную для экстенсивной
технологии потребность в значительных единовремеццЬ1и
материальных и людских ресурсах, большом количестве машин
механизмов и оборудования. К сказанному следует добавить,
одновременное сооружение всех станций в котлованах больниц
размеров существенно осложняет работу наземного транспорта
так как в этом случае у алы важнейших магистралей города
перекрываются одновременно и, как правило, на длительный
срок.
Проведенный анализ показывает, что многих отмеченньц
выше недостатков традиционного метода сооружения
метрополитена на линиях мелкого заложения можно избежать,
если работы на перегонах и на станционных комплексах пусково-
го участка линии объединить в единый технологический процесс.
Решить эту задачу можно, по нашему мнению, на основе п о -
точного метода организации работ на всем пус-
ковом участке строящейся линии [25].
сквозной проходкой перегонных тоннелей
132
Суть ноной концепции заключается в беспрерывной (сквоз-
ой) проходке перегонных тоннелей на веем протяжении пуско-
вого участка строящейся линии (3-4 км) и последовательном
вооружении каждого станционного комплекса по мере продвиже-
ния через него проходческих щитов.
Представление об организации работ на пусковом участке
пинии метрополитена поточным методом даст график,
приведенный на рис. 2.1. Допустим, что пусковой участок явля-
ется продолжением строительства линии и включает два перегона
с тремя станциями. Проходку перегонных тоннелей на этом
участке ведут, нс дожидаясь завершения работ на предыдущем,
который в это время подготавливают к сдаче в эксплуатацию.
работы по сооружению всех станций на новом пусковом
участке выполняет одно специализированное подразделение. К
строительству очередной станции приступают только после того,
как перегонные щитовые комплексы пройдут часть трассы в
пределах этой станции.
Необходимые темпы проходки перегонных тоннелей должны
обеспечить равномерный и непрерывный строительный процесс
и будут определяться на каждом перегоне в зависимости от его
длины Lh длины станционного комплекса /,и времени сооружения
станции Т{.
Для того чтобы выполнить это условие, минимальная скорость
проходки перегонных тоннелей может быть предварительно уста-
новлена из условия:
' I
где L, — длина перегона между станциями, м;
/( — длина станционного комплекса, м;
7; — время сооружения станционного комплекса, мес.
Например, при перегоне между соседними станциями 1200 м,
длине станционного комплекса 260 м и плановом сроке
строительно-монтажных работ на этом комплексе 18 месяцев
скорость шитовой проходки на этом перегоне должна быть нс
менее 80 м/мсс.
Очевидно, что последовательная схема возведения станции на
пусковом участке увеличивает общие сроки строительства этого
участка в сравнении с параллельной и может дать эффект только
при значительном ускорении строительных работ на каждом
станционном сооружении. С этой целью в развитие новой кон-
цепции разработаны принципиально новые конструктивные
Решения станций и соответствующие способы их сооружения,
которые отвечают поставленным требованиям. Каждая из
Приведенных на рис. 2.1 конструктивных схем отличается от
традиционных прежде всего тем, что в состав станционной
обделки входят элементы обделки тоннелей, пройденных
Перегонными щитовыми комплексами. Таким образом, станции
133
сооружают с использованием приемов как закрытого, так
открытого способа работ. Это даст нам основание использовать*1
дальнейшем термин полузакрытый способ сооружен^
станций. 4
Именно эта особенность способствует сокращению сроков
сооружения объекта в открытом котловане сравнительно нсбо.ц,.
ших размеров в поперечном сечении.
Предложенные конструктивные схемы станций и технология
сооружения полузакрытым способом позволяют, нс прекращу
технологического процесса проходки перегонов на линии, значи-
тельно сократить трудоемкость работ и строительные сроки за
счет уменьшения объема разработки грунта и отказа от свайного
крепления стен котлована. Эффект достигается также за счет
снижения объема работ по монтажу конструкций, выполняемых
только в пределах платформенного зала. Сужение котлована до
размеров посадочной платформы открывает возможность возве-
дения станций в условиях плотной городской застройки, умень-
шает количество подлежащих выносу подземных коммуникаций.
При полузакрытом способе сооружения станций сокращается
время от начала разработки котлована до обратной засыпки
конструкций, что даст возможность быстро восстановить движе-
ние транспорта над станцией. Снижению негативного воздейст-
вия строящегося метрополитена на работу наземного транспортах
способствует и поочередное строительство станции на трассе, что
исключает одновременное закрытие важнейших транспортных
магистралей города.
Последовательное сооружение станций одним специа-
лизированным подразделением дает существенную экономию
ресурсов, обеспечивает значительный рост производительности
труда (в 1,5-2 раза), повышает эффективность использования
строительных машин и оборудования. Поточный метод
организации работ позволяет осуществить задел на новом пуско-
вом участке к моменту завершения работ на предыдущем. Воз-
можности предлагаемого метода будут использованы более пол-
но, если предусмотреть (продиктованное местными условиями
строительства и особенностями трассы) сочетание участков ли-
нии, строящихся по поточному методу, с участками станционных
комплексов, где параллельно будут вестись работы традиционн ыми
методами. Это позволит обеспечить непрерывный и равномерный
строительный процесс. В таких условиях создается режим наи-
большего благоприятствования основному производственному
звену — строительно-монтажному управлению, расширяется его
хозяйственная самостоятельность, предоставляются необходи-
мые возможности для производственного маневра при сохранснил
полной ответственности за конечный результат деятельности.
Реализация поточной технологии на всем пусковом участке
зинии потребует наладить дисциплину поставок, резко повысить
культуру производства и качество работ, улучшить оперативный
контроль за выполнением графика и, вероятно, осуществить
134
.рупныс организационно-технические преобразования, включая
к|руктурную перестройку и новые формы хозяйствования. Сло-
tojvi, новая технология будет способствовать практическому осу-
ществлению в отрасли тех преобразований, которые диктуют
ноВыс экономические отношения в стране [11).
Выдвигая новую концепцию строительства метрополитена на
линиях мелкого заложения, авторы нс противопоставляют ее
традиционным методам, а предлагают рассматривать как
альтернативное решение, которое в определенных условиях мо-
жет дать весомый технико-экономический эффект.
2.2. КОНСТРУКЦИИ СТАНЦИЙ ПОЛУЗАКРЫТОГО
СПОСОБА РАБОТ И ТЕХНОЛОГИЯ ИХ СООРУЖЕНИЯ
Наличие перегонных тоннелей, пройденных закрытым спосо-
бом до начала строительства станции, однозначно определяет в
проектном решении использование этих тоннелей в качестве
основных или вспомогательных элементов будущей станции. Это
послужило поводом к поиску новых подходов и нестандартных
решений, отвечающих поставленным требованиям (29]. Ниже
приведены возможные варианты таких решений.
На рис. 2.2 показано возможное конструктивное решение
платформенного участка станции колонного типа с обделкой из
сборного железобетона. Размеры, определяющие поперечное се-
чение станции, назначены исходя из габаритов приближения
строений и требований действующих норм проектирования
метрополитенов, с учетом существующих типовых решений ко-
лонных станций открытого способа работ и сборных обделок
перегонных тоннелей метрополитена, сооружаемых закрытым
способом.
Путевые тоннели станции кругового очертания с железобе-
тонной тюбинговой обделкой (внутренний диаметр 5,1 м)
предназначены только для размещения в них подвижного состава.
Поэтому обделка путевых тоннелей разомкнута к оси станции в
уровне верхней линии стены вагона на высоте 2,3 м от пола
платформы. Кольца обделки имеют частичную перевязку швов за
счет включения вобделкутюбингов, длинадуги которых вдва раза
меньше, чем у обычных. Это позволяет замковые тюбинги
расположить по одной линии и использовать их в качестве
элемента сопряжения консольной части плиты перекрытия с
обделкой путевых тоннелей. В верхней части обделка опирается
на консольную часть перекрытия корытообразной формы, а в
нижней — в торец лотковой плиты.
Расстояние между осями путевых тоннелей, равное 12,9 м,
соответствует принятой в стране ширине междупутья для станций
Мелкого заложения с 10-метровой платформой. Для сокращения
Длины консольной части плиты перекрытия колонны расположены
в поперечном сечении станции на минимально допустимом
расстоянии от края платформы — 1,7 м.
135
Консоль
перекрытие станиц
может быть выпо?
нено как в сборц0/'
так и в монолитно/
исполнении. С
том значительных '
размеров и массы
сборной консольной
плиты перекрытия, ее
можно выполнить из
двух симметричных
элементов, состыко-
ванных по оси стан-
ции. В сборном ис-
полнении плиту пе-
рекрытия укладыва-
ют на ригели, а мо-
нолитное безбалоч-
ное перекрытие уст-
раивают непо-
средственно по ко-
лоннам. S
Последователь-
ность выполнения
работ по сооружению
станции показана на
рис. 2.3. Путевые тон-
нели станции со-
оружают проходчес-
кими щитовыми ком-
плексами перегон-
ных тоннелей Затем
в этих тоннелях уста-
навливают времен-
ное подкрепление и
виде рам или специ-
ального распорного
устройства, после
чего приступают к
сооружению плат-
форменной части
станции. Для этого
между тоннелями
разрабатывают кот-
лован со стержневым
креплением откосов,
демонтируют тюбин-
ги времен но го запал -
/36
2 3. Последовательность со-
^снИЯ колонной станции полу-
0(1.Ситым способом:
jW
путевые тоннели; 2 — распор
I"" устройство; 3 — стержневая
спь котлована; 4 — тюбинги
кр менногозаполнения; 5 — пли-
основания. 6 — колонны; 7 —
ц(Сли; 8 — элементы псрекры
п . 9 _ продольные раенредели-
£льнь|| балки
нсния обделки путевых
гоннелеи и устраивают
плиту основания.
На подготовленное ос-
нование устанавливают два
ряд.» колонн с ригелями,
на которые укладывают
элементы перекрытия. Их
омоноличивают между со-
бой, сваривая выпуски
арматуры и укладывая бе-
тонную смесь в стыки.
После набора бетоном
омоноличивания проект-
ной прочности бетонируют
зазор между обделкой пу-
тевых тоннелей и консоль-
ными выступами плиты
перекрытия. Образован-
ные таким способом
продольные распредели-
тельные балки обеспечи-
вают плотное опирание
разомкнутой обделки на
плиты перекрытия и рав-
номерную передачу на-
грузки. Для обеспечения
устойчивости конструкции
станции распорную систему
гидроизоляции и обратной засыпки станции грунтом.
Полузакрытый способ работ при сооружении колонной стан-
ции обусловливает различные приемы для обеспечения сс
водонепроницаемости. Гидроизоляция путевых тоннелей осу-
ществляется в соответствии с методами, предусмотренными для
сборных железобетонных обделок перегонных тоннелей
Метрополитена, а по перекрытию станции и лотковой плите
Устраивается оклеенная гидроизоляция в соответствии с приемами
и правилами, разработанными для конструкций открытого спосо-
ба работ.
4'/AY/^Z^y/A'f//yy^’
V.
/
снимают после устройства
137
Рис. 2. 4. Конструкции станции с буронабивными сваями-колоннами:
I — монолитный железобетон; 2 — стержневая крепь; 3 — буронабивные сваих"
Рассматриваемый способ сооружения станции включает спе-
циальные мероприятия, которые призваны обеспечить устойчи-
вость откоса в верхней части котлована и исключить деформации
в его основании. Учитывая небольшую высоту откоса котлована
над обделкой путевого тоннеля, для закрепления откоса
рекомендуется использовать армогрунтовую конструкцию в виде
стержневой крепи. Чтобы исключить деформацию обделки путе-
вого тоннеля в слабых грунтах, необходимо предусмотреть
распорную систему как внутри тоннеля, так и между тоннелями.
Это связано со значительными трудовыми и материальными
затратами.
Избежать сложной распорной системы подкрепления путевых
тоннелей позволяет конструкция станции, показанная на рис. 2.4.
Ес- конструктивная форма мало отличается от рассмотренной
выше, но особенность производства работ при сооружении этой
станции позволяет обойтись без сложной системы временного
подкрепления путевых тоннелей. Колоннами такой станции слу-
жат буронабивные сваи, основание которых заглубляют ниже
лотковой плиты. Величину заглубления определяют из расчета
несущей способности буронабивной сваи в данных инженерно-
геологических условиях. На сваи-колонны опирается плита
перекрытия, консольные выступы которой омоноличсны с обдел-
кой путевого тоннеля через специальные элементы, входящие в
кольца обделки путевых тоннелей. Таким элементом может слУ;
жить замковый тюбинг железобетонной обделки, выполненный
без спинки, или специально изготовленный стальной коробчатый
138
2
псмснт, наружные размеры которого соответствуют стандартному
3\(КОВОМу тюбингу обделки путевого тоннеля. Жесткую связь
Сделки с консолью плиты перекрытия обеспечивает арматура
°п„ты, пропускаемая внутрь замкового тюбинга, который затем
^цолняют бетонной смесью. На рис. 2.4 представлен вариант
питы перекрытия из монолитного железобетона, опирающейся
непосредственно на сваи-колонны. Как показали расчеты,
поостранствснная система,
которой в этом случае яв-
ляется безбалочное кон-
сольное перекрытие на
точечных опорах, способ-
ствует более благоприят-
ному распределению уси-
лий в конструкции.
Сооружение станции
ведут в следующем порядке
(рис. 2.5). Сначала про-
ходят путевые тоннели
станнин, в кольца обделки
которых по одной линии
вмонтированы замковые
элементы. Затем присту-
пают к разработке котло-
вана между ними тонне-
лями до отметки, соответ-
ствующей низу перекры-
тия станции. С этой от-
метки бурят скважины и
бетонируют с ззаи-колонны.
После устройства буро-
набивных свай по краям
котлована вдоль станции
разрабатывают две тран-
шеи до обделки путевых
тоннелей и приступают к
бетонированию монолит-
ного железобетонного
перекрытия. Ширина этих
Рис. 2. 5. Последовательность со-
оружения станции с буронабивны-
ми сваями-колоннами (1-111 эта-
пы):
1 путевые тоннели; 2 — замко-
вые элементы обделки; 3 — от-
метка. соответствующая низу пе-
рекрытия станции; 4 — сваи-ко-
лонны, 5 — монолитное железо-
бетонное перекрытие, 6 — эле-
менты временного заполнения
139
Ip.lHHKIt To IAII.I *>1,111. loc 1.1ЮЧНОЦ ДЛЯ 1ОГО. Ч1ООЫ HC
b< I oi IIII >011.1 II ИС КО НС о IbHoll Ч.И. III 11. Ill I Ы ПСрСКрЫТ ИЯ II ВЫ Под J”Г|’
необходимые puboii.i iioomoho шчиваниюсе e обделкой iivtcu,?1,
i он не.in r°
пр?Сктн011
тратим,
После ioio как бетон перекрытия достигнет
прочное Iи, устраивают I илрои зо.тяцию. производят
засыпку конструкции грунтом. восстанавливают дорожцо"
покрыть* нал строящейся станцией и открывают движснцС
юродскою 1ранспорта. Дальнейшую разработку грунта в o6lc\(v
1Г1ак|>ормснно1о тала станнин, демонтаж элементов временного
заполнения обделки путевых тоннелей, устройство лотковой
пли на и платформы производят под зашитой перекрытия заход,
ками по 6 Xi из открытой поперечной камеры, расположенной в
торце станционного комплекса, где установлено необходимое
оборудование для обеспечения проходческих и монтажных работ
Достоинство предложенных вариантов конструктивных
решении заключается в том. что обделка перегонных.тоннелей,
возведенная на протяжении станции, является конструктивным
злементохт всех сооружении станционного комплекса, что позво-
ляет не прекращать технологический процесс по сооружению
перегонных тоннелей на линии Кроме того, это существенно
сокращает трудоемкость работ и сроки сооружения станции за
счет уменьшения объема работ прежде всего по разработке грунта
и креплению незначительных по высоте стен котлована, а также
по устройству в зтом котловане лишь «недостающих» частей
станционных сооружении Предварительные расчеты показыва-
ют. что сооружение станции с путевыми тоннелями кругового
Вис. 2.6. Разлслснис пространственных объемов
платформенного иыа и путевых тоннелей на станции
колонного типа с консольной плитой перекрытия
очертания по сравне-
нию с типовым проек-
том колонной станции
(ТС-109) позволит по-
лучить экономический
эффект 20-25%.
Уменьшение шири-
ны котлована до разме-
ров посадочной плат-
формы станции дает
возможность сооружать
станцию в условиях
плотной городской за-
стройки, а также осу-
ществлять строитель-
ство станции на дей-
ствующей линии мет-
рополитена мелкого за-
ложения. В последнем
случае в обделке на
участке перегонных
тоннелей, где в перс-
140
кТцне намечено строительство станции, необходимо
(1С дусмотреть элементы, позволяющие разомкнуть кольца при
’’('Гружении среднего зала по указанной выше схеме.
С° Конструкция станций колонного типа с консольными плита-
перекрытия разделяет пространственные объемы плат-
форменного зала и путевых тоннелей, придает станции индиви-
дуальную выразительность, допуская определенное новаторство в
оганизации архитектурного пространства (рис. 2.6).
Тенденция к отделению зоны, в которой происходит движение
(| остановки поездов, от платформы (идея, воплощенная на
некоторых станциях Ленинградского метрополитена)
прослеживается в настоящее время и за рубежом. Так, на
дВухпролетных станциях Варшавского метрополитена к потолку
вдоль края платформы по каждому пути вертикально подвешива-
ют панели, нижняя линия которых расположена на уровне
верхней линии стены вагона. Аналогично решены станции на
скоростной линии метрополитена в г. Лилле (Франция). Линия
эксплуатируется без персонала на станциях (кроме пересадочной)
и без поездных бригад. В целях безопасной посадки пассажиров
между вертикальными панелями, опущенными с перекрытия
станции, и платформой установлены легкие прозрачные
перегородки с дверями, автоматически открывающимися
одновременно с дверями вагонов поезда.
Четкое функциональное двухчастное зонирование станцион-
ного объема предполагается провести по всем метровокзалам на
Люблинской линии Московского метрополитена.
В нашем случае сама конструктивная схема позволяет придать
станции индивидуальную выразительность, а при необходимости
обеспечить с малыми затратами безопасность эксплуатации при
переходе на автоматическое движение поездов. Использование в
предложенной конструкции вертикальных элементов перекрытия
для систем освещения, художественных панно и информации
пассажиров, привлечение основного внимания пассажиров к
архитектуре только платформенной части (без специального ос-
вещения зоны движения поездов) позволяет получить значитель-
ную экономию материальных и людских ресурсов как на стадии
проектирования, так и во время строительства станции.
Опыт строительства метрополитена показывает, что на
строящейся линии целесообразно варьирование несколькими
конструктивными схемами станций. Нс изменяя принципиально
приведенные выше конструкции станций, эту задачу можно
решить, если придать перекрытию сводчатое очертание (рис. 2.7).
Помимо улучшения архитектурных форм станции (при неизмен-
ной высоте колонн увеличивается высота среднего зала) в свод-
чатом консольном перекрытии достигается более удачное
Распределение усилий, а консольные его части работают
Практически исключительно на изгиб.
Примером иного конструктивного решения станции, которое
Позволяет сохранить принцип поточной технологии работ, осно-
141
Рис. 2. 7. конструкция стлнпии со сводчатым консольным перекрытием:
1 — сгержневая крепь: 2 — иуронаиивныс сваи-колонны
панной на транзитной проходке перегонных тоннелей, может
служить полносборная железобетонная станция распорно-рамной
конструкции (рис. 2.8).
Путевые тоннели станнин предназначены только для
размещения подвижного состава. Обделка этих тоннелей с
внутренним диамет|юм 5,1 м включает опорные тюбинги, которые
имею! на половине длины срезанные борта и образуют сверху и
енту проема продольные пазы на всем протяжении путевого
тоннеля. В пазах расположены продольные балки-перемычки,
которые воспринимают нагрузку от разомкнутых колец. Опорами
для этих балок-перемычек служат консольные выступы жестких
замкнутых рам.
Распорно-рамная конструкция станции обеспечивает устой-
чивость обделки путевых тоннелей в процессе производства работ
без каких-либо специальных вспомогательных устройств и
оборудования. Это достигается определенной очередностью вы-
полнения земляных и строительно-монтажных работ.
К разработке котлована под платформенный зал станций
приступают после того, как бетон омоноличивания сборных или
монолитных железобетонных балок достигнет проектной
прочности.
Котлован между тоннелями разрабатывают вдоль оси станции
захватками по 20-30 м. На этих участках по мере углублений
котлована демонтируют тюбинги временного заполнения только
того кольца, в створе с которым будут расположены жесткие
замкнутые рамы. Дойдя до отметки лотка станции, бстонирукЯ
142
кратный свод. Затем
°одерск станции устанав-
”крают жесткие замкну-
тые рамы так. чтобы кон-
содьные части ригелей за-
щдц в прорези, образовав-
шиеся при демонтаже ко-
ieU. под балки-перемычки.
Стыки элементов рам омо-
ноличивают. По рамам
укладывают плиты пере-
крытия и производят
обратную засыпку. Только
после обратной засыпки
демонтируют оставленные
между рамами тюбинги
временного заполнения
обделки путевых тоннелей.
Новые возможности
для выбора оптимальных
конструктивных и техно-
логических решений при
полузакрытом способе
сооружения станции от-
крываются при использо-
вании конструктивной! схе-
мы односводчатой стан-
ции, обделка которой
представляет собой по-
логие верхний и обратный
своды, опирающиеся на
массивные опоры круго-
вого очертания. В
определенных условиях
обратный свод может быть
заменен лотковой плитой.
Полые опоры свода вы-
полнены из монолитного
бетона в тоннелях,
пройденных перегонными
1Цитовыми комплексами.
На рис. 2.9 представлены
варианты такой кон-
струкции с монолитным
(а) и сборным (б) исполне-
нием верхнего свода.
Технология со-
оружения такой станции
143
Рис. 2. 9. Конструкция односводчатой станции:
а — исполнение верхнего свода монолитное; 6 — то же — сборное
чрезвычайно проста (рис. 2.10,а). После проходки опорных тон-
нелей и бетонирования опор разрабатывают котлован, устраивают
обратный свод и платформу. На следующем этапе с помощью
передвижной самоходной опалубки бетонируют свод станции или
монтируют его из двух железобетонных полуарок и производят
обратную засыпку.
В отличие от традиционных конструкций односводчатых
станций, сооружаемых из монолитного железобетона, в
рассмотренных вариантах значительно снижен расход арматурной
стали за счет замены густоармированных стен опорами из моно-
литного бетона. Кроме того, массивные опоры существенно
снижают степень воздействия вибрации и шума на расположенные
вблизи станции здания и сооружения. Наличие полостей в опорах
позволяет использовать их для эффективной вентиляции. Но
наиболее важными являются технологические преимущества
конструкции, обеспечивающие в сжатые сроки выполнение не-
сложных и однотипных работ на всем протяжении станционного
комплекса (при размещении под единым сводом всех сооружений
комплекса, включая оборотные тупики) и открывающие возмож-
ность организации работ по гибкой технологии с учетом конкретных
условий строительства.
Так, при необходимости быстро восстановить проезжую часть
над станцией в условиях интенсивного транспортного потока
целесообразна организация работ по схеме, показанной на
рис. 2.10,6. После бетонирования опор котлованы разрабатывают
только до уровня опорных тоннелей, демонтируют верхнюю часть
их обделки, сооружают свод и производят обратную засыпку-
восстанавливая движение городского транспорта над строящейся
станцией. Затем под прикрытием свода ведут разработку грунта а
сечении станции, устраивают обратный свод и монтируют
144
л
145
платформу. Выдачу грунта, доставку материалов и элементе
конструкций производят через поперечные траншеи в топ/
станции, которые были разработаны ранее для сдви^*
проходческих комплексов с оси перегонного тоннеля на ОсИ
опорного.
В указанной последовательности могут быть выполнен ы работу
и на отдельных участках строительства односводчатой станцци в
местах пересечения се городскими транспортными магистралями
где через котлован в сжатые сроки будут возведены своеобразные
арочные мосты, представляющие собой своды перекрытия стан-
ции.
И все же расположение станций на пересечении основных
магистралей города, в условиях густой сети подземных коммуни-
каций и плотной застройки требует проведения продолжительных
и трудоемких подготовительных работ, серьезно нарушает
нормальные условия жизни города. Поэтому в таких условиях
может оказаться технически целесообразным и экономически
эффективным сооружение участка односводчатой станции без
вскрытия земной поверхности. Однако выполнять эти работы на
мелком заложении в неустойчивых грунтах (в связи с очевидной
опасностью обрушения кровли при раскрытии выработки боль-
шого сечения) практически невозможно без применения
дорогостоящих и трудоемких специальных способов работ по
закреплению грунта, продавливанию или устройству защитного
экрана из труб.
Не прибегая к специальным методам работ, указанной цели
можно достичь, если на этом участке односводчатой станции с
поверхности земли устроить систему тяжей, вдавливая их в слабые
грунты или опуская в предварительно пробуренные скважины в
прочных грунтах так, чтобы их нижние концы входили в проектный
контур свода (рис. 2.10,в). Верхние концы тяжей закрепляют в
бетонном покрытии проезжей части. Далее начинают проходку
калотты, разрабатывая грунт небольшими заходками от центра к
опорным тоннелям. К обнажающимся по мере разработки грунта
и выступающим вовнутрь выработки концам тяжей подвешивают
элементы временной крепи. Наилучшим вариантом временной
крепи в этом случае является набрызгбетонная крепь в сочетании
с решетчатыми арматурными арками, которые до омоноличива-
ния будут крепиться к концам тяжей.
