Текст
                    ВЫСШЕЕ
Ум. CvioO 4» . гюСоГнц?
СТРОИТЕЛЬСТВО
МЕТРОПОЛИТЕНОВ

В.А. Главатских, В.С. Молчанов СТРОИТЕЛЬСТВО МЕТРОПОЛИТЕНОВ Под редакцией канд. техн, наук, доцента В.А. Главатских Рекомендовано Управлением кадров, учебных заведений и правового обеспечения Федерального агентства железнодорожного транспорта в качестве учебного пособия для студентов вузов железнодорожного транспорта Москва
УДК 625.42 Б БК 39.81 Г52 Г52 Главатских В.А., Молчанов В.С. Строительство метрополите- нов: Учебное пособие для вузов железнодорожного транспорта / Под ред. В.А. Главатских. М.: Маршрут, 2006. 680 с. ISBN 5-89035-364-0 Приведены краткие сведения о развитии метрополитенов и других видов скоростного внеуличного пассажирского транспорта в крупнейших городах России; методики обоснования необходимости их строительства; основные конструктивно технологические решения сооружений метрополитена. Отра жены принципы организации строительного производства, современные тех нологни отечественного и мирового метростроения, вопросы охраны труда и промышленной безопасности в метростроении. Пособие предназначено для студентов специальности «Мосты и транспортные тоннели» (специализации «Транспортные тоннели и метрополитены» и «Городские транспортные соору жения»); может быть полезно для специалистов в области проектирования, строительства и эксплуатации метрополитенов. УДК 625.42 ББК 39.81 Книгу написали: В.А. Главатских предисловие, введение, главы 3 6, 8 17; В.С. Молчанов главы 1, 2, 7, 18 21, заключение, приложения. Рецензенты: д-р техн, наук, проф. кафедры «Тоннели и метрополитены» МИИТа Е.А. Демешко} генеральный директор ЗАО «Новосиб-метропроект» А.П. Мельник. ISBN 5-89035-364-0 © В.А. Главатских, В.С. Молчанов, 2006 © УМЦ по образованию на железнодорожном транспорте, 2006 © Издательство «Маршрут», 2006
ПРЕДИСЛОВИЕ Дисциплины «Технология строительства метрополитенов», «Организация, планирование и управление в моего- и тоннелестроении» завершают учебную программу в вузе и имеют цель подготовить студентов к практической деятельности на строительном производстве, в аппарате заказчика или проектно-изыскательской организации. При этом требуется изучить методы и приемы тоннелестроения, сферы их применения в зависимости от особенностей местных природных, градостроительных и геотехнических факторов, прямо или косвенно влияющих на строительство. Для усвоения дисциплин необходимы глубокие знания по предшествующим общетехническим дисциплинам («Строительная механика», «Строительные материалы», «Строительные конструкции») и дисциплинам тоннельного цикла («Тоннели и метрополитены», «Щиты и щитовые комплексы», «Буровзрывные работы») и др. Изучив дисциплины, студенты должны : знать организацию и технологию метростроения, специальные способы подземного строительства и условия их применения; уметь оценить инженерно-геологические и гидрогеологические условия заложения подземных сооружений метрополитена для выбора способа производства работ, определения необходимости и возможности применения искусственного укрепления грунтов; иметь представление о физической сущности явлений, протекающих в грунтовом массиве при различных способах его закрепления и строительстве подземных сооружений метрополитенов. Структура и содержание пособия тесно увязаны с программами указанных дисциплин тоннельного цикла и составлены с использованием и на основе литературы учебно-методической [7, 15—21, 39, 43, 45, 101, 103, 105, 107, 111, ИЗ, 116], специальной [21—23, 25, 26, 32—34, 38,41,47, 50, 51, 60—61, 73,74, 99,102,106,108,109,112,114, 115, 118, 120] и справочной [49, 53, 66, 77, 93, 98, 100]; материалов научных, проектных и метростроительных организаций, а также публикаций отечественных и зарубежных авторов в специальных и периодических изданиях, в том числе в журналах «Метро и тонне
ли», «Метро-инвест», «Подземное пространство мира», «Транспортное строительство», «Шахтное строительство», «Экономика строительства» и др. [1—6,14,24,27—31, 35—37, 40,42,44,46,48, 52, 54, 55,58, 59,62,67,68,97,104,110,117,119,121—123]. Материал учебного пособия соответствует положениям действующих норм и правил по проектированию и строительству метрополитенов СНиП 32-02-2003 [87], СП 32-105-2004 [92], других утвержденных или согласованных Госстроем России нормативных документов [8—13, 78—92, 94—96], а также правил, пособий и рекомендаций [56, 57,63—65,69—72,75, 76]. Особое внимание в пособии уделено примерам из отечественного и зарубежного опыта метростроения, отражающим современные и прогрессивные технологии, конструктивные, объемно-планировочные и организационно-технологические решения. В тексте каждой главы с целью облегчения поиска информации по рассматриваемым вопросам приведены ссылки на источники библиографического списка.
ВВЕДЕНИЕ Социально-экономические реформы, проходящие в России, требуют интенсивного развития транспортной инфраструктуры крупных городов, в том числе метрополитенов, которые по праву занимают одно из ведущих мест в массовых городских пассажирских перевозках. По состоянию на 01.01.2006 г. общая протяженность линий существующих метрополитенов в городах России составила 445,6 км с 275 станциями. Метростроение в России — проблема общегосударственная, и должна решаться на федеральном уровне с участием субъектов Федерации. Именно поэтому правительство РФ поручением от 19 марта 2003 г. одобрило представленную «Программу развития метрополитенов и других видов скоростного внеуличного транспорта до 2015 года» и поручило Минэкономразвития России, Госстрою России, Минтрансу России и Минфину России при формировании проектов федеральной инвестиционной программы на соответствующие годы предусмотреть оказание государственной поддержки строительству метрополитенов. При этом следует отметить, что с середины марта 2004 г. в России введена новая трехуровневая система правительства: министерства, федеральные агентства и контрольнонадзорные органы. Первые призваны вырабатывать государственную политику в конкретных отраслях, вторые — проводить ее в жизнь, третьи — контролировать результаты. Эти сведения необходимы читателю в связи с тем, что многие бывшие министерства и ведомства, указанные в пособии, более не функционируют либо изменили свой статус. В частности, Госстрой России, выступавший тогда одним из учредителей и законодателей действующих нормативов, преобразован в Федеральное агентство по строительству и ЖКХ — и это следует учитывать. Значительное влияние природно-климатических и производственно-экономических факторов вызывает необходимость применения различных технологий строительства при возведении подземных сооружений метрополитена, способов взаимодействия средств и предметов труда, а также определенной организации про
изводства — взаимодействия исполнителей, оснащенных средствами производства, в процессе их деятельности. Получение наилучших результатов — основная цель совершенствования технологии и организации производства. Особое место на современном этапе занимают передовые (так называемые высокие) технологии, напрямую связанные с использованием высокопроизводительного оборудования и наличием обученного обслуживающего персонала. Как инвестиционная отрасль, т.е. такая, в которой происходит натурализация капитальных вложений, метростроение оказывает воздействие на интенсификацию производства, прежде всего путем сокращения сроков строительства подземных сооружений (от стадии проектирования до их ввода в эксплуатацию). Выполнение этой задачи является основным критерием эффективности метростроительного производства. К метро- и тоннелестроению в полной мере применимы также и общие критерии эффективности производства, такие, как повышение производительности труда, улучшение использования производственных основных фондов и оборотных средств, обеспечение режима экономии на производстве, устранение потерь и непроизводственных затрат, рентабельность работы метростроительных организаций и пр. Именно поэтому студентам — будущим руководителям производства — важно научиться умело решать указанные задачи в практической деятельности вне зависимости от складывающихся условий.
Раздел L РАЗВИТИЕ МЕТРОСТРОЕНИЯ В РОССИИ Глава 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР 1.1. Становление и развитие метростроения в России Теоретические и проектные разработки. В 1863 г. произошло важное событие в мировой истории — пуск первого в мире 3,6-кило-метрового подземного участка внеуличной железной дороги в Лондоне (рис. 1.1). Подземная дорога, построенная по инициативе инженера Грейтхеда и соединившая Северный и Западный вокзалы столицы Англии, получила название «Metropolitan Rail-Way» («столичная железнодорожная линия»). Интерес к новому виду транспорта проявился во многих странах мира, в том числе в России. Внеуличные рельсовые пути на некоторых метрополитенах мира стали прокладывать не только под землей, но и на эстакадах. Первые надземные линии появились в Нью-Йорке в 1868 г. (через 10 лет протяженность их превысила 50 км), затем — в Чикаго (1892 г.). Несколько позднее метрополитен начали строить и в других городах мира: Будапеште (1896 г.), Глазго (1896 г.), Бостоне (1897 г.), Париже (1900 г.), Берлине (1902 г.), Филадельфии (1907 г.), Гамбурге (1912 г.), Буэнос-Айресе (1913 г.), Мадриде (1919 г.), Барселоне (1924 г.), Афинах (1925 г.), Токио (1927 г.), Осаке (1933 г.) и т. д. В 1890 г. на подземной Южно-Лондонской линии была введена электротяга поездов, что повысило интерес к метрополитену [11 (ч.1), 22, 82 (2.6)]. Строительству первого метрополитена в России предшествовали многочисленные теоретические и проектные разработки специалистов-энтузиастов. Одним из инициаторов строительства метрополитена в Москве был инженер А.И. Антонович, составивший совместно с инженерами путей сообщения Н.Г. Голиневичем и Н.П. Дмитрие-
Рис. 1.1. Первое Лондонское метро (конец XIX в.): а подвижной состав; б в вагоне метро вым схему внеуличных городских железных дорог большой скорости в виде круговой и радиальных линий, предусматривавших двухпутное движение. Однако эта идея не была поддержана городскими властями. Разносторонний резонанс в обществе вызвал проект других авторов — инженеров П.И. Балинского и Е.К. Кнорре. Именно Ба-линский, выпускник Петербургского института гражданских ин
женеров, впервые в России в 1893 г. вошел с ходатайством к Санкт-Петербургскому градоначальнику об организации общества постройки метрополитена. Он разработал и передал проекты метрополитенов в Министерство внутренних дел в Петербурге (1900 г.) и Москве (1901 г.). Готовясь к выступлению в Москве, П.И. Балинский привлек к доработке проекта помощников — инженера Е.К. Кнорре и архитектора Н.Н. Каразина, автора многих искусственных сооружений Транссибирской магистрали. Но на специальном «чрезвычайном собрании» Думы по предложению А.И. Гучкова депутаты отклонили принятие проекта. Только через 10 лет обострившийся в Москве транспортный кризис заставил вернуться к вопросу о метрополитене. К этому моменту население города достигло 1,62 млн чел. В 1912 г. городская Дума ассигновала 50 тыс. руб. на составление эскизного проекта метрополитена Московской городской управе, которая совместно с Управлением городских железных дорог разработала «Основные положения проекта» и наметила независимую от магистральных железных дорог подземную сеть со специальным подвижным составом облегченного типа (по примеру Парижского метрополитена). В 1918 г. Москва приобрела статус российской столицы, а в октябре архитектором Б.О. Саулиным был представлен первый проект реконструкции города, в котором предусматривалось сооружение метрополитена с кольцевой линией, объединявшей все вокзалы. Однако только в 1930 г. управление Московской трамвайной сети закончило разработку первого официального проекта Московского метрополитена. Схема подземных линий в основном повторила радиально-кольцевую планировку наземной Москвы. Строительство первого отечественного метрополитена в Москве. Решение о строительстве Московского метрополитена принял июньский Пленум ЦК ВКП(б) 1931 г. [32]. Уже через месяц по решению Моссовета выделяются средства на подготовительные работы и создается оргбюро Метростроя. Начальником и главным инженером строительства Московского метрополитена был назначен Павел Павлович Ротерт — опытный инженер-строитель Днепростроя. Для решения технических вопросов проектирования и строительства создается комитет научно-технического содействия Мет
рострою под председательством академика Г.М. Крыжановского. В него вошли известные ученые страны — академики А. А. Скочинс-кий, А.М. Терпигорев, И.М. Губкин, профессоры С.Н. Розанов, А.Н. Пасек, Н.Н. Давиденков, М.В. Келдыш, В.Н. Николаи, П.М. Цим-баревич. В том же 1931 г. закладывается первая шахта на Русаковской улице. В июне 1933 г. на базе проектной группы техотдела Мосметростроя создается проектный институт Метропроект (в настоящее время ОАО «Метрогипротранс»). К строительству тоннелей между станциями «Сокольники» и «Красносельская» приступили в начале 1932 г. Сооружение первых тоннелей позволило изучить особенности ведения работ в городских условиях. В этих тоннелях впервые применили внутреннюю оклеенную гидроизоляцию, поддерживаемую железобетонной «рубашкой», и искусственное водопонижение. На участке между Сокольниками и Каланчевской площадью работы вели в открытых котлованах, которые крепили металлическими забивными сваями и деревянными распорками, поставленными в два-три яруса. В связи с проходкой впервые возникла необходимость в укреплении фундаментов зданий и сооружений. При подходе к Каланчевской площади проходка тоннелей мелкого заложения оказалась невозможной. Потребовалось заглубить трассу в коренные неводоносные пласты. На участке между станциями «Красные ворота» и «Охотный ряд» впервые применили щитовую проходку под сжатым воздухом. Первые неглубокие шахтные стволы начали строить еще при начальном варианте мелкого заложения. Здесь вместо наклонного бремсберга, с которого начали сооружение первого тоннеля на Русаковской улице, заложили вертикальный ствол прямоугольного сечения с деревянным срубом. На участке глубокого заложения от ст. «Красные ворота» до ст. «Библиотека им. Ленина» стали строить стволы кругового очертания с обделкой из железобетона, применяя забивной шпунт, опускную крепь и сжатый воздух. Перегонные тоннели глубокого заложения строили в основном горным двухштольневым способом опертого свода с тем различием, что под Мясницкой улицей применили не двухпутный, как на подходе к ст. «Красные ворота», а параллельные однопутные тоннели с монолитной обделкой и внутренней железобетонной гидроизоляцией. Для уменьшения расхода строительных материалов и