После того как калоттная прорезь будет пройдена на всю длину
участка, приступают к монтажу сборного или бетонированию
монолитного свода станции. На заключительном этапе
разрабатывают грунт ядра станции, разбирают временные эле-
менты обделки опорных тоннелей и возводят обратный свод.
3. НАУЧНЫЕ АСПЕКТЫ НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ
3.1. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ
Новизна и нестандартность рассмотренных станционных
конструкций и технологии их сооружения требуют принятия в
процессе проектирования таких решений, для которых недоста-
точно, а зачастую и невозможно использовать метод аналогий и
повторных решений.
Например, конструкция колонной станции с двухконсольной
плитой перекрытия чрезвычайно чувствительна (с точки зрения
статической работы) к любым изменениям ее параметров, ширины
платформы, высоты прохода в разомкнутых кольцах путевых
тоннелей, высоты платформенного зала, длины консолей
перекрытия, соотношения жесткостей обделки путевых тоннелей
и плиты перекрытия и т.д. Для односводчатой станции важно
принять правильное соотношение таких взаимозависимых
параметров, как подъемистость и размеры сечения свода, характер
сопряжения его с опорами, размеры и конфигурация полых опор.
Правильно принятое решение в этом случае должно гарантировать
не только достаточную прочность элементов конструкции, но и
устойчивость опор на различных этапах строительства.
Очевидно также и то, что на напряженно-деформированном
состоянии конструкций не может не сказаться и полузакрытый
способ их сооружения с нетрадиционными схемами разработки
котлована, приемами крепления и последовательностью ведения
проходческих и строительно-монтажных работ
Из сказанного следует, что при выборе оптимального соотно-
шения конструктивных параметров станции полузакрытого спо-
соба работ не всегда приемлемы традиционные и менее всего
Допустимы «волевые» решения. Большое значение здесь
приобретают научные методы исследований, позволяющие обос-
нованно принимать оптимальные инженерные решения. Такими
Методами являются математическое и физическое моделирование.
Сложность расчета подземных сооружений вынуждает
прибегать к различного рода допущениям, идеализирующим
Действительную физическую картину явления. Другими словами,
применять известные расчетные методы непосредственно к ана-
лизу реальной подземной конструкции практически невозможно.
Поэтому расчетные методы, как правило, применяются не к
147
самим реальным системам, а к их математическим моде
Простейшей математической моделью является расчетная сЛч,<
сооружения, которая служит начальным этапом математичес;
части теоретического исследования. На базе расчетных с*
строятся более сложные математические модели - оптимиза!6'1
онныс. Такие модели позволяют с необходимой полнотой j
определенной взаимосвязи представить наиболее существеннаВ
стороны изучаемого процесса.
Здесь уместно еще раз отмстить, что нс следует смотреть ю
анализируемую математическую модель как на реально существу
ющую. Пользуясь аналитическим методом исследования, необхо-
димо помнить, что достоверность и точность решения задачи
оптимизации определяется прежде всего обоснованностью допу,
щений, принятых в базовой расчетной схеме, и степенью соответ-
ствия этой схемы условиям работы реальной конструкции.
Вопросы о правильности использования той или иной расчетной
схемы успешно решаются с помощью методов физического
моделирования. Исследования на физических моделях для щюверки
теоретической интерпретации процесса взаимодействия подзем-
ной конструкции с окружающим грунтом или для определения
возможных грубых ошибок и неверных допущений особенно
эффективны, когда их применяют для прогнозирования поведе-
ния сооружений необычных форм или конструктивных решений,
аналогов которым нет в практике подземного строительства. В
этом случае экспериментальные исследования на моделях долж-
ны иметь приоритет перед теоретическими, поскольку они созда-
ют основу для построения теории.
Характерной чертой физического моделирования как метода
научного познания является то. что в этом случае модель
представляет собой так же, как и прототип, некоторый физичес-
кий объект. На этом миниатюрном объекте познаются явления и
процессы, происходящие в натуре, с использованием сходных для
модели и натуры методов измерений и контроля, включая визу-
альные наблюдения. Объект можно довести до разрушения, что
даетопытному исследователю ценнейшую информациюо характере
статической работы изучаемой конструкции и отдельных ее узлов.
При изучении напряженно-деформированного состояния тон-
нельных конструкций и характера их взаимодействия с
окружающим грунтом широко используют метод физического
моделирования с помощью эквивалентных материалов или метод
фотоупругости.
Выбор того или иного метода определяется целями и задачами
исследований.
Моделирование методом эквивалентных ма-
териалов основано на замене естественных грунтов натуры
и материалов конструкции такими искусственными материалами
148
пСди, показатели физико-механических свойств которых
s пятся в определенных соотношениях с аналогичными лока-
нт0 яМ11 тех же свойств натуры. Эти соотношения определяются
^^ловании общих положений теории механического подобия
"" бсспсчивают аналогию процессов, протекающих в натуре и в
,|ОеЛи под действием гравитационных сил.
'° Метод эквивалентных материалов особенно эффективен при
учении процессов, происходящих в грунтовом массиве при
"рушении его выработкой. Этот метод позволяет на
Н урномасштабных моделях с максимальным приближением к
^рс отразить основные характеристики грунта, воспроизвести
особенности структурного строения грунтового массива и тем
оамым обеспечить подобие модельных и природных механичес-
ких процессов. Однако непосредственно в конструкции, выпол-
ненной из эквивалентного натуре материала (как правило, это
модели из гипса или полимерных материалов), весьма
;атруднитсльно получить достоверные данные о распределении
напряжений в любом интересующем исследователя сечении.
Задача особенно осложняется при моделировании конструкций,
включающих большое число элементов, разнообразных по форме,
размерам и характеру связей между ними.
Метод фотоупругости позволяетполучатьдостовсрныс
результаты при исследовании напряжений в упругой среде, поэ-
тому распространен, главным образом, при исследовании
напряжений в тоннельных конструкциях при заданных нагрузках.
Метод дает возможность наблюдать картину распределения
напряжений во всех точках любого элемента конструкции. С
помощью подобранного материала, обладающего достаточно вы-
сокой оптической чувствительностью можно зафиксировать даже
незначительные изменения напряжений, возникающие в ходе
эксперимента. Основанный на прямой пропорциональности между
напряжениями и деформациями, метод фотоупругости даст, од-
нако, весьма приближенную информацию о процессах,
протекающих в грунтовом массиве, реальные свойства которого
весьма далеки от упругой изотропной модели.
Из сказанного следует, что при моделировании работы слож-
ных подземных сооружений, расположенных в слабых малосвяз-
ных грунтах, целесообразно использовать преимущества двух
Указанных методов. С этой целью модель обделки подземного
сооружения следует изготовлять из оптически-чувствительного
Материала и исследовать напряжения в ней поляризационно-
оптическим методом, а грунтовый массив моделировать с по-
мощью эквивалентных материалов. Такой прием построения
модели и составляет сущность комбинированного метода
моделирования, который был использован в дальнейших
экспериментальных исследованиях.
149
3.2. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-
ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ
СТАНЦИЙ МЕТРОПОЛИТЕНА НА МОДЕЛЯХ^*1
КОМБИНИРОВАННЫМ МЕТОДОМ
3.2.1 Принципиальные основы метода
Теоретическую основу любого моделирования, в том числ
комбинированного, составляют законы теории подобия. Главн И
общее требование моделирования — это соблюдение принцип
подобия, согласно которому подобные друг другу явления имеют
подобные условия однозначности и одинаковые определяют^
критерии подобия. Подобие условий однозначности определяется
следующими характеристиками: а) подобием геометрических
параметров модели и натуры, 6) пропорциональностью физичес-
ких констант; в) соответствием начальных состояний; г) подобием
условий на границах системы в период изучения процесса.
Более подробно вопрос об установлении критериев и констант
подобия при моделировании изложен в работах 13, 5|.
Для каждой конкретной задачи, решаемой методом
моделирования, прежде всего должны быть выделены главные
факторы, определяющие исследуемый процесс, и обоснованы
условия проведения опыта. Вес это осуществляется на основе
анализа инженерно-геологических и производственных условий
в сочетании с научным подходом к планированию числа
экспериментов и числа изучаемых параметров в каждом из них
Целесообразно применять принцип последовательных
приближений в части соответствия физико-механических
характеристик, а также усложнения эксперимента.
Точное соблюдение условий подобия, особенно при подборе
материалов-эквивалентов по всем показателям, представляет боль-
шую трудность и не всегда это необходимо. Иногда эту задачу в
зависимости от цели исследования можно свести к выполнению
подобия по отдельным показателям, определяющим изучаемый
процесс. Это значительно упрощает подбор материалов-эквива-
лентов, технологию проведения эксперимента и анализ его
результатов.
Комбинированный метод сочетает приемы и правила
построения моделей из эквивалентных и оптически чувствитель-
ных материалов. Поэтому комбинированная модель требует
определенной взаимосвязи основных параметров,
характеризующих как свойства материала, эквивалентного
породному массиву, так и оптически чувствительного, принятого
для моделирования тоннельной обделки. Установление этой
взаимосвязи позволит при комбинированном моделировании
соблюсти подобие модельных процессов процессам, протекаю-
щим в системе «обделка — грунтовый массив».
Для этой цели возьмем за основу положения метода эквива-
150
^^^^материалов, устанавливающего критерии подобия ос-
w параметров, которые определяют механические свойства
Ютового массива. При моделировании слабых малосвязных
^ентов такими параметрами являются удельное сцепление С и
^дуль деформации грунта Е.
С = С Е =—~ Е /-> п
я rLH' * Гне н ' = (31)
гдС С — удельное сцепление;
<р — угол внутреннего трения;
у — плотность;
I — линейный масштаб моделирования;
Е — модуль деформации грунта.
Индексы «м» и «н» относятся соответственно к материалу
модели и натуры.
Известно, что для исследования методом фотоупругости
напряжений в конструкции при заданных нагрузках достаточно
соблюсти лишь геометрическое и силовое подобие, так как
уравнения плоской задачи теории упругости для односвязных тел
не содержат упругих постоянных материала. В комбинированном
же методе модель из оптически-чувствительного материала поме-
щена в среду, эквивалентную грунтовому массиву. Следователь-
но, используя зависимость метода эквивалентных материалов,
необходимо соблюсти требования подобия механических свойств
и в отношении материала обделки:
0.2)
где Е®,Е° — модули упругости оптически-активного материала
модели и материала натуры соответственно.
При строгом соблюдении подобия геометрических размеров
Модели обделки и натуры выполнение условия (3.2) обеспечит
Идентичность наблюдаемой картины напряжений се натурному
прототипу. Однако эта картина будет четкой и удобной для
расшифровки только при достаточно высокой оптической чув-
ствительности материала модели, т.е. при достаточно большом
количестве изохром (линий равных разностей главных
напряжений). Следовательно, материал для моделирования
конструкции должен быть подобран с определенной оптической
активностью по напряжениям (с), минимальное значение которой
обеспечивает при нагружении модели появление изохром не ниже
второго-третьего порядков. Тогда, исходя из основного закона
фотоупругости и используя основной критерий подобия метода
эквивалентных материалов, получим минимально допустимое в
75/
условиях данного эксперимента значение оптической актино
материала: Н°СТЦ
<• > 1100 10 7 — —L.
Гн 1 <3-3)
где 1100 10 7 — округчсннос значение разности хода, coorij,
ствующсс границе второю и третьего порядку
см,
— максимальные ожидаемые напряжения в натуре;
d — толщина модели по линии просвечивания, см.
При построении модели с использованием комбинированного
метода задача в гначительной степени осложняется некоторой
технологической несовместимостью, вызванной применяемыми
для этой цели материалами. Для исследования напряжений в
обделке методом фотоупругости толшина се в направлении
просвечивания нс должна превышать 10 мм, иначе будет сказы-
ваться пространственный эффект. Это вынуждает экспе-
риментатора сократить до минимума толщину стенда, вмещаю-
щего модель грунтового массива из эквивалентного материала.
Однако уменьшение толщины стенда приводит к возрастанию сил
трения этого материала об ограждающие стенки плоского стенда,
поэтому расстояние между ними принимают не менее 100 мм. В
таком случае модель обделки из оптически-чувствительного
материала следует расположить посередине между ограждающими
стенками стенда, а оставшиеся зазоры заполнить вставками из
прозрачного, но нс обладающего оптическими свойствами
материала. Высоту сечения этих вставок можно определить исхо-
дя из критерия подобия, устанавливающего связь между жест-
костью конструкции в модели и натуре [13]:
4^ (3.4)
Гн С.
где /ж, 1н — моменты инерции сечения обделки в модели и
натуре.
При анализе результатов, полученных на комбинированных
моделях, необходимо помнить, что небольшое расстояние мсжДУ
ограждающими стенками плоского стенда, заполненного мало-
связным материалом, приводит к весьма существенному искаже-
нию начального поля напряжений в модели грунтового массива.
Материал, заполняющий стенд, создаст давление на боковые
стенки стенда (распор), вследствие чего между ними и засыпкой
возникаютсилытрения, которые приводят к снижению напряжений
в заполняющем стенд материале, а следовательно, к уменьшению
нагрузок, действующих на модель сооружения. Отмеченное об-
стоятельство должно быть учтено при анализе результатов испы-
таний.
Известные экспериментальные исследования давления сыпУ'
152
п1сла в условиях ограниченного массива в основном посвящс-
•>еГ^учению давления на подпорные стенки. Подпорная стенка
нЬ\еШастся’ как nPaBMJ1°, в торце стенда, что при достаточной
п°,нс последнего даст возможность предполагать образование
измЫ обрушения (по Кулону). Влияние же боковых стенок
Г1енда учитывается введением сил трения между ними и засып-
ал Задача рассматривается как объемная, что, естественно,
Коиводит к изменению эпюры давления по высоте подпорной
тенки- При определении давления засыпки на боковые стенки не
считывается влияние ширины стенда на величину бокового
давления, и потому получаются завышенные значения этого
давления. °
В плоском стенде, ширина которого a<2htf>(45 - —) (где h —
высота стенда), боковое давление не может быть определено по
обычным формулам, принятым при расчете подпорных стен,
поскольку в этом случае в стенде не может полностью образоваться
призма обрушения, обусловливающая величину бокового давле-
ния.
Задача определения бокового давления грунта, заключенного
между двумя параллельными стенками, возникла в свое время в
связи с необходимостью расчета водоудерживающих перемычек.
Из гипотез, выдвинутых при этом некоторыми исследователями,
наиболее достоверной представляется гипотеза профессора
Л.Ф.Николаи, предложившего формулу для величины бокового
давления ЕР грунта, заключенного между двумя параллельными
стенками с расстоянием а между ними:
СОХ <р СОХ ф'
Ьр — (I '/ ——— '
2 sin а
Г,. , 2а 1(1+г«(ог.?а)(а+ 2/ir^a) 1
12/i + а щ<р +--(I - .------------------------) I (3,5)
L tga \ a J
где <р — угол внутреннего трения материала засыпки;
ф — угол трения засыпки о боковые стенки стенда;
а = <р + ф:
у — плотность материала засыпки.
При исследовании работы подземных сооружений методом
Моделирования эквивалентными материалами для создания
требуемой нагрузки на модель в большинстве случаев приходится
заменять часть вышележащей толщи пород пригрузом, чтобы
ограничить высоту стенда. Для определения бокового давления на
стенки стенда ЕР в этом случае может быть использована извест-
ная зависимость
(3.6)
п
р
где Ло = — — высота слоя засыпки, эквивалентного пригрузу;
Р — интенсивность пригруза.
15.3
Силы трения Т, возникающие по боковым стенкам
определяются как
Т = rgtpE'
Тогда, при наличии пригруза, давление
стенда высотой h на уровне дна равно
СТсНДа.
(3.7)
на единицу д,^
Q- ay(h + h0)-2E' tgtp'
С учетом формул (3.5) и (3.6) получим
_ , Л + 2/u ay cos tpcos (о1 г
Q=ar(h + li0)-2tg>p’——----------------— iM+utgrp
Л 2 sin а 1 w
+ 2о (j _ Н + rg<ptga)(a +2/itga) 1
tga V a J
(3.9)
Напряжение в материале засыпки на глубине у при наличии
пригруза на поверхности засыпки в предположении равномерного
распределения напряжений по ширине стенда определится как
Q ( , v + 2Л0 cos to sbi <р' г-
= - = /{_> + Ло - ---------° -----Г---|2v + a tgtp
а ' v soi a L
rga
(I + tgtptga)(a + 2vtga)
а
(3.10)
По предлагаемой формуле были произведены расчеты с целью
исследования влияния основных параметров, входящих в эту
формулу, на напряжения в засыпке. В расчетах дополнительный
пригруз принимался постоянным, равным 26,7 кПа, плотность
засыпки — 1,4 г/см3 Напряжения определялись на глубине
1400 мм.
По результатам расчета построены графики зависимости
напряжения в засыпке оу на этой глубине от расстояния между
ограждающими стенками а (рис. 3.1,а) и угла трения засыпки об
ограждающие стенки <р' (рис. 3.1,6).
Для сравнения полученных значений сгу на графиках нанесе-
ны прямые и= yh, соответствующие напряжению в засыпке на
глубине 1400 мм, определенному как полная масса засыпки в
стенде с учетом массы пригруза на единицу площади основания
Из графиков следует, что хотя угол внутреннего трения
материала засыпки и сказывается на вертикальном давлении в
фиксированной точке, определяющими факторами здесь все Же
являются трение засыпки о стенки стенда tp' и расстояние мсждУ
154
Ч I. Зависимость
*^чииы вертикаль-
но Лавония а в
„тсрналс засыпки от
ссгояниа а между
Lhkbmh плоского
-еклв (“> и от У™
^сния засыпки об ог-
^ждяютие стеики
(Р (6):
1 - <Р = 18»;
г,^ = 25О;
з- = зоо
стенками а. Увеличение этого расстояния существенно сказыва-
ется при возрастании значения („'.Так, при ^'=18° давление
грунта на стенки плоского стенда (а = 100 мм) в два с половиной
раза меньше, чем на той же глубине широкого стенда (а = 400 мм).
При малых значениях <р' влияние ширины стенда заметно снижа-
ется .
Проследим изменение напряжений в засыпке по глубине
стенда в зависимости от величины угла трения засыпки о стенки
стенда. Такой график для стенда с расстоянием между стенками
100 мм и дополнительным пригрузом 26,7 кПа при угле внутреннего
трения засыпки 18 и ее плотности 1,4 г/см3 представлен на
рис. 3.2. Из графика видно, что при больших значениях </>'
Напряжение в засыпке по глубине стенда непрерывно уменьша-
ется. При (р = 12'уменьшение напряжений в засыпке Происходит
До глубины у = 8а, после чего их значения остаются практически
Постоянными. При малом угле трения о стенки стенда (<р' = 7")
Напряжения в засыпке сначала убывают, но менее интенсивно,
чем в предыдущих случаях, а затем с глубины у = 6а начинают
возрастать с той же интенсивностью.
Следует отметить, что при иных параметрах стенда и
Характеристиках материала, его заполняющего, характер кривых
изменится.
155
Рис. 3. 2. Изменение вертикального давления <т в
материале засыпки по глубине стенда при различных
значениях угла трения между засылкой и стенками
стекла <р:
I - Ц> = 18». 2 - <Р = 120; з _ <р = 70
Анализ кривых, приведенных на рис. 3.2, позволяет сделать и
некоторые практические рекомендации, касающиеся
рационального размещения модели подземного сооружения по
глубине стенда. На графиках для каждого конкретного случая
моделирования показана минимальная глубина размещения мо-
дели в стенде, на которой обеспечивается закономерность изме-
нения напряжений в модели породного массива с наибольшим
приближением к натуре. Это в значительной степени облегчает
обработку и интерпретацию полученных данных и повышает
достоверность результатов исследований.
.С целью экспериментальной проверки достоверности
результатов, пол’учаемых при расчете по формуле (3.10), выполне-
ны многочисленные эксперименты на эквивалентных материалах
различного состава и при разных расстояниях между ограждающими
стенками стенда.
При моделировании несвязных грунтов в качестве эквивалент-
ного материала применяли смесь кварцевого песка и молотой
Рис. 3.3. Расчетные (1) и экспериментальные (2) кривые зависимости вертикального
давления а в материале засыпки плоского стенда от глубины засыпки для разных
условий (а, б, в см. в тексте)
156
юдЫ, а при моделировании плотных глинистых грунтов —
СеСчано-вазелиновыс смеси.
Л Для уменьшения трения и сцепления песчано-вазелиновых
месей с ограждающими стенками стенда, стенки перед укладкой
сМеси покрывали графитовой смазкой следующего состава: автол
^85%, графит— 15%. Полученные при проведении экспериментов
данные представлены в виде графиков на рис. 3.3. Испытания
проводились на стендах со следующими параметрами:
г а) высота стенда h = 1400 мм, ширина а = 120 мм, угол
внутреннего трения засыпки (слюда + песок) <р = 8'; среднее
значение угла трения засыпки о стенки стенда <р' = 12-14';
плотность засыпки у = 1,4 г/см3; пригруз Р= 26,7 кПа;
б) высота стенда h = 1500 мм, ширина а = 200 мм, угол
внутреннего трения засыпки (песчано-вазелиновая смесь) <р = 20‘;
среднее значение угла трения засыпки о стенки стенда в отсутст-
вие смазки <р' = 18' и при наличии графитовой смазки <р' = 12';
плотность засыпки у — 1,8 г/см3; пригруз Р= 60,0 кПа;
в) высота стенда h = 1500 мм, ширина а = 200 мм; угол
внутреннего трения засыпки (песчано-вазелиновая смесь) ч> = 25‘;
среднее значение угла трения засыпки о стенки стенда в отсутст-
вие смазки tp = 22' и при наличии графитовой смазки <р = 15-18',
плотность засыпки у = 1,8 г/см3; пригруз Р= 60,0 кПа (рис. З.Зв).
Для перечисленных вариантов плоских моделей по формуле
(3.10) были подсчитаны напряжения в засыпке. Построенные по
результатам расчета графики также представлены на рис. 3.3.
Сопоставление экспериментальных данных с результатами расчета
свидетельствует о достаточной сходимости сравниваемых вели-
чин.
Таким образом, результаты проведенных исследований дают
основание рекомендовать формулу (3.10) для определения нагрузок
На модель, помещенную в плоский стенд с ограждающими
стенками.
3.2.2. Моделирование работы колонной станции
Эксперименты на комбинированных моделях планировались
И проводились в соответствии со следующими основными
Принципами построения моделей:
в модели должны быть воспроизведены главные факторы,
определяющие характер изучаемого процесса;
в модели, имитирующей подземную конструкцию, следует
адекватно воспроизвести все основные элементы и узлы,
определяющие характер работы реальной конструкции;
масштаб модели и число испытаний должны обеспечить
Получение достаточного количества данных для обоснованного
анализа взаимодействия конструкции с окружающим грунтовым
Массивом;
157
физико механические характеристики материалов м
должны соответствовать характеристикам моделируемого
и материала конструкции;
должно быть соблюдено соответствие граничных услови“
наружному контуру грунтового массива тем условиям, кото п°
могут иметь место в натуре; ₽bI®
в модели следует воспроизводить тот же порядок раскрыть!
выработки и монтажа конструкции, который предполагаетсяп
строительстве реального объекта; ₽11
нагрузки на модель, расположенную в плоском стецдс
ограждающими стенками, необходимо корректировать с учета
рекомендаций, изложенных в п. 3.2.1.;
полнота и точность регистрации исследуемого на модеди
процесса, а также необходимые для этого средства наблюдений
измерений и обработки результатов эксперимента должны соот-
ветствовать поставленным научно-техническим задачам.
Необходимые физико-механические характеристики эквива-
лентного материала для изготовления модели грунтового массива
устанавливались с учетом масштаба моделирования (1 ;40) и в
соответствии с критериями подобия. При этом исходили из того,
что станции на линиях мелкого заложения возводят, как правило,
в слабых малоустойчивых грунтах четвертичных отложений (супе-
сях, суглинках и т.п.). После серии опытов на образцах различного
состава был изготовлен эквивалентный материал, вполне
удовлетворяющий поставленным требованиям. Материал состав-
лен из смеси кварцевого песка, технического вазелина и резиновой
крошки, взятых в соотношении 100:17:5 по массе. При соблюде-
нии определенных правил укладки смеси в модель были получены
следующие деформационные и сдвиговые характеристики экви-
валентного материала: модуль деформации Е — 0,5 МПа, угол
внутреннего трения <р = 20', удельное сцепление С = 0,001 МПа.
При изготовлении модели конструкции станции учитывали
общие требования, предъявляемые к оптически чувствительному
материалу, обусловленные самим принципом поляризационно-
оптического метода моделирования: материал модели должен
обладать линейной зависимостью между напряжениями и
деформациями, достаточной оптической активностью, быть
прозрачным, изотропным, свободным от начального оптического
эффекта и краевого эффекта времени.
Однако правильный выбор того или иного оптически-чув-
ствительного материала при решении конкретной задачи
моделирования определяется рядом дополнительных требований!