освобождения рабочего пространства на Кировском радиусе был опробован способ «летучей арки», при котором деревянные рамы заменили съемными винтовыми домкратами-стойками, предложенными американским консультантом Джорджем Морганом. Первой станцией Московского метрополитена стала станция открытого способа работ «Гаврикова улица» (ныне «Красносельская»). Таким же способом были построены станции с плоским перекрытием — «Сокольники», «Комсомольская», «Кропоткинская» и «Парк культуры». Станцию «Красные ворота» мелкого заложения в начале строительства пришлось заменить трехсводчатой пи-лонной станцией глубокого заложения. Опыт строительства первой очереди метрополитена в Москве показал, что лучшим при сооружении тоннелей является щитовой способ, исключающий применение многоэлементной деревянной временной крепи и позволяющий сразу вслед за передвигающимся щитом иметь готовую обделку. В связи с этим возникла задача создания отечественного щита. На участке между станциями «Площадь Свердлова» («Театральная») и «Дзержинская» («Лубянка») длиной 864 м впервые в практике отечественного метростроения щитовая проходка в мелкозернистых водонасыщенных песках была осуществлена под сжатым воздухом. Для этого был запроектирован и изготовлен первый отечественный щит, который начал проходку в мае 1934 г., менее чем через два месяца после пуска английского щита. А уже в 1936 г. прошел производственные испытания первый отечественный станционный щит. Сразу же после начала строительства станций «Лермонтовская» («Красные ворота»), «Кировская» («Чистые пруды»), «Дзержинская» («Лубянка») и «Проспект Маркса» («Охотный ряд») на большой глубине возникла задача обеспечения наиболее удобного и быстрого подъема и спуска пассажиров. Появились предложения об устройстве многоместных лифтов, использовании вертикальных шахт для устройства в них эскалаторных лестниц, движущихся по винтовой линии, и т.п. Однако победил проект эскалаторов в наклонных тоннелях. Уже в 1933 г. Ленинградский завод «Красный металлист» изготовил первые опытные эскалаторы, а в 1935 г. ими оснастили почти все первые станции глубокого заложения. Не только первые тоннели, но и первые вагоны метро начали проектировать в Метрострое. Первый вагон был изготовлен Мыти
щинским заводом в мае 1933 г., а в январе 1935 г. завод выпустил уже 40 вагонов. Самый первый поезд из двух вагонов красного цвета серии «А» — моторного № 10001 и прицепного № 1001 — совершил первый рейс между станциями «Сокольники» и «Комсомольская» 15 октября 1934 г. Один из этих вагонов, за 40 лет эксплуатации прошедший около 3,4 млн км, стал экспонатом заводского музея. Для максимального развития фронта работ за короткий период был создан мощный щитовой парк из 42 щитов (30 перегонных и 12 станционных), изготовленных Кировским заводом в Ленинграде, Новокраматорским и Горловским машиностроительными заводами в Донбассе и др. Такого количества одновременно работающих щитов не знала ни одна стройка мира. Московский метрополитен строился невиданно высокими темпами. Пуск в мае 1935 г. 1-й очереди Московского метрополитена протяженностью 11,2 км, на которой технические достоинства сочетались с благоприятными санитарно-гигиеническими условиями и жизнеутверждающей архитектурой станций, явился крупным достижением российской строительной техники и новым явлением в мировом метростроении. После окончания строительства 1-й очереди метрополитена развернулись работы на Арбатском, Покровском и Горьковском радиусах в крайне сложных инженерно-геологических условиях, зачастую под сжатым воздухом и с замораживанием плывунов. Щитовую проходку вели рекордными темпами со скоростью до 120 м/мес. Несмотря на трудности, 11 сентября 1938 г. 2-я очередь метро протяженностью 9,6 км была сдана в эксплуатацию. Еще более сложной оказалась трасса метро 3-й очереди, сооружение которой пришлось на суровые годы войны (1941—1945 гг.). О сложности гидрогеологических условий говорит, например, тот факт, что при сооружении станции «Павелецкая» было откачано 16 млн м3 воды, а при возведении «Таганской» — 55 млн м3. В одном из стволов, заложенных в грунтах возраста доледникового периода, приток воды достигал 2400 м3/ч, тогда как расход воды в реке Яуза не превышает 1800 м3/ч. За время существования Московский метрополитен превратился в один из крупнейших метрополитенов мира. В настоящее время перевозочный процесс осуществляется по 11 линиям радиально-кольцевой структуры со 171 станцией, 54 из которых пересадочные (рис. 1.2).
Митино (3) Волоколамское X Шоссе Мякинино О Строгино Q _ И Октябрьское Поле ф Крылатское ф Полежаевская ф Молодёжная ф Беговая ф Кунцевская ф Улица 1905 Года ф {’' Пионерская ф Филёвский П ф Багратионовская ффили ф Кутузовская ф Студенческая Минская Планерная ф Речной Вокзал ф Алтуфьево ф Сходненская ф Водный Стадион ф Бибирево ф Тушинская ф ~ ” Щукинская ф s е- ф Медведково ф Улица Подбельского >3- ф Бабушкинская ф Черкизовская S g’S ф Свиблово ~____ .... f I Л Ботанический Аэропорт} pggxJ J Динамо ф Тимирязевская ф ф Алексеевская Дмитровская ф М1 ф Рижская Савёловская ф .. _ Марьина Роща Войковская ф Отрадное ф Сокол Л Владыкино ф Потпгыаггп. русская Библио > Достоевская Проспект Комсомол истые Пруды Кузнецким Смоле Третьяковская .Лени Полянка Павелецкая I сю Чеховская Кропотки О •^Преображенская Площадь ф Сокольники ф Красносельская Ф Щёлковская ф Первомайская ф Измайловская ф Партизанская ф Семёновская ф Электрозаводская ф Бауманская Парк Победы Парк Культуры! Шаболовская ф Фрунзенская Ленинский Проел, ф Спортивная ф Академическая ф Воробьёвы Горы ф Профсоюзная ф Университет ф Новые Черёмушки ф Калужская ф Беляевоф Коньковоф Тёплый Станф Ясеневоф Битцевский Парк Дми Проспект Вернадского ф Юго-Западная® Олимпийская Деревня Терёшково Солнцево . Боровское Шоссе Новопеределкино Л2 (й) ЛИНИИ МОСКОВСКОГО МЕТРОПОЛИТЕНА ШфВ Сокольническая 2«|ф» Замоскворецкая Звф* Арбатско-Покровская Филёвская 8 Новокосино Новогиреево X Перово Шоссе Энтузиастов Чкаловская Ф Авиамоторная Курская лощадь Ильича Римская стекая Пролетарская Застава ф Автозаводская ф Коломенская Каширская Дубровка ф Кожуховская оил|ц»рад-.-.,. ф Печатники ф Проспект „ ф Волжская ф Текстильщики Кантемировская ф ф Люблино ф Кузьминки 1 ПапипыноЛ г- а Рязанский царицыно ф Братиславская ф проспект Орехово ф Марьино ф Выхино , ДрмоДВДОВскаяф Q Борисово (?) Жулебино Красногвардейская WXlO Шипиловская )\3 Зябликово Серпуховская Тульскаяф Нагатинскаяф Нагорная ф Нахимовский Проспектф Севастопольская!^^) Каховская Чертановскаяф Южная ф Пражская ф Ул. Академика Янгеля ф Аннино ф (цисногщщдеиская ДмириялЙМ Бриеио® 1 ОУл- Старокачаловская С Улица Скобелевская Бульв. Адмирала Ушакова • Улица Горчакова Л10 Бунинская Аллея Кольцевая 641фВ Калужско-Рижская Таганско-Краснопресненская Калининская МОНОРЕЛЬСОВАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА M1C==<gS> ЛИНИИ ЛЕГКОГО МЕТРО Л1 Бутовская Волгоградский 9«Ф* Серпуховско-Тимирязевская Люблинская 11вфЖ Каховская Станции пересадок aQO Строящиеся линии и станции Рис. 1.2. Схема линий Московского метрополитена (2006 г.)
Удельный вес столичного метрополитена в общегородских объемах пассажироперевозок в настоящее время составляет 59 %. Ежедневно в рабочие дни недели метрополитен перевозит 9—9,5 млн пассажиров. За год услугами метрополитена пользуются более 3,1 млрд чел., что позволяет Московскому метрополитену по этому показателю занимать лидирующее место среди метрополитенов мира. Однако плотность сети линий Московского метрополитена составляет всего 0,26 км линий на 1 км2 площади города, в то время как в Нью-Йорке этот показатель равен 0,5 км, в Лондоне — 1,21 км, в Париже — 2,8 км линий на 1 км2. Московский метрополитен непрерывно развивается. Так, в 2006 г. начнется проходка перегонного тоннеля от ст. «Каширская» до ст. «Печатники» в составе будущего Большого кольца метрополитена (строительство Кольца планируется завершить к 2035 г.). Строительство Санкт-Петербургского метрополитена. Вопрос о возможности строительства и глубине заложения метрополитена в Петербурге, стоящем на болоте, долго дискутировался среди специалистов. Основной преградой являлась широкая Нева. Варианты пересечения ее мостами в начале XIX в. казались нереальными вследствие большой глубины и бурных весенних ледоходов, в результате чего появились предложения прокладки подводных тоннелей. В 1814 г. с известным английским инженером Марком Изобаром Брюнелем был заключен договор на проектирование перехода. Брюнель предложил два варианта перехода: мостовой и тоннельный. Тоннельный вариант предполагал преодоление неустойчивых грунтов под Невой изобретенным Брюнелем щитовым способом. Проходку кругового тоннеля Брюнель предусматривал вести на полное сечение, прикрывая забой, как крышкой, поворотным диском — план-шайбой с винтовой поверхностью и «зубом», подобно раковине морских древоточцев Toredo Navalis, послуживших источником зарождения идеи. Сходство диска с воинским щитом древних завоевателей стало основой для названия изобретения [58]. Первоначально щит М. Брюнеля имел форму прямоугольного бруса, поперечное сечение которого было расчленено на отдельные поочередно выдвигаемые ячейки (рис. 1.3). Именно такой прямоугольный щит сечением 6,71x11,98 м, разбитый на 36 ячеек и использовавшийся в 1825—1842 гг. при строи-
2 Рис. 1.3. Схемы щитов Брюнеля с выдвижными ячейками: а щитовая ячейка; б разбивка щитов большого сечения на ячейки; 1 продольный разрез щитовой ячейки; 2 вид спереди; 3 вид сзади; 4 щит по патенту 1818 г.; 5 щит, примененный в Лондоне тельстве тоннеля под р. Темзой в Лондоне, стал прототипом щита для строительства тоннеля в Петербурге. Однако этот проект так и не был осуществлен. В начале XX в. появился вариант внеуличной трамвайной дороги под Невским проспектом, положительно воспринятый Товариществом конно-железных дорог (рис. 1.4). В 1901 г. с проектом «круговой и городских железных дорог для Санкт-Петербурга (метрополитена)» выступил инженер П.И. Балинский. Он не решился на подземный вариант внеуличной дороги, а представил ее на эстакадах и земляных насыпях высотой 5—10 м. В 1917 г. Управление Петроградских городских железных дорог предложило схему метрополитена с размещением тоннелей в Ека-
Дворцовая пл. Б.Морская Казанская ф Гостиный Двор Екат. сквер Литейный просп. Николаевская ул. Знаменская пл. 414,0 м | 328,0 | 423,5 1 371,0 1 605,5 | 421,6 | 477,1 Открытый способ |Щитовой| О.с.| Щитовой I Открытый способ | Щитовой | Открытый способ Поперечное сечение перегонных тоннелей Рис. 1.4. Трамвайный тоннель под Невским проспектом по проекту Г.А. Гиршсона
терининском канале. Руководитель проекта инженер Ю.К. Гринвальд писал: «При устройстве метрополитена в Петрограде необходимо принять меры к тому, чтобы тоннель пролегал возможно ближе к поверхности улицы с целью облегчения доступа пассажиров к станциям. Это условие должно быть принято во что бы то ни стало и за какую бы то ни было цену». Однако инженерно-геологические и гидрогеологические исследования показали, что под городом лежат осадочные грунты, в основном — протерозойские глины, а над ними — отложения новейшего периода истории Земли с большим количеством валунов и наличием напорных вод. Именно поэтому проектировщики приняли отличающееся от предложенных ранее решение — прокладывать тоннели на большой глубине в протерозойских глинах. Начавшееся в марте 1941 г. в городе на Неве строительство метрополитена было прервано Великой Отечественной войной и возобновилось лишь в 1946 г. Проектировщики и строители Санкт-Петербургского метрополитена внесли существенный вклад в совершенствование конструктивно-планировочных и организационно-технологических решений строящегося метрополитена. В частности, специалистами института «Ленметрогипротранс» была создана конструкция станции со сборными железобетонными колоннами вместо металлических, сборными железобетонными нижними ригелями вместо монолитных и сборными железобетонными верхними опорными блоками вместо чугунных тюбингов. На участке Фрунзенско-Приморской линии построена станция «Спортивная» — первая в России двухъярусная пересадочная станция, на которой с целью снижения уровня шума и вибрации применено новое конструктивное решение основания под путь (нижний ярус). Для будущих станций («Звенигородская», «Площадь Мира II», «Адмиралтейская») разработаны обделки, сооружаемые методом опережающей щелевой крепи — безосадочным методом проходки выработок больших размеров. При строительстве Санкт-Петербургского метрополитена широко применяется «стена в грунте», возводимая с укреплением ее грунтовыми анкерами. Для создания гидроизоляционных экранов, а также для подавления течей в подземных сооружениях вместо за