обусловленных спецификой рассматриваемой задачи. В частнос-
ти, при построении модели было учтено, что обделка работает в
условиях активного нагружения при комнатной температура
имеет относительно небольшие размеры сечений и ожидаемые на
нее нагрузки незначительны по величине. В таких условиях
158
мсНДУстся использовать материалы ЭД-6М, изготовленные
Поснове эпоксидной смолы. Эти материалы обеспечивают
HJ модели в условиях активного нагружения при комнатной
Р рсратурс, обладают достаточно высокой оптической чувстви-
тсМ.цостью и сравнительно легко поддаются механической
тЙ.3боткс. Материалы на основе эпоксидных смол могут быть
жучены с большим диапазоном значений модуля упругости
^згодаря введению различного рода пластифицирующих доба-
Б Для изготовления модели обделки станции был получен низ-
коМодудьный оптичсски-чувствитсльный материал ДЭМ-80,
..пругис и оптические характеристики которого отвечали услови-
ям моделирования: модуль упругости £0 = 3500 МПа, коэффици-
ент Пуассона // = 0,38, цена полосы по касательным напряжениям
J° = 7,8 кН/м, цена полосы по нормальным напряжениям
*о
(/” = 15,8 кН/м, коэффициент оптической чувствительности по
напряжениям с = 0,379 10 9 м2/Н.
Модели конструкций станции были выполнены в масштабе
1:40 в двух вариантах: с плоским и сводчатым перекрытием
(рис. 3.4). Масштаб моделей продиктован с одной стороны
удобством изготовления элементов конструкции, а с другой —
возможностью фиксации ее напряженного состояния оптико-
поляризационным методом. При этом было учтено, что габариты
стенда должны ограничивать моделируемый массив грунта за
пределами зоны влияния выработки. Поэтому боковые стенки
стенда располагали от оси станции на расстоянии в два с
половиной раза большем се поперечного сечения.
С учетом принятого масштаба моделирования стенд изготови-
ли в виде рамы длиной 2400, высотой 1500, шириной 100 мм. Рама
Рис. 3.4. Основные конструктивные параметры моделей, принятых для исследований
комбинированным методом:
• — с плоским перекрытием; б — со сводчатым перекрытием
159
жестко закреплялась в каркасе из прокатного профиля. Ди
сторона стенда — сплошная из прозрачного материала, a j4eBasi
— разборная, что позволяло монтировать конструкции разди?1”14
конфигурации. Стенд оснашсн фотоэластициметром с рабо^°и
полем диаметром 300 мм. Установка снабженатремя источник'^
света: белым, натриевым и ртутным. Синхронное перемещу??411
частей установки по обе стороны стенда осуществлялось подвиИе
ной рамой и системой тросов, приводимых в действ^'
электродвигателями. Общий вид испытательного стенда Показа
на рис. 3.5. 1!
При комбинированном моделировании толщина модеЛн
грунтового массива значительно превышает толщину плоской
модели исследуемой конструкции. Поэтому перед установкой
модели в испытательный стенд по всему ее периметру наклеивали
пластины, длина которых равнялась толщине модели грунтового
массива. Таким образом, пластины перекрывали зазор между
плоской моделью конструкции и стенками стенда и передавали
всю нагрузку от грунтового массива на модель конструкции
(рис. 3.6). В таком случае для соблюдения подобия необходимо
было увеличить жесткость плоской модели, не изменяя при этом
ее геометрии, принятой в соответствии с масштабом
моделирования. В результате соответствующих расчетов значение
модуля упругости оптически-чувствительного материала при за-
Рис. 3.5. Общий вид испытательного стенда (на переднем плане — источник
монохроматического света поляризационной установки)
160
Рис 3.6. Схема устройства испытательного стекла для моделировании комбинирован-
ным метолом:
1 — оборудование стенда, б — модель обделки станции в массиве из эквивален гного
магериала.
I — фундамент 2 — подвижная рама, 3 — система тросов для синхронного
перемещения частей поляризационной установки, 4 — источник монохроматичес-
кого света: 5 — поляризатор; 6 — анали гатор; 7 — фотоаппарат; 8 — электродвига-
тели. 9 — стенд с эквивалентным материалом; 10 — модель обделки станции из
оптически-чувствительного материала; 1! — ограждающие стенки стенда; 12 —
эквивалентный материал, 13 — резиновая прокладка; 14 — металлические
пластинки
данных размерах сечений плиты перекрытия и обделки путевых
тоннелей принято равным 3500 МПа.
Во всех вариантах моделей измерения смещений грунтового
Мас ива производили методом фотофиксации. С этой целью при
закатке стенда эквивалентным материалом на лицевой стороне
модели закладывали деформационные марочки, положение
которых фиксировалось координатной сеткой, укрепленной на
лицевой прозрачной стенке стенда.
Смещения поверхности над станцией измеряли с помощью
индикаторов часового типа с точностью до 0,01 мм. Напряжения
в грунтовом массиве вблизи сооружения измеряли микро-
ДИнамомстрами типа ДМ-2. С помощью динамометров такой же
конструкции, но с более жесткой базой, измеряли суммарную
нагрузку на перекрытие станции. Для этого динамометры
Размещали между основанием колонн и лотковой плитой. Схема
Расположения измерительных устройств показана на рис. 3.7.
После изготовления модели грунтового массива, проверки
Измерительных приборов, оптического оборудования и фиксации
161
Рис. 3. 7. Схема расположения смертельных устройств:
1 — грунтовые датчики; 2 - деформационные марочки, 3 — теялорезисгоры а
динамомегры
начальных показаний приборов приступали к установке мг>п
конструкции станции. Порядок размещения элементов moZT
грунтовом массиве полностью соответствовал очеоелнп '
проходческих, земляных и монтажных работ при соопйкеЛ"
станции полузакрытым способом. Сначала в массив поочепепм»
вдавливали модели обделки путевых тоннелей стан,,7.
одновременно удаляя грунт из «забоя». Затем в этих тоннепчу’
устанавливали временное подкрепление и между тоннелями зп
влекали грунт до уровня лотковой плиты, закрепляя откосы
котлована стержневой крепью по методике, указанной в п. 3 4 2
На следующем этапе демонтировали элементы временнот
заполнения обделки путевых тоннелей, укладывали тотконую
плиту, устанавливали колонны и консольное перекрытие стан-
ции. Собранную модельзасыпали слоем эквивалентного матеоиапа
соблюдая ту же технологию, что и при закатке стенда. Р ’
Напряженно-деформированное состояние конструкции изу
чали при ступенчатом нагружении модели дополнительным
пригрузом. Первоначальная нагрузка на модель обделки создава-
лась массой обратной засыпки, соответствовала толщине слоя
грунта над перекрытием //=4 м и составляла в пересчете на натуцу
0,08 МПа. Дополнительные нагрузки прикладывали на поверхность
грунта ступенями: />=1,25///; />2=1,85///; />=2.5///.
Р4=3,1///. Предельное значение нагрузки на конструкцию
принимали близкой к значению, установленному нормами для
расчета подземных сооружений на особое сочетание нагрузок
Напряжения в элементах конструкции на каждой ступени
нагружения определяли методом полос. Для этого в
поляризационной установке использовали источник
монохроматического света известной длины волны. В условиях
скрещенных поляризатора и анализатора каждой темной полосе
соответствовала разность хода Г в одну длину волны иди целое
число длин волн, т.с. Г = п (п = 1,2, 3,...), где п — порядок полосы
162
р^ность главных нормальных напряжений определяли по формуле:
„ П
°2 - °0
гДе — Цена полосы материала, определяемая на кали-
бровочном образце,
d — толщина модели, см;
п — порядковый номер полосы.
Порядковый номер полосы находили по картине полос. Для
правильного определения о, - сг2 по методу полос необходимо
установить начало отсчета порядка полос, который ведется в
отсутствие изоклин. Получение картины одних только изохром и
полос без изоклин возможно лишь в условиях круговой
поляризации. Для этого в установке наряду с поляризатором и
анализатором имеются две пластинки в четверть волны, создаю-
щие разность фаз составляющих в я/2- Назначение первой
пластинки, установленной между поляризатором и моделью,
состоит в преобразовании плоско-поляризованного луча, вышед-
шего из поляризатора, в поляризованный по кругу вопределенном
направлении. Для падающего на модель света, поляризованного
по кругу, все направления в модели равнозначны, т.с. условия для
образования изоклин отсутствуют. Назначение второй пластин-
ки, установленной между моделью и анализатором, — устранение
влияния на общую интерференционную картину полос угловой
разности фаз ±^/2, полученной после прохождения первой
пластинки в четверть волны. Вторая пластинка вызывает круговую
поляризацию обратного знака.
При фотографировании модели в поляризованном свете необ-
ходимо соблюдать строгую перпендикулярность модели к опти-
ческим осям установки и фотокамеры. Учитывая, что модель
конструкции станции имеет достаточно большой пролет при
небольшой высоте сечений элементов, фотографирование вели
по отдельным секторам с последующим монтажом кадров.
Порядок полосы определяли при наблюдении за образованием
картины полос в процессе проведения эксперимента простым
подсчетом их от нулевой изохромы. Источник зарождения полос
и область их распространения контролировали и по цветной
картине полос. В этом случае отсчет вели от особой точки в
картине полос (ст, - <т2 = 0), как от полосы нулевого порядка. Эта
точка легко определяется, поскольку при источнике белого света
она остается темной при любом изменении нагрузок.
Меняющаяся под нагрузкой картина полос дала возможность
вести визуальное наблюдение за характером распределения мак-
симальных касательных напряжений в любом элементе
конструкции даже при незначительном изменении нагрузок на
модель.
Непосредственно по картине полос определяли также главные
нормальные напряжения, действующие на свободном контуре
конструкции, так как в точках, лежащих на свободном контуре,
163
одно главное напряжение направлено по касательной к Ко
а другое равно нулю. НтУру
Для определения знака напряжений на свободном кон 1
были использованы компенсаторы растяжения при источь^*
белого света. Контурные напряжения — растягивающие НИКс
компенсация достигается при растянутой полоске, расположён^11
нормально к контуру; контурные напряжения — сжимак>ш°й
если компенсация достигается при направлении растянутой пС'
лоски вдоль контура. По'
Распределение главных нормальных напряжений в сечения
конструкции и их величину устанавливали, пользуясь методе
разности касательных напряжений. v
После нахождения напряжений в различных сечениях обдел
ки, полученных путем расшифровки полос в оптически-чувстви-
тельном материале, и обработки показаний тензорсзисторов
наклеенных на внешний и внутренний контур обделки, переходи^
к определению изгибающих моментов и нормальных сил, дей-
ствующих в сечениях конструкции по формулам;
м=0н^bh2 N=ElL±^hl,
12 2
(3.11)
где (ти и сгй — нормальные напряжения, действующие соот-
ветственно на наружном! и внутреннем волок-
нах обделки;
b, h — геометрические размеры сечения
В результате статистической обработки данных экспериментов
определены усилия, действующие в характерных сечениях обдел-
ки станции, атакже вертикальные и горизонтальные перемещения
отдельных точек, расположенных по се периметру. В качестве
иллюстрации материалов, которые позволили провести
сравнительный анализ работы исследуемых конструкций и обос-
новать некоторые результаты экспериментов, на рисунках 3.8—3.10
представлены эпюры моментов М, нормальных сил N и
перемещения консоли измеренные в обделке станций с шкх>
ким и сводчатым перекрытием. Значения усилий и перемещений
на этих рисунках соответствуют третьей ступени загружечия
модели, когда вертикальная нагрузка на перекрытие в пересчете
на натуру составляла 0,15 МПа. Эпюры М построены со стороны
растягивающих напряжений, для эпюр Л'знак «минус» означает
сжатие; перемещения приняты со знаком «плюс», если и*
направление совпадает с направлением действия нагрузки.
Представленные на рис. 3.8—3.10 данные свидетельствуют
прежде всего о более благоприятном распределении усилий в
сводчатом перекрытии по сравнению с плоским.Так, максималь-
ный момент в наиболее напряженном сечении сводчатого
перекрытия (над колонной) на 10-15% ниже, чем в том же сечении
плоского перекрытия. Эта тенденция четко прослеживается при
сопоставлении результатов эксперимента на всех ступенях
загружения модели. Главная же особенность работы сводчатого
164
Рис. 3. 8. Эпюры нормальных сил (а) и изгибаюпщх моментов (б) в обделке станции
с плоским перекрытием:
__— расчетные;-------— экспериментальные. В скобках указаны эксперимен
сально полученные значения
Рис. 3. 9. Эпюры нормальных сил (а) и изгибающих моментов (б) в обделке станции
со сводчатым перекрытием:
____— расчетные;----------экспериментальные. В скобках указаны эксперимен-
тально полученные значения
165
КОНСОЛЬНОГО Пеп
крытия, выявления
в процессе эксперт
мента, заключается
отсутствии растяп?
вающих нормальны,,
сил в его консольной
части. Здесь зафИк.
сированы хотя и не-
значительные по 11с~
личине, но сжимаю-
щие нормальные си-
лы. Это обстоятель-
ство свидетельствует
о том, что работа кон-
солсй сводчатого
перекрытия близка к
работе на сжатие с
изгибом. При таком
характере напряжен-
ного состояния на-
лучше используются
Рис. 3. 10. Перемещение консоли плиты перекрытия
станции:
1 — плоского; 2 — сводчатою;— горизонталь-
ные; ---— вертикальные
иболее ответственной части перекрытия
свойства бетона, чем при восприятии им значительных
растягивающих усилий в конструкции с плоским перекрытием.
При любом варианте перекрытия вертикальные перемещения
узлов сопряжения его консолей с обделкой путевых тоннелей
остаются практически неизменными, но в то же время
горизонтальные перемещения этих узлов при сводчатом
перекрытии на 17-20% меньше, чем при плоском ( см. рис. 3.10).
Заметим, что для конструкции, где станционные пути размешаются
в обделке перегонных тоннелей, весьма важно уменьшить
перемещения опорного узла, так как именно в этом месте
величина зазора между обделкой и габаритом приближения
строений наименьшая.
В результате экспериментальных исследований на моделях
выявлено также, что на статическую работу новых конструкций
станций существенное влияние оказывает полузакрытый способ
их сооружения. В процессе моделирования было зафиксировано,
что распределение горизонтальной нагрузки на конструкции
полузакрытого способа работ существенно отличается от
традиционного представления.
Так, боковое давление грунта возрастает пропорционально
глубине только до уровня шелыги свода путевых тоннелей стан-
ции. Далее распределение боковой нагрузки на обделку
приближается больше к равномерному нежели к треугольному''
достигая примерно 70% от расчетного по Кулону, при ярко
выраженном уменьшении интенсивности к основанию станции-
Увеличение давления грунта на эгом уровне наблюдалось лиШь
при нагрузках на модель, близких к разрушающим.
Отмеченную особенность распределения бокового давлений
166
уНта на конструкцию станции полузакрытого способа работ
ожно объяснить следующим образом.
'* Известно, что для определения горизонтального давления
уНга на конструкцию, сооружаемую в открытом котловане, в
Инженерной практике используют методы, основанные натеории
предельного равновесия образующейся в фунте призмы обрушения,
[(сходной предпосылкой этих методов является допущение о
рачительных подвижках грунта за конструкцией в верхней части
щтловлна и отсутствии смещений в его основании. Эпюра
горизонтального давления грунта при этом имеет вид
прямоугольной трапеции, основание которой увеличивается
пропорционально глубине.
Процесс формирования нагрузок на конструкцию станции
полузакрытого способа работ отличается от традиционно принятой
модели. В этом случае он более сложен и может быть разделен на
отдельные этапы, соответствующие последовательности выпол-
нения работ при сооружении станции.
На первом этапе после проходки путевых тоннелей станции
происходят начальные деформации окружающего грунтового
массива с нарушением бытового поля напряжений. Щитовой
способ сооружения путевых тоннелей даже при своевременном и
качественном нагнетании раствора за обделку не исключает
боковые подвижки грунта. Далее, на втором этапе, при разработке
котлована со стержневой крепью деформации массива возрастают
в той части, что расположена над путевыми тоннелями. И,
наконец, после монтажа несущих конструкций среднего зала
станции, обратной засыпки и демонтажа тюбингов временного
заполнения смещения массива стабилизируются и формирование
нагрузок на конструкцию завершается. В силу податливости
незамкнутой сборной обделки путевых тоннелей на этом этапе
формирования нагрузоктакже нс исключена возможность развития
подвижек грунтового массива. В итоге при сооружении станции
полузакрытым способом с непрерывной проходкой перегонных
тоннелей через станцию возможны боковые подвижки грунта на
уровне лотковой части сооружения. Это приводит к снижению
активного бокового давления на нижнюю часть обделки путевых
тоннелей станции.
Особенности распределения бокового давления грунта вносят
существенные коррективы в характер статической работы
Конструкции станции. Для оценки степени влияния отмеченного
фактора на напряженное состояние обделки выполнены расчеты
Конструкции на нагрузки, определенные по традиционной «куло-
Новой схеме». Результаты расчета, оформленные в виде эпюр
Моментов Л/ и нормальных сил N, сопоставлены с данными
Модельных исследований на рис. 3.8 и 3.9. Из сравнения эпюр
видно, что различие в схеме распределения бокового давления
грунта мало сказывается на работе плиты перекрытия, хотя на всех
Моделях и отмечаются несколько меньшие ( на 10-15%) значения
Усилий по сравнениюс расчетными. Что же касается напряженного
состояния обделки путевых тоннелей станции, то ни в одной
167
серии эксперт,
оно нс соответ^0»
вало данным п
ченным по твз
ционной расЧгЗ'
схеме |31]. ЧетМ
Mj гРафИк
представленных Л
рис. 3.11, видно, £
величины изгибаю
щих моментов в СВо'
де обделки путевого
тоннеля и на уровнс
его горизонтального
диаметра в 1.3-1 б
раза превышают зна-
чения этих же вели-
чин, ПОЛУЧСННЫг
Рис. 3. 11. Инибшищис моменты в облелке путевых
тоннелей станции на уровне горизонтального диаметра
(а) и тслыги свода (6):
___— расчетные;---— экспериментальные
расчетом при классической схеме загружения конструкции.
В то же время корректировка расчетной боковой нагрузки и
соответствии с данными экспериментальных исследовании
приводит результаты расчета в соответствие с величинами усилий,
определенных в обделке при испытании моделей.
Это даст нам основание рекомендовать в условиях строитель-
ства станции, близких к моделируемым, при расчетах вводить в
схему действующих на станцию нагрузок соответствующие кор-
рективы, отражающие отмеченные выше особенности
распределения бокового давления грунта.
В заключение заметим, что вопрос о характере распределения
нагрузок, действующих на обделку станции мелкого заложения
при сооружении ее полузакрытым способом, в изложенном выше
контексте можно отнести к разряду постановочных. Это серьезная
проблема нее решение связано с проведением целенаправленных
экспериментальных и теоретических исследований, которые поз-
волят создать научно обоснованные методы расчета нагрузок на
конструкции, сооружаемые по новой технологии.
3.2.3. Моделирование работы односводчатой станции
Статическая работа конструкции односводчатой станции,
выполненной в виде монолитного железобетонного свода, опира-
ющегося на массивные опоры, достаточно изучена. Поэтому при
рассмотрении напряженно-деформированного состояния такой
конструкции основное внимание было уделено вопросу устойчи-
вости опор при изменении подъемистости свода и различных
условиях сопряжения его с опорами. В этой связи отпала необхо-
димость в использовании оптического метода исследования на-
пряжений в конструкции. Более подходящим в таком случае
является метод моделирования с помощью эквивалентных ма-
териалов, из которых были изготовлены как модель грунтового
168
иВа, так и конструкция станции. Для различных грунтовых
'*8^вцй’ модель массива изготавливали либо из смеси песка,
слюды и резиновой крошки (супеси, суглинки), либо из
ecu песка, технического вазелина и молотой слюды (плотные
^ины)- Материалом для модели обделки станции служила затвер-
Г1цП1ая смесь гипса, песка и молотой слюды, затворенная водой.
№ работы подготовительного этапа в этой серии экспериментов
доводили в соответствии с принятой ранее методикой построе-
Пия модели грунтового массива. Схема расположения измери-
тельных приборов показана на рис. 3.12. После снятия начальных
показаний приборов «проходили» опорные тоннели, в которых
располагали опоры свода. Затем разрабатывали грунт между
опорными тоннелями со стержневым креплением откосов и
устраивали обратный свод станции. Верхний свод станции уста-
навливали на опоры в различных вариантах: в одной серии
моделей свод свободно опирался на опоры, в другой обеспечива-
лось жесткое их соединение. Изменяли также подъемистость
свода в пределах соотношения f/L равного 0,18 и 0,25 (где/ —
стрела подъема свода, L — пролет).
После обратной засыпки модель загружали равномерно рас-
пределенной нагрузкой, начиная от Р = уН, где Н — глубина
заложения станции от шелыги свода — принималась равной в
пересчете на натуру 1,5 м. Предел увеличения нагрузки соответ-
ствовал ее расчетному значению при особом сочетании.
Рис. 3. 12. Схема расположения измерительных приборов при моделировании одио-
сводчатой станции:
1 — индикаторы часового типа; 2 — грунтовые датчики; 3 — деформационные
Марочки, 4 — тензорезисторы, 5 — динамометры
169
В табл. 3.1 приведены значения горизонтальных ё
РТи
кальных ён смещений верхней точки опоры и вертикад
смещения д шелыги свода станции, полученные после стат ЬНЬ1е
ческой обработки экспериментальных данных. Указанные въ?1'
3.1 значения даны в пересчете на натуру и соответствуют пред1
ному этапу загружения модели. деЛь- I
таблица з ।
Перемещения точек конструкции односводчатой станции, полученные
по результатам моделирования
Подъемистость свода, ftL Моделируемый грунт ~
супеси, суглинки плотные глины
Перемещение, мм
<5г Л ir Л
0,25 6,3 14,7 12,2 12,8 64.1 74,2 2,1 3,8 3,6 3,6 43.2 41,3
0,18 7.2 16.3 11.1 11,6 42,2 56.8 2,5 4,6 3.3 3,2 18.0 16,7
Примечание: числитель — конструкция с жестким, знаменатель — со свободным
опиранием свода на опоры.
Из приведенных в табл. 3.1 данных следует, что при свободном
опирании достаточно пологого свода даже в слабых грунтах
горизонтальное смещение верхней точки опоры нс достигает и
20 мм. С возрастанием упругих характеристик грунта смешения
существенно сокращаются и в плотных глинах снижаются в 3,5-
4 раза. Следовательно, при расположении опорных тоннелей в
грунтах с коэффициентом упругого отпора около 200 Н/см3
вопрос о шарнирном или жестком сопряжении свода с круговыми
опорами, расположенными в сечении перегонного тоннеля, с
точки зрения их устойчивости нс будет являться приоритетным.
Изменение подъемистости свода в пределах реально возможных
вариаций незначительно сказывается на перемещениях опор
Более заметное влияние зигот фактор оказывает на перемещение
шелыги свода в грунтах с достаточно выраженными упругими
свойствами. Горизонтальное смещение опорного узла при сво-
бодном опирании свода при прочих равных условиях вдвое
больше, чем при жестком соединении его с опорами.
Результаты эксперимента позволяют также заключить, чЮ
при свободном опирании свода на опоры их смешения остаются
незначительными в широком диапазоне изменон<ий как подъ-
емистости свода, так и грунтовых условий. Отсюда следует, что в
условиях строительства односводчатой станции, близких к тем.
которые были воспроизведены на моделях, нет необходимости
170
^нять конструкцию опорного узла жестким соединением
* с опорами. Это позволит сократить расход арматурной стали
И^зити трудозатраты при выполнении этого узла.
3# СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ СТАНЦИЙ
МЕТРОПОЛИТЕНА
Известно, что под системой понимается целостность, состо-
ая из множества элементов, находящихся в определенным
Аразом упорядоченных отношениях и связях друг с другом. Как
сякий технический объект, обделка подземной станции метро-
политена представляет собой систему, состоящую из определен но-
[рчисла элементов (параметров объекта) упорядоченно связанных
между собой. Обделка станции работает совместно с окружающим
массивом грунта, который нс только создаст нагрузку, но и
является средой, активно взаимодействующей с этой конструк-
цией на большей части се контура. Поэтому при анализе надлежит
рассматривать единую сложную систему «обделка — грунтовый
массив*, элементами которой являются параметры, характеризу-
ющие как конструктивное решение обделки, так и свойства
грунтового массива. Разные параметры в системе могут иметь
неодинаковые значения в отношении се целостности и будут
размешаться на разных уровнях иерархической структуры рас-
сматриваемой системы. Параметры верхнего уровня этой систе-
мы называют значимыми параметра м и.
Задача параметрического анализа системы заключается в
упорядочении полученных знаний об объекте, выявлении значи-
мых параметров объекта и установлении тех важнейших взаимо-
связей между параметрами, которые трудно, а иногда и невозмож-
но выявить без такого упорядочения. Если при этом конечной
целью является установление оптимальных параметров конструк-
ции по заданному критерию, то такой анализ будем называть
параметрической оптимизацией конст-
рукции.
Ниже изложена методика построения математических моде-
лей для конструкций колонной и односводчатой станций полуза-
крытого способа работ и результаты параметрической оптимиза-
ции этих конструкций [28]. В основу исследований положен
метод, разработанный к.т.н. В.В. Свитиным с использованием
пероятностно-статистического и оптимизационного методов сис-
темного анализа.