мораживания успешно проходит апробацию новая технология закрепления водонасыщенного грунта экологически чистым раствором из цемента, жидкого стекла и бентонитовой глины. «Ленметрогипротрансом» совместно с Московским научно-производственным объединением «Лифтмаш» разработана технология вертикальной транспортировки пассажиров с использованием в одной шахте четырех пассажирских лифтов грузоподъемностью 3200 кг каждый (на 40 чел.), двигающихся со скоростью 2 м/с, высотой подъема до 100 м, с автоматическими площадками-накопителями, регулирующими пассажиропотоки и не допускающими перегруза лифта. Петербургский метрополитен начала XXI в. — это четыре подземные линии общей протяженностью 103,8 км, 59 станций и 64 вестибюля, 5 эксплуатационных депо и ремонтная база [111, рис. 2.11]. Это единственный в России метрополитен, являющийся рентабельным. Наряду с этим он считается самым автоматизированным в стране. В настоящее время в Санкт-Петербурге осуществляется комплексный подход к развитию городской транспортной инфраструктуры в целом. В соответствии с принятой в 2002 г. Программой развития метрополитена до 2015 г. планируется построить 41,5 км трасс и 21 новую станцию. На схеме метрополитена появится Кольцевая линия, которая разгрузит перенапряженные станции в центре города. Будут также построены новые станции в окраинных районах города. В частности, 2 апреля 2005 г. открылась станция «Комендантский проспект». Она стала самой глубокой в России, глубина заложения — 78 м. А в 2006—2007 гг. войдут в строй станции «Адмиралтейская», «Спортивная-2», «Балтийская-2». В дальнейшем планируется продолжение строительства Фрунзенского радиуса до станций «Обводный канал» и «Волковская». После ст. «Волковская» возможно строительство наземного варианта метро, а также маршрутов скоростного наземного трамвая. Строительство первого за Уралом метрополитена в Новосибирске. С развитием Новосибирска в нем уже начиная с середины 40-х гг. все более обострялась транспортная проблема [15, 51]. Трудности в транспортном обслуживании населения города усугублялись своеобразной планировочной структурой, характеризующейся перемежающимся размещением селитебных и промышленных зон, застройкой жилых массивов на периферии города. С созданием в конце
50-х гг. научного центра — Академического городка — протяженность города достигла в меридианальном направлении 40 км. Структура улично-дорожной сети Новосибирска сложилась с ориентацией на один городской мост через р. Обь и в основном развивалась бессистемно, в результате чего стали нарастать трудности в пропуске разнородных транспортных потоков на многих участках сети. Городской пассажирский транспорт (трамвай, троллейбус, автобус) был сильно перегружен. Пассажиропотоки на основных направлениях в час «пик» превышали 25 тыс. пассажиров в одну сторону, а наполнение подвижного состава превышало 10 чел./м2 свободного пола. Особенные трудности в организации системы транспортного обслуживания наблюдались в зимнее время, когда на протяжении 2—3 месяцев температура воздуха снижалась до 35—40 °C при скорости ветра 10—15 м/с. Прогнозное увеличение объемов пассажирских перевозок на 1975 г. в 1,4 раза, а на 1980 г. в 2 раза, а также ожидаемый рост автомобилизации еще более усугубляли транспортные проблемы города. Совет Министров РСФСР Постановлением от 5 марта 1968 г. поручил институту «Новосибгражданпроект» разработать комплексную схему перспективного развития городского пассажирского транспорта в г. Новосибирск до 1980 г. с выделением строительства 1-й очереди метрополитена в 1975 г. 24 апреля 1975 г. Совет Министров РСФСР утвердил ТЭО строительства метрополитена в Новосибирске. В декабре 1977 г. институт «Метрогипротранс» закончил разработку технического проекта, а в ноябре 1978 г. Совет Министров утвердил проект. 12 мая 1979 г. была забита первая свая на месте будущей станции «Октябрьская». Новосибирский метрополитен возвестил о своем рождении 28 декабря 1985 г. С вводом в апреле 1992 г. в эксплуатацию станций «Гагаринская» и «Заельцовская» завершено сооружение первой очереди метрополитена, связавшей центр города с районом железнодорожного вокзала и двумя крупными пассажирообразующими центрами — площадью Калинина и площадью Маркса. Тем самым была решена в определенной степени одна из самых актуальных транспортных и социальных задач — две части города, разделенные могучей Обью, обеспечены надежной и эффективной транспортной артерией.
В настоящее время Новосибирский метрополитен осуществляет около 20 % общегородских перевозок пассажиров. По объему перевозок в год он занимает третье место в России (после Московского и Петербургского метрополитенов). Общая протяженность двух действующих линий превышает 13 км, пассажиров принимают восемь станций Ленинской и три станции Дзержинской линий (рис. 1.5). Рис. 1.5. Схема линий Новосибирского метрополитена
С момента пуска здесь перевезено более 1 млрд пассажиров; среднесуточный объем перевозок составляет около 250 тыс. чел. При проектировании и строительстве метрополитена были учтены специфические особенности сибирского региона. Прежде всего, это ведение строительства и дальнейшая эксплуатация сооружений в условиях длительного воздействия отрицательных температур. На протяжении всех лет метростроители Новосибирска тесно сотрудничают с проектными и научно-исследовательскими учреждениями города, в том числе с Институтом горного дела (ИГД) Сибирского отделения Академии наук, СибЦНИИСом, НИИЖТом, Западно-Сибирским филиалом ВПТИтрансстроя. Внедрение новых разработок проверено объективными критериями экономики. Например, обделка, обжатая в грунт, дала экономический эффект 100 тыс. руб. на 1 км пройденных тоннелей. Применение для гидроизоляции эпоксидной каменноугольной мастики дало 1 руб. экономии на 1 м~ гидроизоляции из гидростеклоизола и повысило производительность труда в 2,5 раза. Внедрение нагельного крепления котлована на ст. «Площадь им. Маркса» дало экономию металлопроката более 100 т. Широко использовались невзрывчатое разрушающее средство для разломки бетонных массивов, химическое закрепление грунтов, обогрев бетона в опалубке зимой при помощи греющего кабеля и другие технические новшества. Серебряной медалью ВДНХ была отмечена работа по внедрению грунтовых анкеров с использованием пневмопробойников. Впервые в практике отечественного метростроения в путь уложены рельсы марки Р65, что повлекло за собой применение новых видов креплений, перекрестного съезда; на одном из перегонов уложено подрельсовое основание на железобетонных лежнях, широко внедряемое в начале XXI в. При строительстве перегонного тоннеля ст. «Площадь Ленина» — ст. «Красный проспект» в районе р. Каменка впервые опробован и показал отличные результаты новый механизированный проходческий комплекс КТ-5,6Д2, за внедрение которого группа метростроителей награждена медалями ВДНХ. Впервые в практике отечественного метростроения широко применена автомобильная откатка грунта из забоев при проходке тоннелей. Для перевозки бетона использовались миксеры-бетоновозы, а при приготовлении бетона в
качестве добавок — пластификаторы и зола. На строительстве метро прошли испытания инструменты и оборудование, предложенные Институтом горного дела, в том числе: пневмопробойники, сверлильные и пневмоударные машины, оборудование ПУМ-3 для устройства нагельной крепи, ДИН-900 для забивки экрана из труб и др. Западно-Сибирским филиалом ВПТИтрансстрой разработаны технологические карты, новые конструкции анкеров и способы нанесения гидроизоляции. Сотрудниками НИИЖТа внедрены пластифицирующие добавки ЛСТМ-2, дающие до 10 % экономии цемента; разработаны программы для микроЭВМ, помогающие обрабатывать маркшейдерские данные; произведены контрольные расчеты несущей способности обделки построенных тоннелей с выдачей соответствующих рекомендаций; разработана АСУ ТП по эксплуатации метрополитена. Эксплуатация сооружений и оборудования метрополитена показала, что заложенные проектировщиками технические решения в целом отвечают суровым климатическим условиям Сибири, за исключением устройства открытых входов станций. Практика убедительно доказала, что в Сибири необходимо строить метрополитен только с закрытыми входами и со специальным подогревом ступеней для исключения образования наледи. 28 декабря 2000 г. сдан в постоянную эксплуатацию участок Дзержинской линии метрополитена от ст. «Сибирская» до ст. «Маршал Покрышкин». Строительство второй очереди от ст. «Маршал Покрышкин» до ст. «Гусинобродская» продолжается. В сентябре 2003 г. в Новосибирск самолетом АН-124 доставлен механизированный тоннелепроходческий комплекс (ТПК) фирмы «Lovat» (Канада) с роторным рабочим органом и призабойной камерой с грунтовым при-грузом. С февраля по май 2004 г. комплекс впервые задействован на проходке левого перегонного тоннеля между ст. «Маршала Покрышкина» и ст. «Березовая роща», после чего в специальном котловане был «развернут» (без демонтажа) для проходки правого тоннеля. Этот участок протяженностью 1,25 км сдан в постоянную эксплуатацию 25 июня 2005 г. В дальнейшем в соответствии с генеральной схемой развития метрополитена в Новосибирске (табл. 1.1) планируется использо-
Таблица 1.1 Перспектива развития линий метрополитена в Новосибирске Наименование линии Протяженность, км Коли-чество станций В том числе до 2015 г. на перспективу участок линии длина, км количество станций участок линии длина, км количество станций Ленинская 20,84 15 Ст. «Пл. Маркса» — ст. «Пл. Станиславского» 1,14 1 Ст. «Пл. Станиславского» — ст. «Южная»; ст. «Заельцовская» — ст. «Авиационная» 3,06 5,65 3 Дзержинская 14,66 8 Ст. «Доватора» — ст. «Березовая роща» 4,00 2 Ст. «Пл. Гарина-Михайловского» — ст. «Комсомольская» 6,36 2 Кировская 13,58 8 Ст. «Чемская» — ст. «Комсомольская» 13,58 8 Первомайская 21,09 12 Ст. «Чкаловская» — ст. «Первомайская» 21,09 12 Октябрьская 21,23 10 Ст. «Авиационная» — ст. «Камышенская» 21,23 10 Всего 91,4 53 5,14 3 70,97 38
вать ТПК «Ловат» также при проходке перегонных тоннелей под Обью на участке от ст. «Пл. Гарина-Михайловского» до ст. «Комсомольская» Дзержинской линии. Строительство метрополитенов в других крупных городах России. Несмотря на сложные экономические условия, география метростроения в России расширяется. Если в 1991 г. дальнейшее развитие метрополитенов осуществлялось в шести городах: Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Новосибирске, Самаре и Екатеринбурге, то в последующие годы начато строительство еще в пяти городах: Омске, Челябинске, Красноярске, Казани и Уфе. Основные характеристики метрополитенов в городах России представлены в табл. 1.2. 1.2. Виды метрополитенов и другого внеуличного городского пассажирского транспорта Традиционные типы метрополитенов. По объему эксплуатационной работы (работа транспортной сети), млрд пасс.-км, метрополитены делят на 6 классов: более 3,0 — 1 класс (Москва, Лондон, Нью-Йорк, Париж, Токио); 1,5—3,0 — 2 класс (Санкт-Петербург, Чикаго, Буэнос-Айрес); 1,0—1,5 — 3 класс (Берлин, Гамбург, Мадрид, Рим); 0,5—1,0 — 4 класс (Барселона, Бостон, Осака, Стокгольм, Торонто, Филадельфия); 0,2—0,5 — 5 класс (Киев, Тбилиси, Вена, Милан и др.); менее 0,2 — 6 класс (Баку, Афины, Будапешт, Глазго, Ливерпуль, Осло, Новосибирск и др.). Безопасность движения поездов метрополитена достигается системой автоблокировки и автостопов, которые включаются автоматически при проезде запрещающего сигнала светофора. Существуют две принципиально различные схемы метрополитенов: с пересечением линий в одном уровне и с независимым движением поездов по каждой линии при их пересечениях в разных уровнях. В нашей стране предпочтение отдано второй. При этом проектируются схемы в виде отдельных диаметров, пересекающих город в центральной части, с дополнением кольцевыми линиями. В местах пересечения линий устраиваются пересадочные узлы или совмещенные пересадочные станции. При необходимости организуется «зонное движение» с увеличенным числом поездов в центральной части города.
Характеристики метрополитенов России на 2006 г. Таблица 1.2 Город Год начала строительства Общая протяжен ность, км Количество линий Количество стан ций Объем перевозок в сутки, тыс. чел. % от общ. объема пассажирских пе ревозок в городе Инженерногеологические условия Основное строительнотехнологическое оборудование 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Москва 1932 284,9 11 171 9600 59 Весьма сложные: от плывунов (мощностью до 30 м) до скальных грунтов с большими водопри-токами и гидростатическим давлением подземных вод (до 0,3 МПа) Отечественные механизированные щиты, щит «Вайс унд Фрейтаг», комбайны ГПКС, ГПК Е-134 фирмы «Паурат», комплексы фирмы «Зальцгит-тер» и др. ТНУ-4, КПЭ-9,5, комплексы КМ со щитом ЩМР-1, КМ-42 и КМ-43 со щитами ЩНЭ-1М, укладчики УКВ-1 и УКВ-2 и др. Санкт-Петербург 1941 103,8 4 59 3800 38 Весьма сложные: марены и глина, насыщенные водой, плывуны, каналы, валуны, р. Нева, опасные размывы, подземные реки, озера и пр. КТ1-5,6; ЧПП-5, ГПКС; АМК-1 и АМШ, укладчик свода УСО-1, оборудование для замораживания грунтов и др.