Блок-схема выполнения процедур при параметрической опти-
мизации конструкции представлена на рис. 3.13.
Исходными расчетными величинами для решения поставлен-
ной задачи могут быть геометрические размеры конструкции в
Нелом и отдельных се элементов, прочностные и деформацион-
ные характеристики обделки, физико-механические характерис-
тики грунта, глубина заложения станции. Некоторые из этих
171
Постановит задачи
| Исходные данные
Выбор цели
преобразования
параметров
Определение граничных
условий
Выбор входных и выходных
параметров
Определение значений
выходных параметров
Построение вероятностно-
статистических моделей
Блок
оптимизации
Определение требуемой»
количества преобразований
методом планирования
эксперимента
Выбор целевых функций
и функций ограничении
I fреобразование входных
параметров в выходные
(расчет, физическое
модел и рова н ис, экагертные
оценки и т.д.)
11остроение
оптимизационном модели
Установление параметров
задачи оптимизации
Оптимизационное
моделирование
Решение удовлетворяет
поставленной задаче:
НЕТ
Изменение цели, параметров
I ЧА
Вывод результатов |
Рнс. 3.13. Блок-схема параметрической оптимизации конструкции станции
параметров имеют функциональное ограничение и их нельзя
изменить в холе решения инженерной задачи, т.с. ими нельзя
управлять, но они влияют на конечный результат. К таким
независимым параметрам относятся размеры, регламентирован-
ные строительными нормами (расстояние от оси пути до края
платформы, высота от уровня головки рельса до чистого пола
платформы ит.п.), или размеры, определенные типовым решени-
ем какого-либо элемента, составляющего конструкцию (в нашем
случае — внутренний диаметр путевого тоннеля колонной или
опорного тоннеля односводчатой станции).
/72
Другие же параметры, такие, как форма и размеры перекрытия
тацции, материалы и геометрические характеристики сечений
Сдельных элементов конструкции, ширина платформы, характер
Инструктивных связей между элементами и т.п., могут изменять-
ся в ходе решения инженерной задачи. Изменяя эти параметры,
м0жно управлять ходом решения задачи, добиваясь заданной
иеди или с достаточной точностью приближаться к ней. Такие
рараметры называют входными или управляющи-
ми параметрами.
Заметим, что входные параметры нс могут принимать любые
произвольные значения. В силу различного рода причин (напри-
мер. по технологическим, архитектурно-эстетическим или эконо-
мическим соображениям или простое позиций здравого смысла)
эти параметры имеют, как правило, ограничения, выражаемые
чаше всего неравенствами: «нс более», «не менее», «больше» и т.п.
Обозначим входные параметры Х}, Х2, Ху..Хп, нижние грани-
цы (минимальные значения параметров) — Ai,A2, Aj...A„, верхние
границы (максимальные значения параметров) — Bt, В2, В2...В„.
Тогда можно записать, что значения входных параметров системы
находятся в пределах А,<. Xt < В,, (i = 1 ... ri).
Очевидно, что на статическую работу такой сложной системы,
как обделка станции метрополитена, оказывает влияние довольно
большое количество параметров, которые могут быть приняты в
качестве входных. Однако, учитывая технические возможности
ЭВМ (объем оперативной памяти), возможности существующих
программных средств, а также ограничения по времени и стои-
мости вычислительных работ, необходимо стремиться к сокраще-
нию количества входных параметров. Основываясь на опыте и
интуиции, исследователь должен ограничить выбор теми пара-
метрами, которые, по его мнению, оказывают наибольшее влия-
ние на характер работы конструкции, т.с. являются определяю-
щими в решении поставленной задачи. Варьирование ими позво-
лит получить широкий спектр инженерных решений.
Конструктивная схема колонной станции, принятая для сис-
темного анализа, показана на рис. 3.14, значения входных пара-
метров задачи приведены в табл. 3.2. Принятые значения входных
параметров задачи ограничены в ряде случаев требованиями
СНиП (например, минимальная ширина платформы В = 10 м,
Минимальная высота прохода в путевой тоннель Н = 2,1 м),
архитектурными соображениями (например, высота колонн
Нк 4,0 м, стрела подъема сводчатого перекрытия f <> 2,0 м).
В зависимости от типовых решений обделки путевых тоннелей
станции их приведенная толщина может изменяться в пределах
150-300 мм. Полагая, что перекрытие станции может быть изго-
товлено как из монолитного, так и сборного железобетона класса
не ниже В20, а обделка путевого тоннеля — из сборного железо-
бетона класса не ниже В25, значение модуля упругости принято,
173
Рис. 3. 14. Конструктивная схема и входные параметры колонной станции
Таблица 3.2.
Входные параметры задачи
Входной параметр Граница параметра
НИЖНЯЯ верхняя
Расстояние от оси станции до оси колонны L/2, м 3.0 4.5
Высота прохода в путевой тоннель Н, м 2.1 2.5
Высота колонны от пола платформы Н^, м 4,0 6.0
Стрела подъема перекрытия /, м — 2.0
Высота сечения, м: перекрытия над колонной Л] перекрытия в середине пролета hi консольной части перекрытия обделки путевого тоннеля 0,6 0.4 0,4 0.15 1,0 0.6 0.6 0.3
Модуль упругости материала, 10'3 МПа: перекрытия Еп обделки путевого тоннеля £т 23,0 24.0 32.5 31.0
Глубина заложения станции Игр, м 2,0 5.0
Коэффициент упругого отпора грунта к. Н/см3 50 150
соответственно, для плиты перекрытия — (23 — 32,5) • 103 МПа,
а для обделки путевого тоннеля — (24 — 31,0) • 103 МПа. Глубина
заложения платформенного участка станции принята с учетом
минимальной толщины засыпки над вестибюлем и предельной
174
«убины котлована, при которой отметка головки рельса
Г«трополитена будет находиться на расстоянии нс более 11м
поверхности земли. Поскольку станции на линиях мелко-
заложения расположены, как правило, в толще четвертич-
ных отложений, параметр, характеризующий упругие свойства
грунта (коэффициент упругого отпора к), ограничен пределами
$<*<150 Н/см3.
С целью сокращения количества входных параметров задачи
представим их в комбинированном виде, соответственно изменив
н граничные значения этих параметров (табл. 3.3).
Таблица 3.3.
Комплексные входные параметры задачи и их границы
Входной параметр Граница значения параметра
НИЖНЯЯ Д/ верхняя В,
-ин 1.20 2,14
Х2-Нк1Нер 0,80 3.00
X^-hk /Л| 0,40 1,00
Х4 ~ h2 /Лт 1,00 3.00
Х5 ~ ^п /!'-т 0,72 1.38
Х(,-к 50,0 150,0
х-1-f — 2.15
Известно, что о характере работы любой строительной конструкции
судят на основании анализа усилий, возникающих в элементах
конструкции (изгибающие моменты, нормальные и поперечные си-
лы), а также перемещений в интересующих исследователя точках.
Поэтому эти усилия и перемещения были приняты в качестве выход-
ных параметров задачи У; (табл. 3.4).
Таблица 3.4.
Выходные параметры задачи
Выходной параметр Обозначение Уу
Момент в перекрытии над колонной, кНм М->1
Момент в середине пролета перекрытия, кН м М-У2
Нормальная сила в консольной части перекрытия, кН f^k-хз
Нормальная сила в середине пролета перекрытия, кН Nn-Y4
Горизонтальное смещение консоли перекрытия, мм
Вертикальное смещение консоли перекрытия, мм
175
Изменению любого входного параметра соответст
определенное значение выходного, т.е. Xt => Yj j= 1, к. Выхсэ Ст
параметры получены путем преобразования входнНЬ1е
Преобразование можно веста, поизводя инженерные расчеты, выпо Ь,Х’
экспериментальные исследования на моделях или натурные измеррф151
Для получения вероятностно-статистической модеИя
рассматриваемой системы необходимо иметь достаточное кол1*1
чество данных о напряженно-деформированном состояли
конструкции при различных вариациях входных параметре*1
Другими словами, необходимо провести целую серцВ'
преобразований типа Xt => Yr Количество таких преобразований
достаточное для построения достоверной математической моде’
ли, определяется методами планирования эксперимента с ис-
пользованием зависимости вида N = 2Л (полный факторный
эксперимент), где N — необходимое число преобразований, п _
количество входных параметров. Таким образом, число
преобразований, необходимых для построения вероятностно-
статистической модели станции в условиях поставленной задачи
(при семи входных параметрах), будет равно 128. Это означает, что
нужно получить сведения об усилиях и перемещениях в 128
вариантах конструкций, отличающихся изменением одного вход-
ного параметра при неизменных остальных. Такие данные были
получены » результате статических расчетов, выполненных с
использованием стандартной программы РК-6, разработанной и
институте «Ленметрогипротранс». Программа предназначена для
расчета подземных сооружений на заданные нагрузки с учетом
упругого взаимодействия конструкции с грунтом. В основу расчета
положен известный метод Метрогипротранса.
Помимо расчетных величин при выполнении необходимых
преобразований были использованы данные экспериментальных
исследований на моделях.
Статистическая модель построена в виде степенного полино-
ма методами нелинейной регрессии:
= Ао+ХА-Х<+1Л.'Г.Х.Хт+А1Х? + А,тХ^Хт+... (3 12)
« i,m
где Y(Xt) — выходной параметр задачи,
X, Хт — входной параметр задачи;
Л,’ At т — числовые коэффициенты при входных пара-
метрах.
Точность построения оценивалась в процентах дисперсий
выходных величин Yj. Модель считалась достаточно точной при
дисперсии выходной величины более 85%. В результате вычисле-
ний получены вероятностно-статистические модели исследуемой
системы в виде следующих уравнений (3.13):
176
L -81.54 + 28.1 Хб + 52.3 X7 - 18.6 X, X6 - 10.8 X! X2 - 2.7 X2 X4 - '
I _4.7X2Xs-19.2X2X6-19.8X2X7-15,8X72+14.1X,X2Xe +
+9,48 X, X2 X7 +2,76 X2 X3 X7 — 1,87 X2 X4 X7
Точность 97,19%
. J-29,2 +13,2X.2 -14.5X, X7-17.9X2 X4 +14X2 X6 -19,2X4 X7 +
+10.7X2 +6.3X, X2 X4 -6.76X, X2 X6 + 7.5X, X4 X7 +
+2.5X2 X3 X4 - 4.89X4 X5 X7 + 4,1 X4X6X7
Точность 96,60%
= -137,7-10.2X, +356X3 + 7,14X1 X2 +1,81X1 X4 +9.7X! X7 -
-1,9X2 X4 -2,31X2 X5 + 2,69X2 X6 +7.1X2 X7 -258.2X2 +
+5.3X, X7-2,21X4 X7
Точность 98,01%
У4 =-15,6-26.3X1 - 13X6 +9.9X, X2 + 2,3X1 X4 +8.7X, X6 + ’(3
+6X, X7 -2.5X2 X4 -2,2X2 X5 +1.68X2 X7 +4.4X3 X7 -
-2,1 X4 X7 -7.86X72
Точность 92,80%
= -55,07 + 65,03Xj +9,9X2 -16.8X2 -5,6X1 X2 -5.3Xj X7 -
-1.1X2 X6 +5,3X2 X7 +3.17X, X7 -0,71X4 X7 -1,9Xs X7 -
-2,85X6 X7+6,6X72
Точность 94,90%
1; =33.15-9бхз +0.6X2 -0,21X2 +0,54X[ X2 -0.54X, X4 -
-O.68X2 +0,5X2 X3 +0.49X2 X4 +1.28X2 X7 +66.97X2 +
+O,6X3 X4 +1,06Хз X7 -0.084X4 X5 -0,51 X4 X6 +
+0,66 X4 X7 - 0,91 X62 - 0,54 X72
Точность 96,10%
777
Данные о напряженно-деформированном сост
конструкции станции, полученные с помощью этих м ?ЯНиИ
тосюверны только в том случае, если каждый входной n-ii4eJIefi,
А', принят в границах, указанных в условии задачи. Bb|PdXlCTP
пределы граничного значения входного параметра допуска^ За
более, чем на 1/3 его интервала. В противном случае резко Си Не
точность вычислений выходного параметра У'. ,1JlaeT
Полученные на первом этапе системного анализа вероятности!
статистические модели конструкции станции позной?*0'
прогнозировать усилия и перемещения в обделке путем Поде'111
новки в модель тех или иных значений входных параметров цХ/
самым исследовать значительное число вариантов конструктивн М
решений обделки станции. Определяя искомые выходные вед?Х
чины по известным входным параметрам можно многократно
воспроизводить отдельные этапы моделируемого процесса ц
получат), материалы для практических рекомендаций в широком
диапазоне условий строительства. Кроме того, указанные модели
позволили решить одну из важных задач системного анализа -
выявить значимые входные параметры конструкции и установить
степень их влияния на напряженно-деформированное состояние
этой конструкции.
Ниже приведены зависимости между входными и выходными
параметрами рассматриваемой задачи. Они определяют
расположение входных параметров (Х|. Х2, Xt) на различных
уровнях иерархической структуры исследуемой системы (входные
параметры расположены в порядке уменьшения их значимости).
У> => Х2 Х4 V,: Хг Х7; X, Х2 Х7; Х2 Х4 ; Xt Х2 Х6; Х7: Х7 Х7:
Y2 Х2 Хл Х7; X, X,: Х2 Х4 : Х4 X, Х7; X, Х2 Х4: Х2 Х6 ,
=> х2 Л, X, X,. X, Х2: Х} : Х3 Хг: Х4 Х7: Х2 Х4 ; Х3 Х7.
У4 =о Х7 Х7; X, Х2. Хг Х4 : Х2 Х7; Xt: Х2 Х7; Х3 Х7; X, Х4 ;
X2Xf; (3 14)
У, => х2 X,. Xj; X! Х7 . Х7 Х7; Хв Х7: Х( Х2; Хг : Х3 Х7 ; Х2 Х4,.
Уб => Х2 Х7; Х2 Х4 .- X, Х7; Х2: Х2 Х2: Х2, X, Х4; Хь Х4; Х7 Х4
Анализ этих зависимостей позволяет оценить степень влияния
принятых в задаче входных параметров конструкции на сс
напряженио-деформированнос состояние. Так, наиболее сущес-
твенное влияние на значения всех выходных параметров задачи
(У], Y2,...YJ оказывают подъемистость перекрытия (входной
параметр Х7) и высота среднего зала станции (входной параметр
Х2), причем последняя в значительной мере определяет
вертикальные смещения консоли перекрытия. Момент в середине
пролета перекрытия (У2) и горизонтальное смещение консоли (У5)
зависят от расстояния между колоннами (ширины платформы) и
высоты прохода в путевые тоннели станции (Х|). При изменении
178
аНовлснных границах практически нс оказывают влияние на
работы конструкции такие параметры, как соотношение
' <еров сечений перекрытия над колонной и в консольной се
^ти №ДУЛИ упругости материала конструкции (Х5), а также
^^ффиниент упругого отпора грунта (Л6).
ь° Здесь необходимо сделать оговорку, что вышеизложенные
сОды относятся к работе только наиболее ответственной части
Сделки — перекрытия станции, поскольку из-за ограниченного
°,сла входных и выходных параметров задачи усилия и деформации
элементах обделки путевых тоннелей станции были исключены
й3 рассмотрения.
Вероятностно-статистические модели были использованы для
зНализа усилий, возникающих в сечениях перекрытия станции
при различных вариантах его исполнения (рис. 3.15).
В каждом варианте конструктивной схемы изменяли только
два параметра — Нк и f. Остальные входные параметры задачи
сохранялись неизменными, включая горизонтальную проекцию
консоли перекрытия 1к = 1,5 м и расстояние между колоннами
£ = 6,0 м, а также толщину слоя грунтовой засыпки над
конструкцией — 3 м. Граничные значения НК и/принимались
в соответствии с табл. 3.2 в пределах 4 < НК < 6 м и 0,5 </< 2,6 м
с шагом изменения этих параметров 0,6 и 0,7 м соответственно.
Рис. 3. 15. Схема к параметрическому анализу консольного перекрытия станции:
1 — плоского с вертикальными элементами в консольной части; 2 — плоского с
наклонными консолями; 3 — сводчатого
179
Результаты анализа представлены в виде графиков зависим
ти изгибающих моментов, действующих в сечениях перекрыв
над колонной и по оси станции (рис. 3.16), и нормальных
консольной части перекрытия (рис. 3.17) от геометрически4
параметров конструкции, определяющих конфигурацию плит
перекрытия. Ь1
Как следует из графиков, приведенных на рис. 3.16, особен
ности конструктивной формы перекрытия станции начинают
существенно сказываться на величине изгибающего момента в
сечении по оси станции только при Нк > 4,6 м. При дальнейщем
увеличении высоты колонны изгибающие моменты в плоском
перекрытии независимо от формы его консольной части возрастают
практически с одинаковой интенсивностью и равны по величине
В то же время в сводчатом перекрытии значения этих моментов
вдвое больше. Объяснить это можно тем, что с увеличением
подъемистости свода при постоянной высоте засыпки резко
меняется глубина заложения путевых тоннелей станции. При
этом возрастает и нагрузка на консольную часть сводчатого
400
200
1200
1000
800
600
Рис. 3. 16. Зависимость изгибающих моментов в сечениях перекрытия
над колонной (I) н по оси станции (II) от высоты колонны №.
I — в плоском перекрытии с вертикальными элементами в консольной
части; 2 —тоже с наклонными консолями; 3 — в сводчатом перекрытии
180
Вис. 3. 17. Зависимость величины продольной силы /V в консоли
перекрытия от угла а наклона се к вертикали
перекрытия от разомкнутых колец обделки этих тоннелей. Кроме
того, с увеличением подъемистости сводчатого перекрытия
возрастает боковое давление грунта на него.
Приведенные выше соображения о характере распределений
изгибающих моментов в перекрытии станции ни в коей мерс нс
должны служить поводом для отказа от сводчатого перекрытия
колонной станции. Дело втом, что с целью получения максималь-
ного объема информации графики строились в предположении
постоянной толщины засыпки грунта над перекрытием любой
конфигурации. Практически же глубину заложения станции как
со сводчатым, так и с плоским перекрытием, как правило,
назначают, ориентируясь по отметке уровня головки рельса
метрополитена. В таком случае толщина засыпки над подъемис-
тым сводчатым перекрытием оказывается значительно меньше,
чем над плоским. Кроме того, заменяя плоское перекрытие на
сводчатое, можно уменьшить высоту колонн, практически не
уменьшая высоты зала станции (см. очертания перекрытия по
линии a-b-с и а-Ь'-с на рис. 3.15). Характер изменения изгибаю-
щих моментов в этом случае определим, пользуясь построенными
ранее графиками (см. рис. 3.16). Точка А на кривой /соответствует
значению изгибающего момента в плоском перекрытии в сечении
над колонной, высота которой равна максимальному значению
принятого ограничения, а точка В на кривой 3 — значению
изгибающего момента в том же сечении сводчатого перекрытия,
при котором сохраняется высота среднего зала станции, но на два
интервала уменьшается высота колонн. В таком случае находим,
что момент в наиболее напряженном сечении сводчатого
перекрытия на 20% меньше, чем в том же сечении плоского
перекрытия. В пользу сводчатого перекрытия колонной станции
181
полузакрытого способа работ говорит и лучшее в этом Слу4
архитектурно-эстетическое восприятие внутреннего простран,
СО°Наиболсс ответственным участком обделки станции
ношении се статической работы является консольная
перекрытия Здесь под действием нагрузок от разомкнутых
обделки путевого тоннеля возникаютзначигельные растягивают^
продольные силы. Величина этих сил с изменением параметров
конструкции колеблется в широком диапазоне значении, вплоть
до изменения направления действия от растяжения к сжатию. Из
графика приведенного на рис. 3.17. видно, что, изменяя угол
наклона' консоли перекрытия станции к вертикали а, можно
работу железобетона в этом элементе привести к условиям,
близким к чистому изгибу или даже сжатию с изгибом. С учетом
особенности работы железобетона указанное обстоятельство
приобретает чрезвычайно важное значение при проектировании
колонных станций полузакрытого способа работ.
Обширный объем полученной информации о взаимосвязи
'ства
В ОТ-
Часть
колец
Не
между различными параметрами конструкции и их влиянии на ее
напряженно-деформированное состояние является необходимым
условием инженерного анализа, но работа не может считаться
завершенной без решения задачи об оптимальном сочетании этих
параметров. Такие задачи особенно часто возникают при
проектировании новых конструкций. Их называют з*здачами
оптимизации, а математические модели, построенные для решения
этих задач, — оптимизационными моделями.
Оптимизационные модели дают возможность перейти от
разработки более или менее удачных решений, которые можно
получить на основе трудоемкого многовариантного
проектирования, к выработке наилучшего для данных условий
или оптимального решения
Целью решения задачи оптимизации вес классической поста-
новке является нахождение экстремума (максимума или миниму-
ма) определенного показателя, который называется критери-
ем оптимальности и принимается за меру оценки качества
проектируемой конструкции (20].
В данном случае за критерий оптимальности может быть
принят любой из шести управляемых (выходных) параметров У,
(см. табл. 3.4 и уравнения (3.13)). Очевидно, что каждый из этих
параметров, будучи принят в данной задаче за критерий опти-
мальности, должен быть минимизирован:
У, = f(Xl.X2.X3...X„)=>min
(3.15)
Функция/в уравнении (3.15), которая выражает критерий
оптимальности через оптимизируемые параметры, называется
целевой. Целевая функция показывает, в каком смысле и по
какому критерию исследуемая система должна быть наилучшей.
Ограничения определяют область допустимых решений целе-
182
Рис. .3. 18. Взаимозависимость входных и выходных параметров задачи при оптими-
зации ко зонной станции по минимальному смещению консоли перекрытия с заданны-
ми значениями Х2
Boil функции и показывают зависимость между параметрами
системы. Таким образом, если принять одно из уравнений (3.13)
в качестве целевой функции, то остальные уравнения можно
рассматривать как ограничения задачи при принятых ранее
граничных условиях, т.с. пределах изменения входных параметров.
Для удобства пользования результатами оптимизационных
расчетов рекомендуется их графическое оформление в виде
номограмм. В качестве примера рассмотрим решение оптимиза-
ционной задачи, целью которой является минимизация
вертикального смещения консоли перекрытия станции. В этом
случае математическое описание оптимизационной модели в
рассмотренных выше условиях задачи будет иметь вид:
Гб = 33,15-96Х3 + 0.6Х2 -0.21Х2 з-О.БДХ^ -0.54Х,Х4 -
-0.68Х2 + 0,5Х2Х3 + 0,49Х2Х4 +1,28Х2Х7 +66.97Х2 +
+0,6Х3Х4 + 1,06Х3Х7 -0.084X4Xs -0,51Х4Х6 +0,66Х4Х7 -
-0,91Хб - 0.54Х2 => 0 — целевая функция
183
Область допустимых решении (ограничения) определяют и
линейные регрессионные зависимости, представленные дл'
различных параметров системы остальными уравнениями (3.13?
Граничные условия (пределы изменения входных параметров
задачи) приняты по табл. 3.3.
Для графического изображения взаимозависимости параметров
оптимизируемой системы выполнено несколько расчетов с изме-
нением только одного из параметров. Кривые, представленные на
рис. 3.18, показывают характер изменения остальных параметров
задачи при заданном Х2. На рис. 3.19 приведены кривые измене-
ния параметров обделки станции при заданных значениях
параметра Х2. Таким образом, задаваясь любым значением одного
из параметров системы, получаем такие значения остальных, при
Рис. 3. 19. Взаимозависимость входных и выходных параметров задачи оптимизации
колонной станции по минимальному смещению консоли перекрытия с заданными
значениями Х7
которых удается свести к минимуму вертикальное смешение
^онсоли перекрытия (Yb). Аналогично решаются задачи оптими-
зации конструкции по любому из оставшихся пяти критериев (см.
уравнения (3.13)).
В настоящее время в проектной практике для расчета колон-
Hbjx станций используют упрошенные плоские расчетные схемы,
в которых работа конструкции в продольном направлении нс
учитывается. Равномерное чередование колонн и проходов между
ними позволяет плоскостями по осям проходов выделить одну
типовую секцию и рассмотреть сс работу в постановке плоской
задачи. В этом случае характеристики типовой секции обделки
приводят к 1 м длины. Для приведения характеристик колонны к
1 м их значения делят на длину секции или, что то же самое, на
величину шага колони вдоль станции. Усилия в элементах
конструкции от заданных нагрузок определяют методом
перемещений с соответствующей расчетной схемой конструкции,
где отпор грунта учитывают постановкой упругих опор заданной
жесткости. В плоской расчетной схеме нс учитывается работа
продольного элемента — ригеля, поэтому его расчет выполняют
отдельно. Рассмотренная упрощенная схема вполне обоснована
для расчета колонных станций со сборным железобетонным
перекрытием, уложенным на ригели (см. рис. 2.2). Однако такая
расчетная схема совершенно неприемлема для расчета обделки
станции, перекрытие которой выполнено из монолитного желе-
зобетона и опирается непосредственно на колонны (см. рис. 2.4
и 2.7).