Продолжение табл. 1.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Нижний Новгород 1977 15,5 2 13 200 8,5 Средней сложности: пески от пылеватых до крупных, суглинки, глины; насыпные и намывные пески, УГВ = 8...15 м от поверхности Оборудование для водопонижения скважинами по всей длине и монолитно-прессо-ванной обделки; комплексы со щитами ЩМ-17 и ЩМ-17М, ККТС-20 и др. Новосибирск 1979 14,4 2 12 250 17 Средней сложности: расчлененность мелкими речками, оврагами, р. Обью, насыпные и глинистые грунты Механизированные щиты КТ-5,6Д2 (впервые в стране), КМ-43, ККТС-20, пневмопробойники ПУМ-3, ДИП-900; ТПК фирмы «Ловат» (Канада) и др. Самара 1980 8,7 1 8 160 5,4 Средней сложности: насыпные, глинистые, мергелистые, выветрелые до рухляков доломиты, высокий уровень грунтовых вод ТПК КП-96 D=5,6 м, КТ-5,6Д2, экскаватор Э-5015, ПК ГПКС, оборудование для полузакрытого способа, комплексы КМ-42 и КМ-43 со щитами ЩНЭ-1 и ЩНЭ-2 Екатерин-бург 1978 9,6 1 7 — 5 Сложные: сильно трещиноватые грунты с крутопадающим напластованием ТПК «Вирт», «Паурат», торкрет-установка «Алива», бетононасос «Швингт», опалубка «Тиссен», НАТМ на станции «Геологическая», комплексы КМ-42 и КМ-43 со щитами ЩНЭ-1 и ЩНЭ-2
Окончание табл. 1.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Омск 1992 — — — — — Средней сложности: высокий У ГВ, грунты глинистые, мергелистые водонасыщенные, воды агрессивные к бетону, подтопляемая территория города Оборудование для специальных способов: водопонижение, механизированные щиты КТ-5,6Б2, ТЩБ, «СГ» Челябинск 1977 — — — — — Сложные: неустойчивые обводненные грунты, большие водопритоки, разломы Оборудование для технологии НАТМ, шлаколитные тюбинги (рекомендованы ТПК фирмы «Ловат»), оборудование для тампонажа грунтов, щитовой комплекс КМ-34 Красноярск 1993 — — — — — Сложные: песчаники, алевролиты, мергели, известняки, лессовые просадочные суглинки и супеси, гидростатическое давление до 0,45 МПа КТ-5,6Д2, ЩН с БВР, укладчики ТНУ, КМ-15Гп, оборудование для цементации; ТПК фирмы «Ловат» (Канада) Уфа 1997 — — — — — Благоприятные: глины, суглинки, супеси, песчаники малообводненные КТ-5,6Б2 и др. Казань 1997 8,7 1 5 — — Сложные: пески, глины, суглинки, доломиты, известняки, песчаники сильно обводненные, с давлением до 0,3 МПа ТПК фирмы «Ловат», «Вирт»; КТ-5,6 В2; ЩНЭ-2М и др.
Развитие новых видов скоростного внеуличного городского транспорта. Стремительное развитие Москвы в 80—90-е годы прошлого века с освоением под жилую застройку территорий, расположенных за пределами Московской кольцевой автомобильной дороги, потребовало решения транспортной проблемы этих районов нетрадиционными способами. Перед правительством Москвы встала задача создания подвозящих видов скоростного транспорта с присущими метрополитену удобствами, но требующих меньших затрат на строительство [2]. Рассматривались системы трамвая, скоростного трамвая и наземного (легкого) метрополитена. Выбор остановили на последнем варианте. Легкий метрополитен призван осуществлять быструю и комфортную переброску меньших по сравнению с классическим метрополитеном пассажирских потоков (до 20 тыс. чел./ч) из удаленных и тяготеющих к ним пригородных районов к узловым станциям метрополитена. С другой стороны, в уже сложившейся исторической части города возникают потребности в обеспечении общественным транспортом направленных пассажиропотоков, формирующихся в городе в свете новых экономических условий. В качестве ярких примеров, иллюстрирующих эти тенденции, можно выделить направления Московский международный деловой центр «Москва-Сити» — транспортный узел ст. «Киевская» и «Москва-Сити» — аэропорт «Шереметьево» (рис. 1.6). В первом случае принято решение о проектировании и строительстве мини-метро — транспортного сооружения под отличающийся от традиционного метрополитена подвижной состав, который позволяет более гибко вписать трассу линии в условиях плотной городской застройки с развитой подземной инфраструктурой инженерных коммуникаций и интегрировать действующие линии метрополитена. Эта линия должна обеспечить связь делового центра с транспортными артериями столицы и выступить альтернативой индивидуальному транспорту при передвижении по центру города. Во втором случае, при проектировании скоростной транспортной системы (СТС) стоит задача максимального использования существующей наземной транспортной инфраструктуры — в проект закладываются идеи симбиоза нескольких транспортных систем. Это элементы и легкого метро, и железнодорожного транспорта, и метрополитена.
Рис. 1.6. Многофункциональный международный деловой центр со скорост ной транспортной системой (СТС) «Москва Сити» аэропорт «Шереметьево»
Все три рассмотренные транспортные системы по самой постановке задачи максимально естественным образом связаны с метрополитеном. Их совместимость через пересадочные транспортные узлы, возможность маршрутизации требуют новых принципиальных технических решений, применения новых материалов и технологий. Мини-метро. Идея создания нового скоростного внеуличного вида транспорта возникла в связи с необходимостью оперативно соединить современным внеуличным транспортом Московский международный деловой центр (ММДЦ) «Москва-Сити» с системой действующего метрополитена. Она была воплощена в виде облегченного варианта метрополитена (мини-метро), технико-экономическое обоснование которого для Москвы было разработано Метрогипротрансом в 1996 г. [2, 36, 121] . Мини-метро — это тот же метрополитен, но более маневренный, для которого нужен тоннель меньшего внутреннего диаметра, что дает значительную экономию при строительстве (меньше объем выемки грунта и расход материала на обделку, выше скорости проходки). Принципиальные отличия мини-метро от традиционного метрополитена заключаются в следующем: подвижной состав миниметро имеет вагоны длиной около 15м (вместо 20 м), что позволяет составу преодолевать более крутые кривые, чем обычный метрополитен (радиусы 150—200 м вместо 300—600 м). Длину станций в мини-метро при шестивагонном составе можно сократить до 90 м (в обычном метрополитене — 130 м). Уменьшены объемы станционных сооружений. Эти отличия дают возможность проектировать мини-метро в любых градостроительных условиях. Его технические параметры, а также применение передовых конструкций и технологий (композиционные шпалы-коротыши с упругими виброизоляторами; новые системы движения поездов, сигнализации и связи и др.) дают снижение стоимости строительства в 1,6 раз (до 40—45 млн долл. США за 1 км линии). Правда, пропускная способность мини-метро на 30—40 % ниже обычного, но оно задумано не как конкурент, а как вспомогательный вид транспорта, призванный разгрузить центральные участки линий действующего метрополитена и дать возможность пассажирам быстро доехать до пункта назначения без вынужденного заезда в центр города.