Исчерпывающий и достоверный анализ статической работы
безригельного перекрытия, имеющего в поперечном сечении
корытообразную форму или выполненного в виде толстостенной
цилиндрической оболочки, возможен только с учетом работы
перекрытия в продольном направлении. Для этого целесообразно
использовать метод одномерных конечных элементов (24]. Этот
метод, разработанный в развитие известного метода конечных
элементов, предназначен в первую очередь для расчета
протяженных конструкций и широко используется для расчета
балочных пролетных строений мостов. Идея метода заключается
в том, что на основе некоторого специального математического
преобразования для различных двумерных задач (плоская задача
теории упругости, расчет тонких пластин, расчет тонких оболо-
чек) функционал потенциальной энергии деформации удается
представить в виде суммы трех интегралов. Первые два интеграла
берутся по площади рассматриваемой области и в подынтегральную
функцию каждого из них входят производные по какой-либо из
двух координат, а третий интеграл берется по контуру области и
в его подынтегральную функцию входят производные по длине
дуги контура. Указанное представление энергетического функци-
онала служит теоретической основой нового подхода к решению
задач механики деформируемых тел.
Для практической реализации этого подхода двумерную об-
185
ластъ разбивают на подобласти вдвух вариантах, так что в кад<
случае подобласть может рассматриваться как одномерньпГщ 0,4
узловой элемент, в пределах которого вводятся в соответствий
обычной процедурой метода конечных элементов простейщ*С
векторы перемещений в виде функций одной переменной, лине^
но зависящих от узловых кинематических параметров. При в?'
числении контурных интегралов одномерными элементами cav
жат отрезки между узлами границы с заданной на них (напримеп
линейной) функцией перемещений. Далее стандартным образо?
строят матрицы жесткости элементов трех типов: элементов с
осями, параллельными одной из двух осей глобальной системы
координат, и контурных элементов, последовательно соединяю-
щих узлы, лежащие на границе области.
Построенные в результате этой процедуры элементы названы
квазистержнями, а соответствующая дискретная модель
— к в а з и с т е р ж н с в о й моделью. Эта модель имеет
топологию обычной стержневой рамы, а се узлам свойственны
типичные для стержневой рамы степени свободы — линейные
смешения и углы поворота. Различие между данной моделью и
обычной стержневой системой заключается в том, что матрица
жесткоеги элемента модели строится на основе точно записанно-
го функционала для соответствующей задачи теории упругости и
при сохранении порядка матрицы и физического смысла се
элементов имеет существенно отличающиеся значения элемен-
тов, в которых, в частности, строго учитывается влияние коэффи-
циента Пуассона на напряженное состояние двумерной упругой
области.
Отметим некоторые характерные ситуации, когда метод
одномерных элементов (МОЭ) может оказаться эффективнее
традиционного метола конечных элементов (МКЭ).
В квазистержневои модели очень просто и достаточно строго
может быть отражено наличие подкрепляющих элементов (ребер,
фланцев и т.п ), в том числе несимметричных относительно
срединной поверхности подкрепляемой конструкции. В общем
случае матрица жесткости стержня с эксцентрически при-
крепленным ребром отлична от матрицы жесткости обычного
стержня, однако реальны случаи, когда этими различиями можно
пренебречь. Если же сделать этого нельзя, удается все-таки
остаться в рамках стержневой модели, аппроксимируя ребра
отдельными стержнями, соединенными с узлами при помощи
«жестких вставок» — коротких стержней большой жесткости.
Встречаются случаи, когда обычный МКЭ в принципе, вне
зависимости от густоты сетки, не способен отразить некоторые
особенности напряженного состояния. Здесь имеются в виду, в
первую очередь, сопряжения плоского диска (например, фунда-
ментной плиты или перекрытия) с нормальным к нему одномерным
элементом (стойкой, колонной). В отличие от МОЭ обычный
МКЭ не дает возможности выявить и оценить крутящие моменты
в этом сопряжении.
186
Применение квазистсржневой модели при расчете вытянутых
одном направлении пластинчатых конструкций позволяет сни-
В-зТЬ число узлов (по сравнению с принимаемыми в расчетах по
у(КЭ) нс только вдоль оси сооружения, но и в его поперечном
сечении.
Интересной и практически полезной особенностью
квазистсржневой модели является возможность использования
сеток с ячейками, вытянутыми в одном направлении (при отно-
шении длин сторон ячеек 10; 1). За счет этого уменьшается общее
число узлов и может быть ощутимо снижено время машинного
счета.
Отметим в заключение, что метод одномерных элементов
естественным образом обобщается на случаи взаимодействия
конструкции с грунтовой средой при различных вариантах
моделирования этой среды, что открывает возможности
применения данного метода для расчета подземных конструкции.
В качестве иллюстрации возможностей метода МОЭ приведем
результаты расчета обделки платформенного участка станции,
выполненной по типу конструкции, показанной на рис. 2.4. Для
анализа работы станционной обделки достаточно рассмотреть
работу одной типовой секции. Однако для того чтобы выяснить
влияние краевого эффекта от торцевой стены станции, в расчетную
схему были включены две типовые секции. Граничные условия на
концевом участке одной из этих секций соответствовали
конструктивным особенностям обделки в торце станции.
Расчетная схема обделки была представлена в виде конечно-
элементной модели, состоящей из конечных элементов типа
«складка». С учетом симметрии объемной конструкции относи-
тельно продольной оси станции число таких элементов в расчетной
схеме составило 700. Каждый узел модели имеет шесть степеней
свободы (три составляющих вектора линейного смещения и три
составляющих вектора угла поворота). Торцевая балка плиты
перекрытия станции имитировалась стержнями, работающими
совместно со складчатыми элементами плиты. Для участков над
колоннами использована комбинированная расчетная модель, в
которой сочетались стержневые вставки с достаточно большой
жесткостью, пластинчатые конечные элементы и стержни,
моделирующие колонны. За счет введения жестких вставок уда-
лось учесть реальный характер сочленения колонны с плитой
перекрытия по площадке конечных размеров, а не в точке. Для
учета упругого взаимодействия обделки и окружающего грунта в
расчетную схему были введены связи конечной жесткости D.
D-klb (3.16)
где к — коэффициент упругого отпора грунта;
/ — длина грани элемента, соприкасающегося с грунтом;
Ь — ширина элемента вдоль оси станции.
187
Обделка рассчитана на основное и особое сочетание Harnv
вычисленных при заглублении станции (от верха перекрыт.
4 м (рис. 3.20). Я) «а
Расчет произведен с использованием вычислительного ко
плекса «ЛИРА», предназначенного для расчета прочное^
конструкций на ЭВМ. В результате расчета получены усилия **
каждом из 700 элементов обделки и перемещения любой точк**
конструкции. 1
На рис. 3.21 представлены эпюры изгибающих моментов Д/
действующих в обделке в плоскостях, перпендикулярных
продольной оси станции в сечениях по колоннам (рис. 3.21,а) и
в середине пролета (рис. 3.21,6), вычисленные при основном
сочетании нагрузок. Распределение по длине конструкции изги-
бающих моментов А/,, действующих в плите перекрытия в плос-
костях, параллельных продольной оси станции, показано на рис
3.22. Все эпюры М построены со стороны растягивающих
напряжений.
Анализ результатов расчета свидетельствует о том, что кон-
сольные части корытообразной плиты перекрытия, выполненной
из монолитного железобетона, существенно снижают изгибаю-
щие моменты, действующие в направлении продольной оси
станции по линии колонн. Это говорит о более эффективной
работе монолитной плиты перекрытия по сравнению с ригельной
конструкцией из сборного железобетона. В монолитном
перекрытии как в плоскости продольной оси тоннеля, так и в
Вид нагружения Нагрузка, МПа
Q1 Чз Чн-зо Pi Рз
Основное сочетание 0,8 0,95 1,0 0,34 0,7 1,0
Особое сочетание 1,7 1,8 1,9 — 0,96 1,9
Рис. 3. 20. Схема нагрузок на обделку станции
188
Рис. 3.21. Эпюры изгибающих моментов, действующих в плоскостях, перпендикуляр-
ных продольной оси станции:
1 — изд колоннами; б — в середине пролета
Рис. 3. 22. Эпюры изгибающих моментов, действующих в плоскостях, параллельных
продольной оси станции:
1 — в плоскости I — I; 2 — в плоскости II — II, 3 — в плоскости III — III
189
Рис. 3. 23. Конструктивная схема и входные параметры параметрической оптимизации
олносволчатой станции
плоскости, перпендикулярной к этой оси, доминируют моменты
одного знака. Моменты противоположного знака действуют лишь
в плоскости продольной оси тоннеля в пролете консольной части
плиты. В то же время и при сборном ригельном и при монолитном
безригельном исполнении плиты перекрытия напряженно-
деформированное состояние обделки путевых тоннелей остается
практически неизменным.
В заключение заметим, что влияние торцевых стен сказывает-
ся на напряженно-деформированном состоянии конструкции
только в пределах первого пролета.
Конструктивная схема односводчатой станции полузакрытого
способа работ, принятая для системного анализа, показана
на рис. 3.23, входные параметры задачи и пределы их значений
представлены втабл. 3.5. В качестве выходных параметров приняты:
— момент в шелыге свода обделки, кН м;
У2 — нормальная сила в пяте свода, кН;
Yj — горизонтальное смещение пяты свода, мм.
Количество преобразований, достаточное для построения
достоверной математической модели при четырех входных
параметрах: N = 24 = 16
Поскольку по условиям задачи требовалось оценить влияние
различного рода связей пят свода с опорами (шарниры и жесткое
соединение), число преобразований удвоилось. Данные по
32 вариантам конструкции, отличающиеся изменением одного
190
Выходные параметры задачи
Таблица 3.5.
В Выходной параметр Обозначе- ние Граница значения параметра
нижняя А, верхняя Д,
свода от горизонтальной оси опорного тоннеля, м Х\-Н 5.3 6.3
— Высота сечения в замке верхнего свода, м *2-h 0.3 0.7
Коэффициент бокового давления фунта 0,48 0.68
Коэффициент упругого отпора грунта, ///см3 Хл~к 40.0 200.0
входного параметра при неизменных остальных, были получены
в результате статических расчетов и исследований на моделях.
Далее задача решалась в соответствии с приведенной выше
методикой. В результате была построена математическая модель
системы и выполнена параметрическая оптимизация односводча-
той станции по указанным входным и выходным параметрам.
В качестве примера, иллюстрирующего результаты анализа, на
рис 3.24 приведена номограмма, характеризующая взаимозави-
симость входных и выходных параметров системы при изменении
подъсмистости свода (Л|) и условий опирания его на опоры
(шарнирное и жесткое) в грунтах с коэффициентом упругого
отпора к = 50 Н/см3. Эти зависимости хорошо согласуются с
результатами, полученными при моделировании работы
конструкции методом эквивалентных материалов.
Одним из направлений в совершенствовании обделки одно-
сводчатых станций является изыскание рациональных
конструктивных решений опор. Стремление к максимальной
механизации работ и отказ от демонтажа перегонных щитовых
комплексов за счет транзитной проходки тоннелей поставили в
подчиненное положение вопрос о конфигурации опорных эле-
ментов односводчатой станции, обусловив круговое очертание
опоры с радиусом, равным радиусу перегонного тоннеля. Боль-
шие размеры поперечного сечения опоры при таком решении
привели к значительному расходу монолитного бетона при
сооружении станции. Сократить расход материала, сохранив
круговое очертание опоры заданного диаметра, можно двумя
путями: либо уменьшить площадь поперечного сечеиия опоры за
счет сдвижки се внутренней вертикальной стенки, оставляя под
опору меньший по площади сегмент тоннеля, либо, сохранив
неизменным наружное очертание опоры, оставить в ней свобод-
ное пространство. При уменьшении размера опоры неизбежно
придется увеличить подъемистость свода и сократить
191
X,, X,. X, = 50
Рис. 3. 24. Взаимозависимость входных и выходных параметров олиосволчатой
станции при изменении полз>смистости свода:
___— при свободном опирании свода на опоры;--------при жестком соединении
свода с опорами
протяженность поверхности контакта опоры с грунтом. Первое
приведет к большему заглублению станции, а второе
неблагоприятно скажется на устойчивости опоры, особенно в
относительно слабых грунтах. В случае же устройства пустотелых
опор сохраняется оптимальнее очертание конструкции и в то же
время появляется дополнительное пространство — полости в
опорах, которые можно использовать для размещения кабельного
коллектора. Это сократит общую ширину станции и величину
сдвижки щитов при выходе их с оси опорных тоннелей. Полости
в опорах целесообразно использоватьи для устройства эффектив-
ной вентиляции, осуществляя вытяжку воздуха на уровне ходовой
части подвижного состава, где происходит интенсивное тепловы-
деление и запыленность тоннельного воздуха.
Однако наличие полости существенно изменит напряженное
состояние монолитной бетонной опоры. При определенной форме
и размерах полости в бетоне могут возникнуть растягивающие
напряжения, а это уже потребует армирования определенных
участков опоры, что приведет к дополнительному расходу
материалов и трудовым затратам.
Изложенные соображения послужили поводом к проведению
расчетно-теоретического анализа напряженно-деформированного
192
рстояния монолитной бетонной опоры односводчатой станции,
се/)абденной вырезом заданной конфигурации. Анализ проведен
° постановке плоской задачи с помощью математической модели,
встроен ной по методу конечных элементов.
Конструктивная схема опоры и исходные данные, принятые
расчете, показаны на рис. 3.25. Расчет произведен на особое
сочетание нагрузок в диапазоне заглубления станции 1-3 м от
щелыги свода.
Сила Nдействует на опорную площадку под углом 4О‘< а <45‘.
Этот диапазон соответствует тем пределам ограничения стрелы
подъема свода, которые были установлены ранее при
параметрической оптимизации односводчатой станции.
В качестве основных элементов расчетной схемы приняты 70
прямоугольных и треугольных конечных элементов (рис. 3.26).
1980__________| 700 1000
250
Рис. 3. 25. Сечение полой опоры односводчатой станцнн
193
Ене. 3. 26. Расчетная схема полой опоры олпосволчатой станции по методу МКЭ
(цифрами в кружках обмиачеи номер элемента)
Для учета упругого взаимодействия опоры с грунтом в расчетную
схему введены связи конечной жесткости, определяемые по
формуле (3.16).
Усилия в элементах опоры, полученные в результате расчета
при Ni = 2200 кН, TV2 = 1470 кН, а — 40'и к = 100 Н/см3, приведены
на рис. 3.27 и 3.28.
194
z
Рис. 3. 27. Распределение напряжений в бетоне полой опоры в сечениях, параллельных
горизонтальной оси:
____— вдоль оси г,-------— вдоль оси х
Полученные данные свидетельствуют о том, что в диапазоне
реальных глубин заложения станции усилия, возникающие в
опоре, сравнительно невелики даже при расчете на особое соче-
тание нагрузок. Это гарантирует достаточную несущую способ-
ность ослабленной полостью опоры. При исходных геометрических
характеристиках элементов обделки в бетоне полых опор
195
z
Рис. 3. 28. Распределение напряжений в бетоне полой опоры в сечениях, параллельных
вертикальной оси:
___ — ВДОЛЬ ОСИ С-------— вдоль ОСИ X
преобладают сжимающие напряжения, значения которых зна-
чительно ниже расчетных характеристик бетона класса В20.
Растягивающие напряжения практически отсутствуют. Значения
их на отдельных участках вертикальной стены опоры нс превосходят
0,3 МПа. С уменьшением стрелы подъема свода станции увели-
чиваются сжимающие напряжения в тех областях сечения полой
опоры, которые расположены ближе к зоне ес контакта с грунтом,
196
также зона растягивающих напряжений и стене опоры с возрас-
^нием их значений до 0,5 МПа. При сохранении входных
параметров системы в пределах заданных граничных значений
размеры полости в бетонной опоре односводчатой станции могут
быть увеличены на 15-20%.
3.4. ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА
КОНСТРУКЦИИ ИЗ АРМИРОВАННОГО ГРУНТА
Предлагаемая авторами новая технология сооружения стан-
ций исключает применение такого малопроизводительного
процесса, каким является традиционное свайное крепление кот-
юванов. Благодаря небольшой высоте подлежащего креплению
откоса котлована можно рекомендовать для этой цели весьма
эффективное средство — армирование грунта.
3.4.1. Область применения конструкций из армированного
грунта
Армирование грунта — сравнительно новый способ укрепления
слабых малосвязных грунтов, нашедший вместе с тем уже широкое
распространение в ряде стран, в основном на объектах
транспортного строительства. В зависимости от конструктивных
особенностей сооружения армированный грунт создают
различными технологическими приемами.
Так, при отсыпке высоких насыпей или при устройстве
грунтовых подпорных стен в послойно отсыпаемом грунте
горизонтально размещают металлические полосы, способные
выдержать значительные усилия. Вид арматуры может быть
разным (полоски, проволока, сетки и т.п ), а материал — от
металла и пластмасс до синтетических тканей. На наружной
поверхности армогрунтовой конструкции устраивают тонкую
облицовочную оболочку из плит сборного железобетона, моно-
литного бетона или набрызгбетона.
Для армирования крутых склонов естественных массивов или
откосов котлованов в грунт вводят стержни из арматурной стали
или других материалов. Армированная таким способом часть
массива малосвяэного грунта образует квазимонолитный блок —
стенку, которая способна выдерживать нагрузки нс только от
собственной массы, но и от внешних нагрузок и даже динамичес-
ких воздействий. Кроме стержней в рассматриваемой конструкции
так же, как и в армогрунте, имеется внешняя облицовка из
набрызгбетона, нанесенного по металлической или синтетичес-
кой сетке. Такая облицовка предназначена для защиты поверхности
откоса от эрозии и местных вывалов грунта, находящегося между
армирующими элементами. Создаваемую указанным методом
крепь в дальнейшем будем называть стержневой крепью.
Работы по устройству стержневой крепи котлованов выполня-
ла
Рис. 3. 20.I (ослелояжгельиоеть пыпоэнсння работ по такрсп тению котлонаиа стержне
вой крепью (этапы I IV):
I контур котлована: 2 набрызгбегон; 3 отмостка: 4 - армирующим сгержень
5 — дно котлована
ют в следующем порядке (рис. 3.29). По мерс послойной выемки
грунта слоями по 0,8-1,5 м в массив забивают или вдавливают
арматурные стержни диаметром 18-28 мм с шагом \Н. В более
плотных грунтах стержни вдавливают в ранее пробуренные сква-
жины меньшего, чем сечение стержней, размера. Стержни могут
быть установлены и в скважины большего диаметра, но
предварительно заполненные цементным раствором. Длина стерж-
ней обычно составляет £-(0,5-0,6)//, где Н — глубина котлована.
На выступающие концы стержней навешивают стальную сетку и
наносят слой торкрет- или набрызгбетена толщиной 50-100 мм.
Область применения стержневой крепи котлована
ограничивается грунтами, которые в естественном состоянии
обеспечивают устойчивость вертикального откоса высотой, равной
расчетному шагу стержней по вертикали (0,5-0,8 м). При разработке
каждого последующего слоя грунта откос такой высоты должен
сохранять устойчивость в течение суммарного времени, необхо-
димого на установку стержней, навешивание сетки и нанесение
набрызгбетона. Соблюдение этих условий должно быть выявлено
на первых двух заходках и служить критерием целесообразности
продолжения работ.
Малоэффективно стержневое крепление в мягких пластичных
глинах, поскольку из-за незначительного внутреннего трения и
сцепления со стержнем таких грунтов потребуется высокая плот-
ность размещения стержней и их значительная длина.
Первый ряд стержней следует располагать не ниже 0,3-0,5 М
от выровненной и замощенной поверхности земли. В последую'
щих рядах стержни устанавливают в шахматном порядке. Основ-
ные параметры стержневой крепи при заданных свойствах грунта,
конечной глубине котлована и нагрузках на его борту — длина
арматурных стержней, их диаметр и шаг установки — определяются
расчетами.
В настоящее время техническая целесообразность и эконо-
198
ческая эффективность применения стержневой крепи при
Иройствс котлованов с крутыми откосами глубиной 5-7 м не
ьиывает сомнений. Подтверждение тому — опытно-
^кспериментальныс работы на участках метрополитенов в
Новосибирске, Самаре и Санкт-Петербурге.
Оборудование для производства работ имеет сравнительно
небольшие габариты; оно мобильно и бесшумно, что является
большим преимуществом в условиях города, где шум и вибрация
вызывают серьезные проблемы. Новая технология позволяет
легко приспосабливаться к изменяющимся по глубине грунтовым
условиям, нс заменяя оборудования и не нарушая схему
организации работ. Усиление или ослабление крепи производят
только корректировкой степени плотности установки стержней,
их диаметра и длины, а также толщины набрызгбетонного
покрытия.
За счет того что армирование грунта производится
непосредственно вслед за обнажением плоскостей откоса, значи-
тельно сокращаются подвижки грунта и смещения земной
поверхности вблизи котлована. Это особенно важно в условиях
плотной городской застройки.
Предварительные расчеты показывают, что в сравнении со
свайным распорным креплением стержневая крепь дает экономи-
ческий эффект 30-40 %, вдвое превышая производительность
труда.
Область применения стержневой крепи при строительстве
метрополитена мелкого заложения нс следует ограничивать ис-
пользованием се только для крепления откосов котлованов. Как
показали наши исследования, о которых речь пойдет ниже,
армированный стержнями грунт может быть успешно применен
для закрепления кровли большепролетных выработок, сооружаемых
закрытым способом в слабых грунтах вблизи земной поверхности.
Пример такого решения приведен при описании сооружения
односводчатой станции закрытым способом (см. рис. 2.10,в). С
помощью стержневой крепи обеспечивается и устойчивость лба
забоя в калоттс такой выработки Армирующие стержни вдавлива-
ют по всей площади калотты. В процессе проходки они служат
подвижной крепью, которую последовательно «проталкивают» в
забой по мере разработки грунта и тем самым постоянно удерживают
забой от внезапного обрушения. Продвигающаяся на длину заход-
ки 13 вместе с забоем крепь из арматурных стержней длиной L
может применяться и при проходке штолен в слабых малосвязных
грунтах (рис. 3.30).
Об эффективности стержневого крепления свидетельствует и
зарубежный опыт [37J.
Армированный грунт уже более 20 лет в большом объеме
применяется для крепления выемок и откосов на строительных
объектах Франции, Германии, США и Канады. К настоящему
времени имеется достаточно большое количество примеров ус-
пешного применения этого эффективного крепления в широком
199
Ене. 3. 30. Последовательность работ при прохолке штольни в неустойчивых груиГах
с креплением лба <абоя стержневой крепью:
I — лоб забоя, 2 — армирующие стержни
диапазоне грунтовых условии при разнообразии технических
решений.
Еще в 1972 г. во Франции начали работу по закреплению
откоса протяженной выемки при ее расширении для устройства
дополнительных путей железной дороги вблизи Версаля
(рис. 3.31). Выемка глубиной до 12 м расположена в
слабо цементирован ном песчанике. Поверхность обшей площадью
12000 м2 была закреплена при помощи 25000 стальных стержней,
установленных на цементном растворе в предварительно
пробуренные скважины длиной доб м. С этого момента стержневая
крепь при производстве земляных работ приобретает в стране все
большую популярность. Уже в 1974 г. при земляных работах на
строительстве станции метро у Дворца инвалщюветальн ые стержни
были забиты непосредственно в слабый грунт без предварительного
бурения и цементации. Развивалась и технология стержневого
Вис. 3. 31. Стержневая крепь в откосе выемкк при расширении полотна железнодо-
рожной линии (Франция, 1972 г.):
1 — профиль выемки до реконструкции; 2 — проектный профиль; 3 — армирующие
стержни с L = 4 м, 4 — подпорная стенка, 5 — набрызгбетокное покрытие; 6 "
армирующие стержни с L ~ 6 м
200
крепления: в 1984 г. был разработан способ размещения стержней
путем их забивания в грунт с одновременным цементированием
под высоким давлением.
Одновременно с ростом популярности новой технологии
Крепления и расширения объемов работ проводились фундамен-
тальные научные исследования, позволившие разработать
рекомендации по проектированию армогрунтовых конструкций
(38, 39). Начиная с середины 80-х годов во Франции ежегодно
выполнялось более 50 проектов строительных работ,
предусматривающих использование стержневой крепи при
устройстве выемок, разработке котлованов, а также различного
рода ремонтных работах (восстановление обрушившихся откосов,
подпорных стен и т.п.). Общий ежегодный объем работ превышал
20000 м2 закрепленной поверхности.
Внедрение конструкций из армогрунта в Германии начали в
1975 г. с крупномасштабных полевых испытаний, проводимых в
течение четырех лет. Параллельно были выполнены модельные
испытания и расчетно-теоретические исследования работы
армогрунта.
Значительный объем строительства с применением конструкций
из армированного грунта выполнен в США и Канаде.
Опыт применения конструкций из армированного грунта в
нашей стране ограничивается пока что единичными случаями [6,
9, 22]. Это объясняется причинами самого разного характера: от
неподходящих грунтовых условий на объектах строительства до
недостатка знаний и умения. В известной степени это можно
объяснить и отсутствием должной информации в технической
литературе, которая освещала бы опыт применения армогрунта
зарубежными фирмами. Но, прежде всего, внедрение способа
крепления котлованов посредством создания армогрунтового
ограждения сдерживается отсутствием научно обоснованных
рекомендаций по применению таких конструкций.
Стержневая крепь — новый тип крепи, требующий специаль-
ной технологии и соответствующих приемов и правил выполне-
ния работ. Для создания армогрунтовых конструкций инженерно-
технические работники должны иметь специальные знания об
особенностях статической работы такой крепи и тонкостях техно-
логии ее устройства. Кроме того, применяя довольно простую, на
первый взгляд, конструкцию, нужно располагать подробной
информацией о свойствах закрепляемых грунтов и быть достаточ-
но осведомленными в вопросах оценки устойчивости массива
слабых грунтов.
Тщательный квалифицированный осмотр закрепленного
стержневой крепью участка массива после каждой заходки, фик-
сация всех параметров, характеризующих конструктивные осо-
бенности крепи, и результаты анализа ее состояния перед после-
дующими заходками позволяют оценить применимость
армогрунтовой конструкции и служат исходными данными для
своевременного введения необходимых коррективов.
201
R действующих нормативных документах, ориентированных
мл общепринятые, широко распространенные методы земляных
оабот вопросы проектирования стержневой крепи не нащЛи
отражения Поэтому так необходимы широкомасштабные
отраженаi „ и теоре.Тцческис исследования.
экс р’анном этале в основу проектных решении могут быть
положены рекомендации по определению основных параметров
коепи разработанные автором на основе
СТе^ментальных исследований на моделях и апробированные
наХоителХ;^с об^ктах Санкт-Петербургского, Самарского и
Новосибирского метрополитенов.
3.4.2. Исследование напряженно-деформированного
состояния конструкций из армогрунта на моделях
Внедрение в широких масштабах на строительстве
метрополитенов мелкого заложения конструкций из армированного
грунта требует разработки научно обоснованных рекомендаций,
позволяющих установить их рациональные типы и область
применения.
С целью изучения степени влияния стержней на устойчивость
массива проведены лабораторные исследования на моделях из
эквивалентных материалов. Основу их составлял лоток с
прозрачными стенками, заполненный кварцевым песком
(рис. 3.32). В зависимости от цели эксперимента в соответствии
с требованиями теории подобия в песок добавляли различные
компоненты, изменяющие основные характеристики массива
Рис. 3. 32. Стенд для исследования устойчивости откоса котлована, закрсплсниого
стержневой крспью:
1 — деформационные марочки; 2 — армирующие стержни; 3 — индикаторы
часового типа; 4 — стекяянмая стенка
202
/модуль деформации, угол внутреннего трения). Удельное сцеп-
ление ввиду малого масштаба моделирования принимали равным
НУЛЮ.
Для оценки степени влияния стержневой крепи на устойчи-
вость откоса котлована процесс его разработки и крепления
имитировали в модели путем послойной выемки грунта из лотка,
внедрения проволочных стержней определенного диаметра и
длины и нанесения покрытия из лака в аэрозольной упаковке.
Покрытие наносилитончайшим слоем, исключающим образование
пленки, но обеспечивающим склеивание песчинок между собой.
На боковой стенке модели устанавливали марочки для получения
данных о смешениях в грунте методом фотофиксации. За
перемещением поверхности откоса и прилегающего к нему мас-
сива следили по индикаторам часового типа.
Эксперименты проводились на основе многофакторного ана-
лиза. В частности, был использован метол комбинационных
(латинских) квадратов. В каждой! модели искомые параметры
моделируемого объекта изменялись в строгом порядке при задан-
ных граничных условиях. Интервалы изменения численных зна-
чений этих параметров назначались с учетом технической
целесообразности и экономической эффективности применения
стержневой крепи (длина армирующих стержней 3-8 м, шаг
установки 0,3x0,3-15x1,5 м; глубин;! котлована 4-14 м).
Фиксировали также максимальную высоту незакрепленного (//0)
и закрепленного (//) вертикальных откосов, при которой
происходило обрушение.
Результаты экспериментов показали, что наличие в откосе
котлована армирующих стержней существенно увеличивает его
устойчивость. Так, при установке стержней длиной L = 0,3// с
шагом Д// = 0,1// критическая высота вертикального откоса
составляет в среднем Н = 1,3 //().
С увеличением длины стержней до L = 0,45// при прочих
равных условиях моделирования и сохранения шага их установки
критическая высота откоса достигает значения И = (1,8 + 2,0)//о.
Однако устойчивость закрепленного откоса возрастает с увеличе-
нием длины армирующих стержней только до определенного
предела L — (0,6 -г 0,7)//. Эффект армирования не действует также
при увеличении шага стержней более чем на Д// = 0,15 Н.
Нецелесообразно принимать шаг менее 0,04//, поскольку в
этом случае закрепленный откос будет устойчив при любой
реально допустимой нагрузке на борту котлована.
Откос, закрепленный стержнями при L = 0,3Н и Д//= 0,1 Н,
способен воспринять втрое большую нагрузку на борту котлована,
чем незакрепленный. Однако от места приложения нагрузки
существенно зависит характер смещений откоса. Если нагрузка
расположена за пределами его зоны, укрепленной стержнями
(рис. З.ЗЗ.а), то по мере се возрастания сдвигается весь укрепленный
массив как единое целое и (как свидетельствуют линии
перемещений плоскости откоса) это происходит с поворотом
203
Рис. 3.33. Смещение откоса котлована, закрепленного стержневой крепью, пои
различном положении нагрузки интенсивностью q (в % от разрушающей):
а — нагрузка за пределами укрепленной зоны; б — нагрузка на укрепленном
массиве;
1 - 25%; 2 - 50%; 3 - 87%
плоскости откоса относительно нижней точки котлована. При
расположении нагрузки непосредственно на укрепленном масси-
ве (рис. 3.33,6) линии перемещений указывают на выпучивание
откоса в сторону котлована. На основании этого можно сделать
вывод, что армированный стержнями естественный массив грунта
образует квазимоноямтный блок из композитного материала,
который способен выдерживать возрастающую по мере заглубле-
ния котлована нагрузку не только от собственной массы, но и от
внешних воздействий на его борту'.
При строительстве станций по новой технологии устойчи-
вость откосов котлована, разработанного между двумя путевыми
тоннелями (которые расположены в его основании), будет обес-
печена лишь в том случае, если будут сведены к минимуму
деформации обделки этих тоннелей и исключена возможность их
смещения в сторону оси станции. Даже незначительные подвиж-
ки в основании откоса, верхняя часть которого закреплена
стержневой крепью, неизбежно приведут к обрушению грунта.
Стабилизировать деформации обделки путевого тоннеля по
мерс заглубления котлована нс сложно, если установить внутри
тоннеля систему временного подкрепления. Труднее предотвратить
смешение тоннелей в сторону оси станции. Для этого необходимо
создать надежную |>аспорную систему между обделками тонне-
лей, например в виде ряда расстрелов. Однако этот сам по себе
малопроизводительный процесс приведет к загромождению и без
того узкого фронта работ в нижней части котлована: расстрелы
затруднят выполнение строительно-монтажных работ. Радикаль-
ным решением в этом случае является использование специаль-
ной передвижном распорно-рамной конструкции (см. рис. 2.3). но
это связано со значительными финансовыми затратами.
В определенных условиях снизить деформации обделки тон-
неля. расположенного в основании откоса котлована в слабых
грунтах и предотвратить смещение обделки можно, по нашем)
204
мнению, используя заобделочную армогрунтовую конструкцию,
для этого армирующий стержень можно ввести через обделку
-тоннеля в радиальном к ней направлении и жестко закрепить на
поверхности обделки. Таким способом создается система
стержневой крепи котлована, включающая в верхней его части
горизонтальные стержни с облицовкой из набрызгбетона, а в
нижней — радиально расположенные стержни с облицовкой,
которой являются элементы обделки тоннеля.
Эффективность работы такой системы крепления также была
проверена на моделях из эквивалентных материалов. В задачу
исследований входило определение перемещений и деформаций
в обделке путевых тоннелей в процессе разработки котлована,
закрепляемого стержневой крепью в различных грунтовых усло-
виях, а также установление степени влияния на устойчивость
обделки заобделочной армогрунтовой конструкции. Эксперименты
проводили на трех сериях моделей, выполненных в масштабе 1:35
(рис. 3.34).
В экспериментах первой серии свойства эквивалентного грунту
материала соответствовали крайне неблагоприятным натурным
условиям, для чего был использован просушенный мелкозернистый
кварцевый песок. Во второй серии экспериментов повторялись
условия моделирования, принятые в первой, но стержневую
крепь устраивали также и за обделкой тоннеля. В экспериментах
третьей серии моделировали работу обделки в относительно
благоприятных натурных условиях (сухие суглинки и глины), для
чего использовали смесь кварцевого песка, технического вазелина
и молотой слюды.
Армирующие стержни для крепления откоса котлована вы-
полняли из проволоки диаметром 0,9 мм (32 мм в натуре) и длиной
80 мм (2,8 м в натуре). Стержни устанавливали в процессе
разработки котлована в шахматном порядке с шагом 30x30 мм
(1x1 м в натуре). Стержневую крепь за обделку вводили из
тоннеля в радиальном направлении. Стержни длиной, равной
половине диаметра тоннеля, располагали с шагом 60 мм (2 м в
натуре) по периметру обделки и 30 мм (1 м в натуре) по длине
тоннеля. Такая расстановка армирующих стержней принята в
соответствии с возможностью их расположения в тюбингах желе-
зобетонной обделки через отверстия для нагнетания. Концы
стержней жестко закрепляли на внутренней поверхности модели
обделки.
Модель обделки б!лла изготовлена из полихлорвиниловых
труб, обработанных на токарном станке и нарезанных на кольца
шириной 30 мм. Толщину колец определяли исходя из условий
подобия жесткости конструкций в модели и в натуре. С учетом
заданного модуля упругости материала модели и масштаба
моделирования для модели типовой железобетонной тюбинговой
обделки толщина составила 2,7 мм. Конструкция колец позволяла
205
в соответствии с технологией работ по сооружению станции
произвести в модели демонтаж части обделки путевых тоннелей
Все эксперименты проводились в соответствии с
вышеприведенными методами построения моделей и способами
регистрации перемещении Порядок проведения эксперимента
установлен исходя из поставленной задачи исследований. Внача-
ле на заданной глубине в массиве из эквивалентного материала
вели проходку путевого тоннеля и устанавливали обделку с
временным подкреплением (см. рис. 3.34). Затем приступали к
разработке котлована с послойной выемкой материала ц
устройством стержневой крепи откоса до уровня шелыги свода
путевого тоннеля. Когда дно котлована достигало уровня лотко-
вой плиты станции, снимали элементы временного заполнения
обделки путевого тоннеля. Если к этому времени не происходило
смешений обделки, приводящих к обрушению откоса котлована,
то на его борту создавали пригруй в виде равномерно
распределенной нагрузки. Нагрузку увеличивали ступенями, на-
чиная с 0,42 кПа (0,15 М Па в натуре), доводя модель до разрушения.
В результате проведенных исследований был получен и
проанализирован достаточно большой объем информации об
устойчивости откоса котлована, в основании которого расположен
путевой тоннель станции. Наиболее показательны в этом отноше-
нии графики, представленные на рис. 3.35. Они характеризуют
Нис. 3. 34. Стенд для исследования устойчивости обделки путевого тоннеля станции
в процессе разработки котлована (этапы I - IV):
1 — индикаторы часового типа; 2 — деформационные марочки; 3 — пригруз; 4 —
стержневая крепь мляпвана; 5 — то же обделки тоннеля; 6 — распорное устройство;
7 — элементы временного заполнения
206
2 4 6 8 10 12 0,05 0,1 0,15 0,2
h, м| q, МПа
Рис. 3. 35. Смещение шелыги свода путевого тоннеля станции в процессе разработки
котлована:
1 — сыпучие грунты. 2 — то же при армировании; 3 — связные грунты; Л — глубина
разработки котлована; q — пригруз на борту котлована
изменение величины горизонтального смешения шелыги свода
обделки тоннеля по мерс углубления котлована и дальнейшего
приложения нагрузки на его борту. Значения всех величин,
приведенных на графиках, даны в пересчете на натуру.
Прежде всего отметим существенное влияние заобделочного
армирования грунта на характер и величину смешений обделки
путевого тоннеля. Так, в сыпучих грунтах (рис. 3.35, кривая / )
смещения и деформации обделки проявляются уже на первых
стадиях разработки котлована и резко возрастают, достигая 50 мм
при углублении котлована до уровня горизонтального диаметра
тоннеля. В таком же грунте, но при армировании его стержнями,
введенными из тоннеля (рис. 3.35, кривая 2 ), перемещения и
деформации обделки начинают проявляться только после того,
какдно котлована достигнет уровня верха конструкции. Когда же
дно котлована доходит до уровня горизонтального диаметра
тоннеля, перемещения обделки нс превышают 40% значений,
замеренных при отсутствии стержневой крепи за обделкой.
Из графиков, приведенных на рис. 3.35, видно также, что
максимальные горизонтальные смещения шелыги свода, нс
207
закрепленной стержнями обделки, к моменту полной разработки
котлована достигли 150 мм. Анализ полных смешений всех
фиксируемых точек обделки, полученных при испытании первой
серии моделей, выявил также значительные деформации ее контура
и существенное смешение обделки в целом с одновременным
наклоном се вертикальной оси в сторону котлована. Незначитель-
ная по величине (0,015 МПа) нагрузка на борту котлована привела
к прогрессирующему развитию этого процесса, в результате чего
обделка была опрокинута сползающим грунтом откоса котлована
Иная картина отмечена в моделях, где за обделкой была
расположена стержневая крепь. Смешения шелыги свода в этом
случае сократились втрое, а приложенная на борту котлована
нагрузка практически нс вызвала ни дополнительных смещений
обделки, ни деформаций се контура. При возрастании пригруза до
0,044 МПа произошло обрушение только верхней части откоса
котлована.
Анализ результатов третьей серии экспериментов, проведенных
для относительно благоприятных грунтовых условий (кривая 3),
дает основание полагать, что устройство стержневой крепи в
откосе котлована и за обделкой тоннеля позволяет избежать
значительных деформаций и смешений обделки. При строительстве
станции втаких грунтовых условиях можно отказаться от устройства
специальных распорных систем. Созданная в связных грунтах
армогрунтовая конструкция в откосе котлована и по периметру
обделки лежащего в его основании тоннеля не только существен-
но ограничивает деформации обделки и практически исключает
еесмешение, но также способна воспринять значительные нагрузки
на борту котлована.
Опенку влияния армирующих стержней на устойчивость кровли
и лба забоя большепролетных выработок проводили на моделях в
масштабе 1:40. В соответствии с этим масштабом был принят
пролет выработки /= 0,4 м и толщина кровли h — 0,08 м. Модель
массива слабых грунтов, расположенная в стенде шириной
В = 0,3 м, состояла из смеси кварцевого песка, технического
вазелина и молотой слюды. В процессе проходки выработки
фиксировали перемешения массива по марочкам, заложенным в
грунт при закатке. Осадки поверхности измеряли индикаторами
часового тина, установленными в среднем сечении лотка.
Первоначально была сделана попытка пройти выработку без
крепи. С первых же заходок были отмечены смещения кровли.
Когда выработка была пройдена на длину L = 3/4 В, смещения
достигли 5 мм и, быстро развиваясь, привели к обрушению свода
до завершения проходки.
Следующая модель была выполнена в соответствии с техноло-
гией, предусматривающей устройство стержневой К]>епи кровли
и лба забоя. До начала проходки с поверхности грунта полосой,
равной пролету выработки, с шагом 1,5> 1,5 м вертикально
вдавливались проволочные стержни так, чтобы их концы выходи-
208
ли за пределы проектного очертания будущей выработки. В
ториевую поверхность калотты по всей площади забоя вдавливали
горизонтальные стержни. Затем приступали к проходке. По мерс
обнажения концов стержней на свод наносили тончайший слой
лака в аэрозольной упаковке. Грунт в забое осыпался по мерс
последовательного продавливания каждого из горизонтальных
стержней на очередную заходку. Перемещения поверхности были
обнаружены, когда длина выработки L превысила 1/2 В, и
составили лишь 0,08 мм. По завершении проходки перемещения
поверхности в среднем сечении выработки (точка А) достигли
7,8 мм. На следующих стадиях эксперимента производили поэ-
тапное нагружение модели вплоть до обрушения кровли. Некоторые
результаты моделирования приведены на рис. 3.36. Отмеченный
характер смещений кровли выработки, закрепленной стержневой
крепью, и развития осадок поверхности в процессе проходки
свидетельствует о том, что армирование кровли вертикальными
стержнями способствует формированию самонесущего свода,
способного воспринимать нагрузки нс только от собственной
массы, но и дополнительные усилия от нагрузок, приложенных к
поверхности грунта. Создание передвижной крепи из
горизонтальных стержней в забое полностью исключает обрушение
грунта независимо от пролета и высоты выработки.
Рис. 3. 36. Смещение кровли при прохолке большепролетной
выработки по результатам молелированна:
I — без крепления, 2 — со стержневой крепью кровли и лба
забоя
209
3.4.3. Расчет конструкций из армогрунта*
Важнейшим этапом в решении вопроса о внедрении
конструкций из. армированного грунта в практику подземного
строительства является разработка метода расчета стержневой
крепи, который позволил бы установить параметры, определяющие
степень армирования массива в зависимости от условий
применения таких конструкций.
Экспериментальные исследования работы стержневой крепи
на моделях показали, что внедрение стержней в стену котлована
приводит к формированию самонесущей грунтостальной
конструкции, обеспечивающей не только устойчивость откоса
котлована, но и способной воспринять нагрузки на поверхности
армированного массива. Результаты этих исследований позволи-
ли установить эмпирическую зависимость для определения ос-
новных параметров стержневой крепи котлованов, разрабаты-
ваемых в малоевлзных грунтах:
195
Р =-----92.25Н - 45(6.3 - L)2 +0.6(20- а)2 + 1150 (3.17)
ab
где Р — нагрузка на борту котлована, кН/м;
Н — глубина котлована, м;
L — длина армирующих стержней, м,
а — угол наклона откоса котлована, град.;
а и b — расстояние между стержнями по высоте откоса и
вдоль котлована соответственно, м.
Приведенная эмпирическая зависимость хотя и позволяет в
первом приближении назначить параметры крепи, но не открывает
возможности теоретической интерпретации явления, а поэтому
нс может служить научно обоснованным решением вопроса о
параметрах армогрунтовых конструкций при их проектировании.
Накопленный опыт внедрения нового вида крепи способство-
вал появлению различных предложений по расчету се основных
параметров. Большинство методов, с помощью которых дается
теоретическая интерпретация характера взаимодействия грунтового
массива с армирующими стержнями, основано на традиционном
для механики грунтов представлении о грунте как о сплошной
среде. В связи с этим разработаны две модели, одна из которых
базируется на теории упругости, а другая — на теории предельного
равновесия.
‘ Раздел написав совместно с к.т.н, И нанес ТВ
210
У
Рис. 3.37. Схема к расчету стержневой крепи в предположении
совместимости деформаций армирующего стержня и упругого
массива
Решение задачи с использован ием основных положений теории
упругости изложено в работе |9]. Предлагается рассматривать
элемент армированного грунта на глубине //какединую систему
из стержня и связанной с ним на контакте силами сцепления и
трения упругой среды, заключенной в объеме параллелепипеда
(рис. 3.37) размером а х b х L, где а и b — расстояние между
стержнями по горизонтали и по вертикали соответственно, L —
длина стержня. По аналогии с работой арматуры в бетонном блоке
рассматривается и характер взаимодействия грунта с армирующим
стержнем. Из условия совместности перемещений стержня и
грунта по всему сечению блока получено выражение для
определения воздействия армирующего стержня на грунтовый
массив;
/j (уН + q)ab
1-р E,ab/Eofo
(3.18)
где ц — коэффициент Пуассона для грунта;
у — плотность грунта;
q — распределенная нагрузка на поверхности;
Е, и Еа — модули деформации грунта и армирующего
стержня соответственно.
Увеличение глубины котлована или нагрузки на его борта
приводит к возрастанию усилия Q и может привести к разрыву
армирующего стержня или нарушить сцепление его с грунтом.
211
Отсюда предельные условия работы стенки из армированног
грунта имеют вид: го
Q±Qnp
Г Rp лт*
10,5 т1а d т2
(3.19)
где Q„p — предельно возможные усилия в армирующем
стержне;
Rp — расчетное сопротивление материала стержня,
га , 1а — радиус и длина армирующего стержня соответ-
ственно;
г — сцепление армирующего стержня с грунтом,
/м,, т2 — коэффициенты условия работы и однородности
грунта соответственно.
Граничные значения сетки армирования массива а (по
горизонтали) и b (по вертикали) определяются из выражения
(3.18), куда значение Q подставляется по одному из условий (3.19).
Длину армирующего стержня находят из условия обеспечения
устойчивости армированного массива на сдвиг и опрокидывание
под действием массы грунта и внешних нагрузок, находящихся за
пределами армогрунтового массива.
Исходная предпосылка о совместности перемещений стержня
и грунта, положенная в основу метода расчета, ограничивает и
область его применения. Очевидно, принятая схема может быть
правомерна только при расчете крепи в достаточно прочных
связных грунтах.
Болес тонким инструментом для анализа устойчивости
армогрунтового массива в таких условиях следует считать метод
конечных элементов 123]. Его можно применять с использовани-
ем двух различных моделей: дискретной, когда грунт и арматура
изображаются в виде различных плоских и линейных конечных
элементов, обладающих свойствами грунта и арматуры, и компо-
зитной, когда армированный грунт разбивается на элементы,
включающие в себя грунт и арматуру и наделяемые композитны-
ми свойствами с учетом свойств грунта, арматуры и контактов
между ними.
Дискретная модель дает возможность получить более точные
решения, так как позволяет учесть взаимодействие с грунтом
каждого отдельного армирующего стержня, однако построение
модели связано с созданием чрезвычайно мелкой сети элементов.
Композитный метод рассматривает арматуру не как набор
конкретных стержней, а как сплошную среду с определенными
свойствами, пронизывающую грунт. Композитные модели метода
конечных элементов, получившие преимущественное развитие
при исследовании железобетонных конструкций, нашли
применение и в решении задач о распределении напряжений в
армированном грунте. И все же методы расчета армированного
212
грунта, базирующиеся на решении задач с применением теории
упругости, по нашему мнению, с весьма небольшой степенью
приближения могут описать процессы, происходящие в массиве
слабых малосвязных грунтов.
Указанные методы расчета встречают следующие возражения,
вызванные в основном применением к грунтам теории упругости:
грунт не является упругим телом;
зависимость между напряжениями и деформациями в грунте
не является линейной;
для большинства грунтовдаже при малых напряжениях возни-
кает связь только в области сжимающих напряжений. Особенно
это справедливо для грунтов, нс способных воспринимать
растягивающие напряжения (слабых, малосвязных, сыпучих);
напластования грунта не являются однородными и
изотропными;
за уравнениями механики сплошной среды исчезает главное
свойство грунтов — их структура.
В этих условиях более приемлемы расчетные методы,
разработанные с использованием основных положений теории
предельно напряженной грунтовой среды (Кулона, Рснкина и
др.).
Наибольший интерес для анализа работы армогрунта, созда-
ваемого введением стержней в огкос котлована, представляет
методика, изложенная в работе |39|.
В основу расчета положено предположение, что из-за наличия
сил трения между грунтом и арматурой грунт передает часть
усилий наарматуру, которые она воспринимает как растягивающие
напряжения и как бы придает грунту (в направлении армирующих
стержней) дополнительные силы сцепления. Растягивающие уси-
лия в арматуре распреде-
ляются в соответствии с
расчетной схемой, приве-
денной на рис. 3.38. Каса-
тельные напряжения, раз-
вивающиеся в грунте на
поверхности арматуры:
г =<\Т/<М
где Т — растягивающее
усилие в арма-
туре;
/ — абсцисса по
длине арматуры.
Таким образом, можно
выделить в массиве две
зоны. Первая расположена
вблизи наружной стороны,
Рис. 3. 38. Схема распределения напряжений а
армогрунтовом массиве и предельная длина сцеп-
ления (по Шлоссеру)
213
где тангенциальная компонента напряжений направлена к это"
плоскости и грунт стремится выдернуть арматуру. Вторая зон*1
находится там, где тангенциальная компонента напряжений
направлена в обратную сторону и грунт стремится разгрузИть
арматуру, нс допуская ее выдергивания. Граница между этими
зонами представляет собой линию действия максимальных
растягивающих усилий.
Расчет предельной длины сцепления основан на следующих
предпосылках: трение между грунтом и арматурой постоянно и
равно (коэффициент трения); напряжение, нормальное к слою
арматуры, является основным.
Следовательно, при растягивающем усилии Т = КауН&Нь
предельная длина сцепления /о зависит от высоты, а следователь-
но и от числа арматурных элементов на единицу длины п [здесь
Ка = 1ё(45° — у>/2) — коэффициент бокового давления грунта
(<р — угол внутреннего трения)] и равна la = Ка ЬН / 2f п.
В первом приближении число п пропорционально расстоянию
от рассматриваемого ряда арматуры до вершины стены.
Минимальная ширина грунтостальной стенки требует
определения точного значения клина активного давления, так как
минимально допустимая длина арматуры состоит из суммы
предельной длины сцепления и длины соответствующего клина
активного давления.
Устойчивость стенки обеспечивается, если реальная длина
сцепления арматуры с грунтом L больше предельной длины
сцепления /п.
Расчет по предложенной методике, как и в большинстве
близких к ней по сути, сводится к определению значении макси-
мальных растягивающих усилий в армирующих элементах и
установлению irx длины при отсутствии проскальзывания в грунте.
Однако уравнения предельного равновесия массива составляются
в известных случаях без учета упрочняющего эффекта введенных
в него армирующих элементов.
Между тем анализ данных моделирования о деформациях
конструкций армированного грунта и характере его разрушения
дает основание считать, что стержни за счет трения с грунтом
оказывают существенное влияние на условия предельного
равновесия, препятствуя сдвигу частиц грунта под действием
нагрузки [27]. При этом степень влияния каждого стержня на
напряженное состояние массива снижается по мерс удаления от
стержня. Если принять расстояние между соседними стержнями
таким, чтобы их зоны влияния пересекались, можно изменить
условия предельного равновесия за счет приращения величины
сцепления, существовавшего в естественном массиве (Со) до
некоторой величины Со. Это сцепление будем называть фик-
тивным сцеплением, возникшим вследствие установки
214
Рис. 3. 39. Схема к расчету стержневой крепи:
а — распределение усилий в армирующем стержне; б — влияние смежных стержней,
1 — армирующий стержень; 2 — зона влияния стержня
армирующих стержней. Степень этого приращения регулируется
шагом установки и диаметром стержней. В итоге армированный
массив обладает фиктивным сцеплением Са, что обеспечивает его
большую устойчивость по сравнению с незакрепленным. Усилие,
приходящееся на армоэлемент и вызывающее приращение на-
чального сцепления в грунте, можно определить из рассмотрения
напряженного состояния грунта взоне откоса (рис. 3.39 а). Извес-
тно, что в грунтах, обладающих трением и сцеплением, плоскость
скольжения около дневной поверхности вертикальна и достигает
глубины
= —0?(45°+(О/2)--^-
(3.20)
где / — объемная масса армогрунта;
<р — угол внутреннего трения,
qK — нагрузка на борту котлована.
Рассмотрим равновесие массива грунта, ограниченного по-
тенциальными плоскостями обрушения (см. рис. 3.39): АВ, накло-
ненной под углом 0. и ВС, отстоящей от откоса на расстоянии
l = (H-ha)tg(45° -<р/2)
215
Полагая, что грунт вокруг элемента в указанных границах
находится в предельном состоянии, усилие, приходящееся на
армоэлемецт на глубине йс, определим из выражения
Т = y<rha(H -ha)dtg2(45° -<р/2) (3.21)
где d — диаметр стержня
В дальнейшем будем исходить иа того, чю зффект упрочнения
массива при введении в грунт армирующих стержней может быть
достигнут только при условии, если ширина массива 1и (предельная
длина сцепления) достаточна, чтобы исключить проскальзывание
стержня Это условие запишем в виде
Т<Та= m уа ha d»la (1 + 1,2 ) (3 22)
у0+йи
где // — коэффициент трения между грунтом и стержнем;
И — коэффициент условий работы, учитывающей степень
контакта с грунтом по периметру стержня.
Из выражений (3.21) и (3.22) определим предельную длину
сцепления /о
Л.) IJZJ)
Тогда нелная длина армирующего стержня будет равна
L = / + /„ (3.24)
При выполнении уеловия (3.23) армирующие стержни за
пределами области, ограниченной потенциальными плоскостями
обрушения, вступают в активное взаимодействие с грунтом,
изменяя начальное значение сцепления до величины Са Величину
фиктивного сцепления в массиве армированного грунта можно
принять равной касательным напряжениям, возникающим в
момент предельного равновесия на границе зон влияния смежных
стержней на расстоянии z от центра стержня (см рис. 3.39) и
определить из выражения
^ = ^^-^/+44 (3.25)
Таким образом, вопрос об эффективности закрепления мало-
связных грунтов армирующими стержнями может быть решен в
результате анализа поля напряжений вокруг стержней
определенного диаметра. установленных с определенным шагом
Входящие в формулу (3.25) компоненты напряжений на границе
зон влияния смежных стержней могут быть определены с исполь-
зованием расчетных методов механики сплошных сред.
216
Однако, учитывая, что армированный массив имеет дискретное
строение, а его основу составляет малосвязный грунт,
целесообразно рассмотреть его как распорную зернистую среду,
Пронизаннуюсистемой жестких стержней, вкоторой распределение
напряжений будем считать вероятностным процессом,
реализуемым на се структуре. Основные предпосылки построения
предлагаемой имитационной вероятностной модели состоят в
следующем. Наличие стержней учитывается путем приложения
касательных усилий т, возникающих на поверхности каждого из
них при переходе части массива в состояние предельного равновесия
(рис. 3.40). Компоненты напряжений определены в общем виде
решением пространственной задачи о распределении их вокруг
горизонтального стержня длиной Z , заглубленного в распорную
зернистую среду. Первоначально рассматриваем плоскую задачу.
В соответствии с положениями механики зернистых сред
компоненты напряжений в распорной среде, возникающих от
воздействия равномерно распределенной вдоль оси х полосовой
нагрузки Рх шириной 2а, действующей в направлении оси z,
представляются следующими зависимостями [8]:
Р г ^,х + а ^,х~а ,1
= Ф(—,=)-Ф(—
2l zv v zV v J
(3.26)
l(x +a)exp(-(x+-a^
1 2vz
2
zjlvn
- (x - a)exp (- ——11
2vzz
(3.27)
Рис. 3. 40. Схема к решению задачи о распределении напряжений вокруг
стержня, армирующего грунт
217
XI
г , (х + а)2
ехр(—— -2 -)-ехр(-
1 2vz
<±Za> J
2vz2 'J
(3.28)
где v= <-r#(45° + <pj — коэффициент распределительной способ
ности грунта.
2
= «Р^2/2)Л
Аналогичные зависимости могут быть записаны для компо-
нентов оу, ту. и т^.
От нагрузки Р^, распределенной вдоль оси х по полосе
шириной 2а и вдоль оси z — от 0 до г , напряжения в каждой точке
грунтового массива могут быть определены какотсуммы нагрузок,
распределенных по элементарным площадкам, т.е.
2 ylv-z y/V-Z
(3.29)
(r + a)2
Ivz2
(x-a)2
2vz2
[expf-
)-exp(-
(3.30)
Приведенные выше выражения для компонентов напряжений
(3.26), (3.27) и (3.28) получены в предположении решения плоской
задачи. Для изучения же распределения напряжений вокруг
прямоугольного стержня, взаимодействующего с зернистой средой,
необходимо рассмотреть пространственную задачу. В работе 181
показано, что вслучае, когда нагрузка Р^ равномерно распределена
по прямоугольнику, компоненты напряжений могут быть получе-
218
НЫ перемножением соответствующих выражений (3.26), (3.27) и
(3 28) от двух полосовых нагрузок, распределенных вдоль осей х
(-а, а) и у (-6, />); т.с.
4 L у] vz V vz J 1 yj vz уJ
[«Р(-
(х+а)2
2vz2
)-ехр(-
(х-а)2 1
2vz2
г (х+я)2, , (х-а)2 1)
X I (х + а)ехр (---~)~(х - а)ехр(------—) I > х
1 2 vz2 2 vz2 J1
(3 31)
Применив этот прием к решению рассматриваемой выше
задачи, получаем следующие зависимости для напряжений в
распорной зернистой среде, взаимодействующей со стержнем,
расположенным вдоль оси z, в случае пространственной задачи:
a t х-а
—)-Ф(
г
v-z
х+а
2 vz
,]}х{г[ф(^ф(
х — а
[-М-
777'1
(X - а)2
1VZ2
2vz2
[ф(4^)-ф<4^)]}« {г [ф<4^)-ф(4^Я+
4 I L <Jv z -Jv-Z 1 1 Vv-Z vv-z J
у + b
0^,1
2pz j
у-ь
y]2n v
(y - b)2
2vz2
219
+ aj [|-Ф(
Г1-Ф(-^ =- —
L уи-z
Jii
(x + a) ’ (x-e?
' ' > - fxP (—~—j-
2 кг 2 иг
Для вычисления компонентов напряжений в массиве,
закрепленном системой стержней диаметром d, длиной 1а и с
шагом установки А Я. в выражениях (3.32) следует принять:
z=la\ P^T/Orfl^b^d
4
где Р — усилие, приходящееся на единицу длины стержня;
а и b — приведенный размер стержня диаметром d по
осям х и у.
Чтобы по вычисленным значениям компонентов напряжений
установить величину фиктивного сцепления, вызванного наличи-
ем в массиве армирующих стержней, эти компоненты необходимо
определить на границе зон влияния смежных стержней. Для этого
в выражениях (3.32) следует принять:
х = АН' / 2 и у = ДН / 2
где АЯ и Д77 шаг стержней по осям х и у соответственно.
Практический расчет параметров стержневой крепи
рекомендуется производить методом последовательных
приближений. На первом этапе при известных исходных данных
(геометрические размеры котлована, нагрузки на его борту,
физико-механические свойства грунта) задаются шагом установ-
ки стержней и размером их сечений, полагая Со = Со = 0. В
результате получают соответствующее заданному шагу значение
приращения сцепления за счет упрочняющего эффекта. Далее
полученное на предыдущем этапе значение Са подставляют в
формулу (3.20) и растет повторяют.
Таким способом устанавливают параметры стержневой крепи,
обеспечивающие формирование армогрунтовой подпорной стен-
ки. Затем, пользуясь известными методами, необходимо проверить
устойчивость этой стенки на сдвиг под воздействием давления
220
грунта, находящегося за се пределами (т.с. за пределами длины
армирующих стержней), временной нагрузки от зданий и
сооружений, непосредственно прилегающих к котловану.
Разработанная методика и алгоритм расчета стержневой крепи
котлованов легли в основу программы «АРМОГРУНТ», состав-
ленной для работы в диалоговом режиме на персональном
компьютере типа IBM. Программа рассчитана на широкий диапа-
зон исходных данных, характеризующих условия строительства.
Выход результатов расчета возможен как на печатающее устройство,
так и на экран дисплея. На экране изображается разрез котлована
со схемой расположения армирующих стержней, на которой
указаны основные параметры крепи, полученные в результате
расчета при заданных исходных данных или даны рекомендации по
их корректировке.
Расчеты стержневой крепи по предложенной методике соста-
вили основу проектных решений крепления котлованов на
строительстве первой очереди метрополитена в Самаре и подзем-
ных вестибюлей станции «Проспект просвещения» и «Спортивная»
Петербургского метрополитена.
По программе «АРМОГРУНТ» выполнен расчетно-
теоретическии анализ, позволяющий судить о зависимости ос-
новных параметров стержневой крепи от глубины котлована и
свойств грунтового массива.
В грунтах с малым значением коэффициента распределительной
способности зона влияния стержня снижается, что при сохранении
шага размещения стержней потребует увеличить их длину. Так, с
изменением коэффициента распределительной способности грунта
от 0,47 до 0,27 длина стержней, необходимая для армирования
самонесущей стены, увеличивается от 2,8 до 3,5 м Существенное
влияние на длину стержней оказывает коэффициент трения
между грунтом и стержнем. При уменьшении коэффициента
трения от 0,4 до 0.2 требуемая длина стержней увеличивается
более чем в 2.5 раза. Зависимости длины стержней от параметров
стержневого крепления (диаметр стержня и шаг расстановки)
носят линейный характер. Увеличение диаметра стержня в 2 раза
приводит к уменьшению его длины в 1,7 раза, с увеличением вдвое
шага расстановки стержней требуется в два раза увеличить их
длину.
При возрастании нагрузки на борту котлована в пределах
реально возможных значений 0,03 — 0,06 МПа длина стержней
составляет 0,5 — 0,7 Н. Условия формирования армогрунтовой
стены выполняются и при нагрузках 0,08 МПа, но при этом длина
стержней становится соизмерима с глубиной котлована.
Изменяя в конкретных грунтовых и производственных усло-
виях любой из параметров стержневой крепи и ориентируясь на
отмеченные выше зависимости, можно добиться оптимального их
соотношения. При этом анализ результатов проведенных расчетов
показывает, что критерий оптимальности может быть выражен
условием 0,4Н < L < 0,5/7.
221
3.5 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОГНОЗУ ОСАДОК ЗЕМНОЙ
ПОВЕРХНОСТИ ПРИ СООРУЖЕНИИ СТАНЦИЙ
ПОЛУЗАКРЫТЫМ СПОСОБОМ
Прогноз сдвижения и деформации грунтового .массива и, в
конечном счете, осадок земной поверхности относится к основ-
ным вопросам, которые должна быть решены при проектирова-
нии и строительстве подземных сооружений метрополитена. К
настоящему времени накоплен определенный материал натурных
наблюдений и лабораторных исследований процесса сдвижения
грунтового массива, который положен в основу различных мето-
дов расчета основных параметров этого процесса. В практике
инженерных расчетов используются в основном эмпирические и
полуэмпиричсскис методы, которые требуют в каждом конкрет-
ном случае проведения маркшейдерских наблюдений и изучения
свойств грунтов на объектах строительства. Поэтому зги методы
оправданы для применения в таких грунтовых и технологических
условиях, для которых они разработаны. Болес универсальны
полуэмпирические методы расчета. Такие методы основаны на
теоретических зависимостях, выведенных при рассмотрении ма-
тематической модели сдвижения, но при этом числовые значения
коэффициентов в этих швисимостях определяют по данным
натурных наблюдении. Полуэмпирическими методами расчета
можно пользоваться в достаточно широком диапазоне условий!
строительства, внося в них соответствующие коррективы, отра-
жающие специфику конкретного объекта.
Так, с учетом технологии работ, предусматривающей опреде-
ленную последовагельность операций при сооружении станции
полузакрытым способом в слабых грунтах, представленных чет-
вертичными отложениями, задача определения осадок земной
поверхности может быть решена следующим образом (рис. 3.41).
С учетом последовательного воздействия на смещение масси-
Рис. 3. 41. Схема к определению осадок поверхности земли при сооружении станции
полузакрытым способом:
1 — зона смешений грунтового массива после проходки одного путевого тоннеля
станции: 2 — то же после проходки двух тоннелей; 3 — то же после разработки
котлована
222
ва нескольких выработок используем принцип суммирования
деформаций в точках мульды сдвижения грунтов, возникающих
под влиянием каждой выработки. При суммировании будем
придерживаться той последовательности, в какой намечается
раскрытие этих выработок. Вначале определим осадки земной
поверхности ifT, обусловленные проходкой одного путевого тон-
неля станции. Затем учтем активизацию сдвижения земной по-
верхности при повторной подработке после проходки второго
путевого тоннеля станции на расстоянии А от первого. И,
наконец, определим оседание поверхности г)к под влиянием
разработки котлована шириной В. Окончательная величина осад-
ки в любой точке мульды сдвижения, расположенной на рассто-
янии X от оси первого путевого тоннеля:
£ Чх = 'Ат + 'Ат + Чхк <3-33)
или £ >/v = £ пхг + <3-34>
Для определения величин слагаемых, входящих в формулу
(3.33), воспользуемся решением задачи, базирующейся на основ-
ных положениях механики зернистых сред. Такой подход пред-
ставляется правомерным при рассмотрении напряжений и дефор-
мации малосвязных и сыпучих грунтов толщи четвертичных
отложений. Задача, связывающая перемещения частиц грунта с
изменением напряженного состояния массива при проходке
выработки, решена профессором И.И.Кандауровым [8J. Автор
рассматривает грунтовый массив как малосвязную среду, облада-
ющую способностью сопротивляться только сжимающим и сдви-
гающим усилиям. Среда состоит из разных по размеру и форме
частиц с некоторыми связями, нс поддающимися строгому упо-
рядочению и имеющими вероятностный характер в процессе
оседания. В связи с этим для анализа смешений грунтового
массива принята модель, полученная на основе дискретно-веро-
ятностного подхода к механике зернистых сред.
При условии, что основным фактором, определяющим на-
чальное поле напряжений, служат гравитационные силы тяжести
(az = yz), вертикальные напряжения на любом горизонте Z в
зернистой распорной среде при образовании выработки на глуби-
не Я (рис. 3.42), определяются из выражения:
. ,,, У Н , X2 ,
<3-35)
Здесь первое слагаемое представляет собой давление столба
грунта, второе соответствует той части давления, которое прояв-
ляется при образовании выработки.
223
Рис. 3. 42. Схема к расчету осадок земной
поверхности нал выработкой, пройденной на
глубине Н
В предположении, что величина чистого сдвига пропорцио-
нальна соответствующей компоненте напряженного состояния,
вычисляем координаты кривой сдвижения точек массива над
выработкой на любом горизонте;
Чг
2т> z 2vz
или на поверхности земли (Z = Н)\
-ехр(------)
y/lnvH 2vPr
(3-36)
J (3.37)
Ч
где rj0 — величина максимального вертикального смещения
в начале координат;
v — коэффициент распределительной способности грунта
Формулами (3.36) и (3.37) определяются полные мульды сме-
щения после уплотнения грунта до начальной (бытовой) плотнос-
ти.
Для практического применения указанных зависимостей при
щитовой проходке тоннелей в слабых малосвязных грунтах вос-
пользуемся соотношением, предложенным для расчета осадок
земной поверхности при щитовой проходке тоннелей в толще
четвертичных отложений [7]:
Чхт = Чо F(n) = ЧоехР [“ ^7^] (3-38)
224
Величина максимального оседания над тоннелем радиуса R,
пройденным щитовым способом на глубине Н, определяется по
эмпирической формуле:
Д
70 = п ЧЯЯ4-П Ач.г (3-39)
U, Зоб + U, 051 Л
где д — суммарная величина строительного зазора и оболоч-
ки щита;
К = Н tgp/2R,
Р- arctgT/ Р — угол сдвижения, определяемый по резуль-
татам полевых испытаний.
Расстояние от граничных точек мульды оседания до се центра
определяется как
L = Tt(R-b/4) + H tgP (3.40)
Для удобства вычислений переменная функция ехр[ ]•
табулированные значения которой характеризуют типовое рас-
пределение деформаций в пределах зоны оседания, определяется
по табл. 3.6.
Таблица 3 6
Значение функции / <ц)
X/L 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
F (til 1Л00 0,969 0,882 0,754 0.605 0,456 0,323 0,214 0,134 0,078 0,043
При сооружении смежной тоннельной выработки в грунтовом
массиве происходят тс же процессы оседания земной поверхнос-
ти, математическое описание которых рассматривалось выше.
Каждое из слагаемых, входящих в выражение (3.33), с учетом
зависимости (3.38) можно записать в виде
Ч'хт =
'Дт = ^ехр{- л-[(А - л) / L|2}
(3-41)
Здесь % и rf — максимальные вертикальные смещения поверх-
ности над первым и вторым тоннелем
станции соответственно;
А — расстояние между осями смежных тоннелей.
Поскольку путевые тоннели станции проходят однотипными
щитовыми комплексами на одном уровне и в одних и тех же
225
грунтовых условиях, то % = %' = т]0. Величину вертикального
смещения в суммарной мульде оседания, образовавшейся на
земной поверхности под влиянием этих тоннелей, можем опреде-
лить по формуле:
£ Пхт = По {ехр [ - я(у)2 ] + ехр [ -я-Д ] } (3.42)
Для прогнозирования осадок земной поверхности от влияния
проходки тоннелей щитовым способом в слабых грунтах на
кафедре «Тоннели и метрополитены* Петербургского универси-
тета путей сообщения разработан пакет прикладных программ
«Тоннель-1». Пакет состоит из набора программ, определяющих
вертикальные и горизонтальные смещения, а также наклоны и
кривизну участков в пределах мульды оседания земной поверх-
ности при сооружении тоннельных выработок способом щитовой
проходки. Пакет предназначен для выполнения расчетов ожида-
емых осадок и деформаций применительно к породам четвертич-
ного возраста, т.с. к слабым неустойчивым породам осадочного
происхождения.
Недавно разработан пакет программ «Тоннель-2», который
позволяет создавать и изменять файлы исходных данных. «Тон-
нель-2» даст возможность вести расчет осадок с учетом влияния
совместной проходки двух тоннелей, при этом допускается вве-
дение до восемнадцати слоев грунтового массива с различными
фиэико-механическими характеристиками.
В основе программы лежат функциональные зависимости,
полученные к.т.н. Е.М.Захаровым. Исходными данными являют-
ся физико-механические свойства слоев грунтового массива, их
мощность, а также геометрические технологические параметры
проходки тоннеля щитовым способом.
Расчетно-теоретический анализ осадок земной поверхности
при проходке тоннелей щитовым способом в слабых малосвязных
грунтах, выполненный по программе «Тоннель-2», показал, что
при расстоянии между осями путевых тоннелей А > 12 м и глубине
заложения Л = 4 м взаимное влияние выработок за пределами
зоны раскрытия котлована практически исключается даже при
максимальных (но реально возможных) величинах строительного
зазора. Поэтому при расчете осадок вблизи станции колонного
типа с шириной платформы 10 м и более вторым членом в
выражении (3.42) можно пренебречь.
Перейдем к определению второго слагаемого в выражении
(3.34), характеризующего осадки земной поверхности вблизи
котлована при его разработке. Очевидно, что величина вертикаль-
ных смещений эшжой поверхности зависит прежде всего от
величины и характера смещений стены котлована в сторону его
раскрытой части. Очевидно также, что качественные и количес-
твенные показатели этих смещений будут зависеть не только от
226
Ене. 3. 43. Схем» к определению смещения '
поверхности земли вблизи котлована
физико-механических свойств грунта и глубины котлована, но и
от типа его крепления. Для анализа процесса сдвижения земной
поверхности при раскрытии котлована сохраним тот же дискрет-
но-вероятностный подход в механике зернистых сред, на основе
которого была принята математическая модель, описывающая
процесс оседания земной поверхности при проходке тоннельной
выработки. В работе [36] показано, что процесс оседания приле-
гающей к котловану поверхности земли имеет такой же характер,
что и при проходке одиночной подземной выработки, но с вдвое
большей вероятностью передачи элементарного смещения на
вышележащие частицы.
Тогда выражение (3.41) примет вид:
Пхк =
2% , *
2яи z 2vz2
(3.43)
Положим, что проектный контур котлована описывается
функцией F|(x,z), а в результате его разработки контур стены
переместится в новое положение, определяемое функцией F-^x.i)
(рис. 3.43). Тогда общее выражение для осадок поверхности земли,
прилегающей к котловану, может быть получено путем суммиро-
вания элементарных смещений вдоль оси Z- Осадка земной
поверхности в любой точке мульды сдвижения при разработке
котлована глубиной Я определится из выражения:
Н-л,
227
Интегрирование целесообразно проводить в пределах от А, дО
Л/-А-. Этим устраняется неопределенность, связанная с измене-
нием гдубины котлована в процессе оседания прилегающего к
нему грунта. Величина пределов интегрирования А, и Д2 должна
быть определена в каждом конкретном случае в зависимости от
вида крепления котлована.
На основании общей зависимости могут быть найдены част-
ные решения для определенных точек мульды оседания повер-
хности земли вблизи котлована при изменении контура его стены
по реально существующим очертаниям. Для этого в выражение
(3.44) подставляем вместо F{(x,z) и Fi(x,z) уравнения, описываю-
щие возможный характер изменения очертания стены для приня-
той конструкции крепи котлована.
4. ВНЕДРЕНИЕ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ТЕХНОЛОГИИ
СООРУЖЕНИЯ СТАНЦИЙ МЕТРОПОЛИТЕНА
Новая концепция строительства метрополитена на линиях
мелкого заложения была впервые изложена на совместном техни-
ческом совещании Дирекции строящегося метрополитена
г.Куйбышева (Самара) и Куйбышевметростроя в 1986 г. В этом же
году Куйбышевметрострой обратился в Главтоннельметрострой и
Главметрополитен с просьбой оказать содействие в проведении
научно-исследовательских и проектных работ. Было представле-
но соответствующее обоснование целесообразности внедрения
новых конструктивно-технологических решений на строительст-
ве 4-го пускового участка 1-й линии.
Самара — один из крупнейших индустриальных, научных и
культурных центров страны, население которого превышает 1300
тыс. человек. Для структуры города, вытянутого на 40 км вдоль
Волги, характерно наличие двух ярко выраженных зон, которые
расположены на значительном удалении друг от друга. Зона
крупных промышленных районов, находящихся в восточной
части города, более чем на 15 км удалена от административно-
культурно-торговой его части со значительной жилой.застрой кой.
Эта особенность городской структуры определила нетрадицион-
ную очередность ввода в эксплуатацию участков первой линии
метрополитена — от периферии к центру города. Первый участок
протяженностью 4,5 км с четырьмя станциями сдан в эксплуата-
цию в 1987 г. на значительном удалении от центра. Работы в
центральной части города развернутся лишь на заключительном
этапе строительства первой линии. Сооружение этого концевого
участка с оборотными тупиками в плотнозаселенной части города
с густой сетью транспортных магистралей и подземных коммуни-
каций предъявляет особые требования к организации строитель-
ства и способам производства работ.
В указанных условиях строительство линии должно осущес-
твляться высокими темпами при минимальном нарушении нор-
мальных условий жизни города. Этому в достаточной степени
отвечает принятая в первоначальном проекте Мстрогипротранса
проходка перегонных тоннелей преимущественно закрытым спо-
собом с применением щитовых механизированных комплексов.
Но сооружение станционных конструкций в открытых котлова-
нах, как показал опыт, сдерживает темпы строительства, причи-
няя существенные неудобства жителям города. Особенно трудо-
емки и малопроизводительны работы по креплению котлованов.
229
Из-за инженерно-геологических условий и рельефа местности
глубина их достигает 15 м, а на некоторых участках и более.
Наличие прослоек доломита вынуждает устанавливать свайное
крепление из двутавров № 60 длиной 18-20 м с предварительным
бурением лидерных скважин. В условиях ограниченного парка
буровой техники и низкой производительности ударно-канатного
бурения на выполнение этих работ затрачивается 16-18 мес. на
каждой станции. Большая глубина котлованов существенно уве-
личивает трудоемкость и стоимость разработки грунта, а также
время производства земляных работ; дополнительные ряды рас-
стрелов осложняют монтаж станционных конструкций.
В процессе строительства первых пусковых участков выяви-
лись отмеченные в разделе 2 недостатки традиционной схемы
организации работ, когда все станционные комплексы на пуско-
вом участке сооружаются одновременно: потребность в значи-
тельных материальных и людских ресурсах, большом количестве
машин, механизмов и оборудования; непроизводительные затра-
ты времени на периодический монтаж и демонтаж на станциях
перегонных щитовых комплексов; отсутствие задела на новом
участке к моменту завершения работ на предыдущем; чрезвычай-
ное осложнение работы наземного транспорта при одновремен-
ном сооружении всех станций на пусковом участке, расположен-
ном в центральной части города.
Участок линии протяженностью 2850 м включает две станции
и оборотные тупики. Местность, по которой проходит трасса,
расположена на пологом волжском склоне волго-самарского
водораздела. Поверхность склона в прошлом была осложнена
эрозионными врезами, заполненными впоследствии более моло-
дыми отложениями (неогеновыми и делювиальными). В геологи-
ческом строении грунтового массива до глубины 18-25 м пред-
ставлены породы татарского и казанского ярусов верхней перми,
отложения акчагыльского яруса неогена и четвертичные делюви-
альные грунты. С поверхности распространены современные
образования, почвенно-растительный слой и насыпные грунты
мощностью 0,5-3,0 м.
Четвертичные делювиальные грунты широко распространены
по трассе, но мощность их невелика и составляет в основном 1,0-
3,7 м и только в некоторых местах достигает 10 м. Литологически
делювиальные грунты представлены суглинками и глинами жел-
товато-коричневого и темно-коричневого цвета. Глины, как пра-
вило, твердой и полутвердой консистенции, суглинки находятся
в тугопластичном и мягкопластичном состоянии.
Отложения неогена представлены глинами акчагыльского
яруса. Глины различной окраски (от светло-коричневой до темно-
серой), слоистые, с тонкими прослойками песка, с консистенцией
от твердой до тугопластичной. Мощность слоев таких глин 2-13 м.
Отложения пермской системы представлены в разрезе татар-
ским и казанским ярусами. Татарский ярус литологически прсдетав-
230
лен красновато-бурыми глинами, плотными, мергелистыми с
прослойками доломитов и мергеля. Консистенция глин твердая и
полутвердая. Казанский ярус представлен в разрезе глинами и
доломитами. Глины зеленовато-серыс, сильно карбонизирован-
ные, трещиноватые, твердые и полутвердые с прослойками доло-
митов. Мощность этих глин 3,0-16,7 м. Доломиты сильно вывет-
релыс и, как правило, разрушены до трухлявого состояния.
Вскрытая мощность пластов доломита составила 3,0-16,7 м.
Основные физико-механические характеристики грунтов приве-
дены в табл. 4.1.
Таблица 41
Физико-механические характеристики грунтов
Грунты Плотность, кН/м3 Модуль деформации, МПа Удельное сцепление. кПа Угол внутреннего трения, град.
Насыпной грунт и почва 15—17 — — 18—25
Суглинки делювиальные, полутвердые 18,9-19,6 20 11—8 15—14
Суглинки мягкопластичные 19.8 18 8-7 15
Глины делювиальные 19,5-20,1 22 28-31 17—16
Глины неогеновые 18.9 12 20—34 11 — 12
Глины татарского яруса 20,0 20 39—36 16—17
Глины казанской' яруса 19.2-20,1 20 16-22 15 -17
Доломиты вывецтелые 24.4—24.7 80 40-60 1.— 19—20
Гидрогеологические условия на трассс характеризуются пов-
семестным расположением водоносного горизонта, зафиксиро-
ванного на глубине 1,7-9,7 м. Водовмещающими породами явля-
ются четвертичные делювиальные отложения, неогеновые глины
с прослойками песка, верхнепермские трещиноватые глины и
доломиты. Водонасышенность и водоотдача пород невысокая,
коэффициент фильтрации глин неогена — 0,37, татарских глин —
0,21, казанских глин — 0,1, делювиальных глин — 0,005 и
выветрелых доломитов — 0,72 м/сут. Питание водоносных гори-
зонтов осуществляется в основном за счет инфильтрации атмос-
ферных осадков, амплитуда сезонного колебания уровня грунто-
вых вод составляет 1-2 м. По отношению к бетону грунтовые воды
не агрессивные.
На совместном техническом совете Главтоннельметростроя.
Главметрополитена и ГУПиКСа Минтрансстроя СССР
от 9 января 1990 г. было принято решение осуществить строитель-
ство 4-го пускового участка 1-й линии метрополитена в Самаре
231
методом сквозной проходки с возведением станций полузакры-
тым способом. С учетом конкретных производственных, градос-
троительных и инженерно-геологических условий, материальных
и людских ресурсов Самарметростроя, а также технической
оснащенности его подразделений рекомендованы следующие
конструктивные решения сооружений станционных комплексов
и оборотных тупиков; станция «Алабинская» — колонного типа,
станция «Самарская» — односводчатая с однотипной конструк-
цией оборотных тупиков.
Объемно-планировочное решение станции «Алабинская» от-
личается от традиционной линейной схемы размещения сооруже-
ний. В пределах платформенного участка принята двухуровневая
компоновка: в нижнем ярусе расположена пассажирская плат-
форма с коллектором под ней, в верхнем — блок служебных
помещений (рис. 4.1). Двухуровневая компоновка позволила не
только рационально использовать пространство котлована, но и
существенно сократить объем обратной засыпки конструкций.
Из-за существенной разницы в отметках земной поверхности
в начале и в конце станции пассажирская платформа связана с
одним вестибюлем трехленточным эскалатором, а с другим —
лестничным сходом. Входы и выходы на поверхность расположе-
ны в торцах вестибюлей и объединены с подуличными перехода-
ми.
Платформенный участок станции (длиной 102 м) запроекти-
рован по конструктивной схеме станции колонного типа
(рис. 4.2). По конструктивным особенностям обделка делится на
четыре основных части путевые тоннели, буронабивные сваи-
колонны, плита пе(>екрытия с блоком служебных помещении,
лотковая плита с коллектором.
Расстояние между осями путевых тоннелей станции 12,9 м
соответствует ширине платформы 10 м Обделка этих тоннелей,
пройденных до начала земляных работ на поверхности, на всей
длине станционного комплекса выполнена из типовых железобе-
тонных тюбинговых колец, имеющих рабочие болтовые связи в
продольных стыках и монтажные — в кольцевых (см. рис. 1.7). Для
обеспечения достаточной жесткости обделки между кольцами
предусмотрена перевязка продольных стыков. Для того чтобы при
этом ключевые тюбинги располагались по одной линии, в сводо-
вую и лотковую части обделки включены элементы, длина кото-
рых равна половине смежного и нормального тюбингов соответ-
ственно. Особенность смежных тюбингов, входящих в постоян-
ную обделку станции, заключается в отсутствии арматуры в
спинке, что дает возможность выполнить узел сопряжения обдел-
ки путевого тоннеля с консолью плиты перекрытия при се
бетонировании.
Двухконсольная плита перекрытия из монолитного железобе-
тона опирается на сваи-колонны через цилиндрические шарни-
ры, которые обеспечивают работу свай на центральное сжатие.
Консоли плиты имеют достаточно малый угол наклона к горизон-
232
233
Вис. 4. 2. Конструктивная схема платформенного участка станции «Алабинская»
ту, что гарантирует их работу на сжатие с изгибом. Для уменьше-
ния длины консолей сваи-колонны расположены в поперечном
сечении на минимально допустимом расстоянии от края платфор-
мы — 1,7 м.
Блок служебных помещений выполнен в виде однопролетной
рамы пролетом 6,9 м и высотой 2,3 и 3,2 м из типовых сборных
железобетонных элементов, предусмотренных отраслевым ката-
логом, и конструктивно не связан с плитой перекрытия станции.
Буронабивные сваи-колонны расположены на расстоянии 5,9 м
в поперечном сечении станции и с шагом 6,0 м вдоль платформы.
Для передачи части нагрузки (после обратной засыпки конструк-
ции) от колонн на лотковую плиту в уровне се плоскости
предусмотрены стальные опорные плиты, приваренные косынка-
ми к обсадной трубе сваи.
Лотковая плита станции выполнена из монолитного железо-
бетона и служит одновременно фундаментом для свай-колонн,
пассажирской платформой (с коллектором под ней) и жестким
упором для разомкнутой обделки путевых тоннелей. В местах
сопряжения с вестибюлями и через каждые 36 м по длине
платформенного участка предусмотрены деформационные швы.
В этих местах устанавливаются двойные сваи-колбнны.
Водонепроницаемость обделки путевых тоннелей станции
обеспечивается в соответствии с методами гидроизоляции сбор-
234
ных железобетонных обделок перегонных тоннелей метрополите-
на: изготовлением тюбингов из особо жесткой бетонной смеси с
водоцементным отношением нс более 0,28 и плотностью не ниже
0,99, расчеканкой швов и герметизацией болтовых отверстий. Для
обеспечения водонепроницаемости остальных элементов кон-
струкции, сооружаемых открытым способом, служит наружная
рулонная оклеечная гидроизоляция, полотнища которой при-
жимными планками соединяются со стальными пластинами,
установленными в радиальные стыки обделки путевых тоннелей
при сс монтаже.
В связи с разницей в отметках земной поверхности по торцам
станционного комплекса вестибюли запроектированы в двух- и
трехъярусных конструкциях (рис. 4.3). Верхние ярусы вестибюлей
расположены в уровне подуличных пешеходных переходов с
кассово-пассажирским залом и служебными помещениями для
обслуживания пассажиров. На втором ярусе вестибюля, располо-
женного с более заглубленного торца станции, размещаются
машинное помещение трехленточного эскалатора и помещение
служебно-технологического назначения. В уровне пола платфор-
мы станции расположены натяжная камера эскалатора и служеб-
ные помещения. Ниже уровня платформы находится кабельный
коллектор и водоотливная установка.
В конструкциях нижних ярусов вестибюлей использованы
принципиальные решения, положенные в основу конструкции
платформенного участка; обделка перегонных тоннелей разо-
мкнута к оси станции и в сводовой части омоноличена с плоским
железобетонным перекрытием. Перекрытие в центральной части
опирается на сваи-колонны, а по концам — на буронабивные
сваи, находящиеся за обделкой перегонных тоннелей. Верхние
ярусы вестибюлей выполнены из типовых сборных железобетон-
ных элементов.
Совмещенная тягово-понизительная подстанция (СТП) дли-
ной 72,7 м расположена непосредственно перед вестибюлем (по
ходу пикетажа). Конструкция обделки СТП аналогична конструк-
ции платформенного участка. Тюбинги временного заполнения
обделки путевых тоннелей на участке СТП нс демонтируются и
служат ограждающим экраном между помещениями СТП и путе-
выми тоннелями. Внутренние конструкции СТП выполнены из
сборно-монолитного железобетона с использованием сборных
элементов из отраслевого каталога.
Вентиляционная камера длиной 36,8 м размещена за вестибю-
лем N 2. Конструкция обделки венткамеры аналогична конструк-
ции платформенного участка (без блока служебных помещений
над плитой перекрытия). На участках расширения габаритов
камеры и в проемах для демонтажа вентиляторов блоки времен-
ного заполнения путевых тоннелей удаляют и устраивают ниши
из бетона и кирпича. В торце вентиляционной камеры располо-
жены камера затворов и вентиляционный ходок.
Последовательность выполнения работ при сооружении стан-
255
Рис. 4. 3. Конструктившш схема вестибюля:
— с эскалаторным подъемом; б — с лестничным сходом
236
ции соответствует схеме, приведенной на рис. 2.5. Путевые
тоннели диаметром 5,5 м проходят механизированным щитовым
комплексом КТ-5,6 Д2 (см. рис. 1.74). С отставанием от забоя
путевых тоннелей на 15-20 м приступают к послойной разработке
грунта в котловане экскаватором Э-5015. По мере заглубления
откосы котлована закрепляют стержневой крепью, забивая в
грунт армирующие стержни отбойными молотками со специаль-
ной насадкой. Параметры стержневой крепи установлены расче-
том по методике, изложенной в п. 3.4.3. После окончания работ
на заходке на концы армирующих стержней навешивают сталь-
ную сетку и наносят слой набрызгбетона толщиной 50 мм. Таким
способом котлован разрабатывают до отметки, соответствующей
низу плиты перекрытия, и дно котлована выравнивают по проект-
ному контуру этой плиты. Когда фронт земляных работ продвига-
ется на 10-15 м, со дна котлована ведут работы по устройству
буронабивных свай-колонн, устанавливают арматурные каркасы
и бетонируют плиту перекрытия, омоноличивая се консольные
части со смежными тюбингами обделки путевых тоннелей.
Дальнейшую разработку грунта до уровня лотковой плигы
ведут закрытым способом под защитой плиты перекрытия про-
ходческим комбайном типа ГПКС со стреловым исполнительным
органом. Грунт в лотковой части сечения разрабатывают заходка-
ми по 6 м и бетонируют лотковую плиту с обделкой коллектора.
Отставание бетонирования лотковой плиты от бетонирования
плиты перекрытия нс должно быть больше 60 м. Одновременно
с выполнением работ под плитой перекрытия с поверхности ведут
монтаж конструкций блока служебных помещений, используя
автокраны. Обратная засыпка конструкций допускается после
набора бетоном лотковой плиты проектной прочности.
В основе объемно-планировочного решения станции «Самар-
ская» лежит односводчатая конструкция в виде верхнего и обрат-
ного сводов, которые опираются на опоры, возведенные в тонне-
лях, пройденных перегонными щитами (рис. 4.4). Поэтому ком-
поновка всех сооружений станционного комплекса выполнена по
традиционной линейной схеме. Такое решение позволяет в сжа-
тые сроки выполнить несложные и однотипные работы, сохраняя
единый технологический процесс на всем протяжении 540-метро-
вого станционного комплекса.
Конструкция платформенного участка станции «Самарская»
показана на рис. 4.5. В аналогичных конструкциях выполнены
обделки тягово-понизительной подстанции и оборотных тупиков.
В конструкции вестибюлей верхний свод заменен на монолитную
железобетонную плиту, которая дополнительно опирается в про-
лете на два ряда колонн. На этой плите расположен верхний ярус
вестибюля, выполненный из типовых сборных железобетонных
элементов. Конструкция вентиляционной камеры аналогична
конструкции нижнего яруса вестибюля.
Работы по сооружению станции выполняются в порядке,
указанном на рис. 2.10,а.
257
ILrJJ lib 111
tN
Рис. 4. 4. Объемно-планировочное решение станции «Самарская»:
1 — оборотные гупики. 2 — тягово-понизительная подстанция; 3 — вестибюль № 1. 4 — платформенный участок; 5 — вестибюль № 2;
6 — вентиляционная камера
Рис. 4. 7. Объемно-планировочное решение станции полузакрытого способа работ (Минскмстропроект):
1 — вентиляционная сбойка; 2 — вентиляционная камера; 3 — вестибюль №1.4- платформенный участок; 5 — вестибюль №
6 — тягово-понизительная подстанция
240
Станции метрополитена, сооружаемые полузакрытым спосо-
бом при непрерывной проходке перегонных тоннелей, включены
также в проект первой линии метрополитена в Челябинске.
В развитие предложенной концепции строительства метропо-
литена на линиях мелкого шожения специалисты Минскметро-
проекта в качестве перспективных разработок предложили вари-
ант колонной станции полузакрытого способа работ, отличаю-
щийся от ранее рассмотренных конструктивным решением пере-
крытия (рис. 4.6). Разомкнутая обделка путевых тоннелей опира-
ется на систему продольных 1 и поперечных 2балок. Поперечные
балки-ригели опираются на колонны 3 и имеют тавровое сечение
полками вниз. На эти полки уложены продольные плиты пере-
крытия станции.
Продольные и поперечные балки устраивают на дне котлова-
на, разработанного до уровня верха обделки путевых тоннелей.
При дальнейшем углублении котлована система продольных и
поперечных балок является распорной конструкцией, предотвра-
щающей смешение тоннелей и деформации обделки. Кольца
путевых тоннелей размыкают только после их омоноличивания с
лотковой плитой станции. В составе рабочего проекта в 1992 г.
разработаны конструкции всех сооружений, входящих в состав
станционного комплекса, с их компоновкой по схеме, близкой к
традиционной (рис. 4.7), а также технология сооружения станции.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Антонов О Ю. Перспективные направления в решениях станционных кон
струкдий//Метросгрой. 1985, № I. с 20 22
2 Братчун Г Пашков И. Захаревскии А Новые решеннн колонных станций
открытого снособп//Ме1рострой, 1980, № 3, с. 8-10.
3. Гяушихин Ф.Н.. Кузнецов Г. И. и др. Моделирование в геомеханике. М.: Недра,
1991 240 с
4. Голицинский Д.М., Фролов Ю.С. и др. Строительство тоннелей и мегрополи
тенов М.: Транспорт, 1989.-319 с.
5. ДюрелпиЛ., РайлиУ. Введение в фотомеханику (поляризационно-оптический
метод). Пер. с англ. М.: Мир, 1970. 430 с.
6. Жданов В. Методы крепления бортов котлованов и гидроизоляции стан-
ций//Метро, 1993, № 1, с. 9-19
7. Захаров Е.М. Прогнозирование осадок земной поверхности при сооружении
тоннелей в слабых грунтах В кн.: Применение механики зернистых сред в
практических задачах геомеханики. Л.: ТИМР, 1991. С. 60-66.
8. Кандауров ИИ Механика зернистых сред и ее применение в строительстве.
Л.: Стройизлат, 1988.-280 с.
9. Колин ДИ, Малоян Э А. и др. Расчет нагельного крепления котлованов//
Транспортное строительство, 1986, № 2. с. 28-30.
10. Кошелев Ю.А. О конструкциях и технологии сооружения обделок, обжатых
в породу//Метрострой, 1975, N? 2. с. 9-14
11. Крук Ю.Е. Техническая и зкономическая политика в метростроении в
условиях рыночной зкономики//Метро, 1993, № 4, с. 4-7.
12. Лаврешин Ю. Односводчатые станции мелкого заложения//Мстрострой,
1971, № 4-5. с. 55-57.
13. Диманов Ю.А. Метрополитены. М.: Транспорт, 1971.-359 с.
14. Макаров ОН. Меркин В. Е Транспортные тоннели и метрополитены. М.'
1ИМР. 1991 171 с.
15. Маковский Д.В. Экономичные способы строительства тоннелей мелкого
заложения//Метрострой, 1989, № 4, с. 30-32,
16. Меркин В.Е. Вклад науки в отечественное метростроение//Метрострой,
1991, № 3, с 24-26.
17. Оганесов Г., Муромцев Ю. Совершенствование строительных конструкций
//Метро, 1993, № 2, с. 21-26.
18. Пашков И. Оптимальная объемно-конструктивная схема//Метрострой,
1984, № 6
19. Пашков П. О путях интенсификации возведения станционных комплексов
//Метрострой. 1986, № 6, с. 10-11.
20. Попов В.Л. Проектирование строительства подземных сооружений.
М.. Недра, 1989. С. 98-144
21. Сеславинский С., Басин О., Голубов А. Опыт сооружения высокоточной
водонепроницаемой обд<й1ки//Мегросгрой, 1989, № 4, с. 1-3.
22. Скормин Г., Малоян з>. и др. Нагельное крепление котяована//Метрострой,
1988, № 8, с. 12.
242
23. Фадеев А Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М Недра,
1987 221 с
24 Филин Л II., Тананайко ОД. и др. Алгори1мы построения разрешающих
уравнений механики стержневых систем. Л.: Стройиздат, 1983.-232 с.
25. Фролов Ю.С. Интенсификация строительства линий метрополитена мелкого
заложения//Метрострои, 1987, № 4, с 4-6.
26. Фролов Ю.С Конструкции и сооружение станций метрополитена. Л.:
ЛИИЖГ, 1984. 78 с
27. Фролов Ю.С. Научные основы применения стержневой крепи при строи-
тельстве метрополитена мелкого заложения. В кн.: Применение механики зернис-
тых сред в практических задачах геомеханики. Л. ГИМР, 1991, с. 67-79
28. Фролов Ю.С. Системный анализ конструкций колонной станции полуза
крытого способа//Метро, 1994, № 2, с. 30-34.
29. Фролов Ю.С , Крук Ю.Е Новая концепция строительства метрополитена на
линиях мелкого заложения//! 1олземиое пространство мира. 1993. № 2, с. 10-15.
30. Фролов Ю.С , Крук Ю Е.. Данилвян В А., Шавернев ИВ Новые конструкции
станций, возводимые по интенсивной технологии//Метрострой. 1989, № 4, с. 4-6.
31. Храпов В.Г, Демешко ЕЛ. и др. Тоннели и метрополитены М.: Транспорт,
1989 -383 с.
32. Юркевич II.Б Олиосводчагые станции, сооружаемые способом «стена в
грунте»//Мегрострой, 1985, № 7, с. 17-20.
33. Юркевич II.Б Проектирование и строительство Минского метрополитена.
Минск Ииискметропроект, 1992 106 с.
34. Юркевич II.Б. Тоннельные обделки будущего//!!одземное пространство
мира. 1993, № 5-6, с. 43-47.
35 Современные методы крепления котлованов при сооружении метрополи-
тенов открытым способом. Обзорная информация /Минтрансстрой СССР. М.,
1986, 145 с.
36. Братове С Метод за определяне на сляганията на слаби почви над плитко
заложен и сьоржеия//Строительство (София), 1984, № 1, с. 10-14
37. Bruce D.A., Jewell RA Soil Nailing: Application and Practicc//Ground Engineer-
ing, 1986, Vol. 19. № 8. p 10-15
38. Cassler C., Cudehus G. Soil Nailing — Some Aspects of a New Technique. Soil
Meeh, and Fonnd. Proc. Int. Conf. Stockholm, 1981, Vol.3, p. 665-670.
39 Schlosser f., Vidal II. Laboratories routiers des ponset chaussees//Bulletin de
Liaison, 1969, XI, n 41.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение... ........................................................ 3
1 Конструктивно-технологические решения подземных сооружении метропо-
литена ........................................................... 11
1.1. Принципы проектирования ______________________________________ II
1.2. Путевые сооружения Метрополи тенив 14
1.2.1. Перегонные тоннели .. . 14
1.2.2. Съезды, раструбы и тупики 44
1.3. Станционные комплексы___ 47
1.3.1. Объемно-планировочные решения 47
1.3.2. Конструкции станций......................................... 61
1.4. Пересадочные узлы на линиях мелкого заложения 87
1.4 1. Общие сведения ___________________________________________ 87
1.4 2 Обьемно-планировочиые и конструктивные решения пересадочных
узлов ...................................................... 89
1.5. Организациоино-техноло1ические схемы строительства подземных соору-
жений ................................... 101
1.5.1. Строительство перегонных тоннелей ... 101
1.5.2 Сооружение станций метрополитена . ... 113
2. Новая концепция строительства метрополитена на линиях мелкого зало-
жения . ......... . .............. .................... . ........... 131
2 1. Сущность метода и эффективность применения .............. 131
2 .2 Конструкции станций полузакрытого способа работ и технология их
сооружения ...... ........ ................... 135
3. Научные аспекты новой технологии ..-147
3 J Задачи и методы исследований ......<............... 147
? 2 Исследование напряженно-деформированного состояния конструкций
станций метрополитена на моделях комбинированным методом ... --------150
3.2.1 Принципиальные основы метода .150
3 2.2 Моделирование работы колонной станции 157
3 2 3 Моделирование работы односволчатой станции 168
3.3 . Системный анализ конструкций станций метрополитена ......... 171
3.4 Вопросы проектирования и расчета конструкций из армированного
грунта ....................................................... 197
3.4.1. Область применения конструкций из армированного грунта..... 197
3.4.2. Исследование напряженно-деформированного состояния конструкций
из армогрунта на моделях.................................-...202
3.4.3. Расчет конструкций из армогрунта . ...............................210
3.5 . Рекомендации по прогнозу осадок земной поверхности при сооруже-
нии станций полузакрытым способом . .... 222
4. Внедрение новых конструкций и технологии сооружения станций
метрополитена .................................................... 229
Список литературы .............................................. 242
Редактор Н.Л. Козырева
Художественно-технический редактор Е К Гарнухин
Компьютерная верстка и набор М.Е. Давыдовой. Н.П. Гашниковой, Н.Е. Нилъвы
Подписано к печати 15.12.94 Формат 60x90 1/16
Бумага офсетная. Гарнитура Таймс”. Печать 8ФЧ₽ТЧРЯПП
Объем 15.25 пл. ЗакЗ 41 IMK.IUUV
Центр инжиниринга, маркетинг и рекламы "ТИМР"
129344, Москве, ул. Ленская. 2/21