Трассу линии мини-метро в Москве проектировали из условия размещения станций в наиболее важных пассажирообразующих пунктах с учетом сложившейся планировочной структуры районов и перспективы развития городской застройки. Ее положение в плане и профиле (рис. 1.7) определилось в первую очередь инженерногеологическими условиями, требованиями обеспечения безопасной ст. «Международная» ст «Деловой центр» ст. «Киевская» Центральное ядро ММДЦ «Москва-Сити» супеси и пески различной крупности каменноугольные глины и мергели водоносные каменноугольные известняки Рис. 1.7. Продольный профиль (а) и план (6) первоочередного участка мини метро от ст. «Киевская» до ст. «Деловой центр»
проходки тоннелей под Москва-рекой, а также расположением построенной в составе центрального ядра ММДЦ «Москва-Сити» станции «Деловой центр», открытой 11 сентября 2005 г. Осенью 2006 г. будет сдана в эксплуатацию ст. «Международная». Однако принцип минимизации транспортообразующих устройств при строительстве мини-метро в Москве был реализован не в полной мере. В частности, вместо тоннелей с DHap= 4—4,5 м были пройдены тоннели с £>нар= 5,6 м. Принятые изменения были обусловлены прежде всего тем, что трасса первой линии мини-метро от станции «Киевская» до ММДЦ «Москва-Сити» интегрирована в Филевскую линию действующего метрополитена. При этом участок длиной 3,05 км из 5,95 км общей протяженности является участком совместной эксплуатации. Кроме того, строительная организация СМУ «Ингеоком» не располагала щитами и конструкциями водонепроницаемых тоннельных обделок соответствующего нестандартного (для перегонных тоннелей) диаметра £>нар= 4—4,5 м. Станция «Деловой центр», расположенная в самом нижнем ярусе ММДЦ, является пересадочным узлом, где в одном уровне пересекаются три линии — Калининская, Солнцевская и мини-метро. Здесь шесть путей с платформами, сеть пересадочных галерей. В техническом отношении станция имеет обычное конструктивное решение, но архитектурно очень интересна и оригинальна: станции пересадочного узла не отделены одна от другой, перед глазами пассажира открывается огромное пространство (рис. 1.8). От станции «Александровский сад» поезда будут уходить поочередно: мини-метро — через ММДЦ до «Москва-Сити», обычного метрополитена — по Филевской линии. Впервые в Москве будут построены станции без боковых посадочных платформ, с совмещающимися дверями, как на станциях Василеостровской линии в С.-Петербурге, где из центрального зала пассажиры сразу попадают в вагон. Легкое метро. В конце декабря 2003 г. в Москве открылось движение на первой линии так называемого легкого метрополитена, включающей в себя пять станций. Одна из них — «Улица Старокачаловская» — является пересадочной на станцию обычного метрополитена «Бульвар Дмитрия Донского» Серпуховско-Тимирязевского направления и построена под землей, остальные четыре — «Улица Скобелевская», «Бульвар Адмирала Ушакова», «Улица Гор-чакова» и «Бунинская аллея» — расположены на эстакаде (рис. 1.9).
Рис. 1.8. Интерьер станции «Деловой центр» Рис. 1.9. Перспектива Бутовской линии легкого метро
Предполагается, что на первом этапе эксплуатации легкое метро будет перевозить 912 тыс. пассажиров в час — более 58 млн пассажиров в год. Учитывая, что микрорайоны Южное и Северное Бутово будут постоянно разрастаться, в ближайшее время намечено сдать в эксплуатацию еще три станции этого направления. В перспективе предусмотрено проложить ветку в сторону Калужско-Рижской линии, соединив легкое метро со станцией «Битцевский парк», а также приступить к строительству второй трассы легкого метро от станции «Юго-Западная» до района Новопеределкино. Легкий (надземный, эстакадный) метрополитен, как и обычный, имеет стандартную колею и нижний токосъем, что обеспечивает возможность интеграции этих систем. При этом объемы работ и стоимость строительства эстакад взамен тоннелей существенно ниже. Если 1 км трассы традиционного метро обходится в среднем в 70 млн долл. США, то легкого — в 18 млн долл. Вагоны легкого метро серии 81-740/741 вместимостью 265 чел., сочлененные из двух секций, имеют длину 28 м (на восемь метров длиннее вагона обычного метрополитена). Сочлененная конструкция позволяет пропускать подвижной состав в кривых с радиусом 200 м. В вагонах установлены системы отопления и вентиляции с автоматическим регулированием, внутренняя отделка — из негорючих пластиковых панелей. В целях сокращения затрат времени на пересадку конечные станции обычного и легкого метро устраивают в одном уровне и совмещенными в одном из вестибюлей станции обычного метро. Планировочное решение пересадочной станции (с обычного метро на легкое) «Бульвар Дмитрия Донского» традиционное — с островной платформой и подземными вестибюлями, размещенными по торцам (рис. 1.10). В то же время имеется ряд особенностей [2, 119]. Ширина платформы принята 12 м. На ней устроена лестница, ведущая на балконы, расположенные над путями (как на станции «Комсомольская-радиальная») и соединенные с кассовыми залами. Пути Бутовской линии легкого метро расположены по обеим сторонам станционного комплекса, а между ними — пути Серпуховско-Тимирязевской линии обычного метрополитена. Метротрамвай. Несмотря на бесспорные достоинства метрополитена (комфортабельность, скорость и др.), пассажир из-за необ-
РАЗРЕЗ ПО ПЕРЕСАДОЧНОМУ УЗЛУ I пассажирская зона Серпуховско-Тимирязевской линии П пасажирская зона Бутовской линии О пассажирская зона Серпуховско-Тимирязевской и Бутовской линий СП Рис. 1.10. Пересадочная станция легкого метро Бутовской линии
ходимости перемещения по платформам, коридорам, лестницам и эскалаторам накапливает транспортную усталость. Это существенно уменьшает скорость передвижения пассажира по маршруту (до 25 км/ч), безопасность поездки и ее привлекательность. Средством, способным повысить скорость, комфортабельность и безопасность поездки, дать пассажиру гарантии точного по времени прибытия в выбранный пункт, сделать поездку экономичной и привлекательной, может быть метротрамвай. Он соединяет в себе преимущества, которыми по отдельности обладают метрополитен и трамвай. В частности, посадку и высадку пассажиров метротрамвай производит как трамвай — на поверхности земли, а для основного движения он, как метропоезд, спускается в подземный тоннель (рис. 1.11). Профиль спуска выбран таким, чтобы силы, действующие на пассажира, взаимно компенсировались, а пассажир чувствовал себя комфортно даже при скорости 90 км/ч. Точно так же противоположные силы взаимно компенсируются при торможении. Подъехав под землей к станции, метротрамвай выезжает на поверхность, доставив пассажиров от «места до места». Пассажиры практически не испытывают транспортной усталости, движение происходит плавно, без рывков и толчков, которые ощущаются в трамвае и поезде метро. При таком способе движения экономится электроэнергия за счет использования кинетической энергии, приобретенной подвижным составом перед подъемом на поверхность, в потенциальную энергию в процессе подъема. При этом потенциальная энергия на следующем перегоне вновь используется метротрамваем для движения. За счет этого метротрамвай расходует в два раза меньше электро- Рис. 1.11. Схема работы метротрамвай: 1 станция; 2 вагон метротрамвай; 3 спуск; 4 тоннель; 5 подъем; h высота спуска и подъема, h 10 15 м
энергии, чем метропоезд, а значит, и себестоимость поездки на нем меньше. Важным преимуществом метротрамвая является безопасность перевозок. Через каждые 60—80 с (время движения по тоннелю) пассажир каждый раз оказывается на поверхности, а это значит, что риск гибели людей от возможного пожара в тоннеле или от нехватки кислорода практически исключен. Провозная способность линии метротрамвая составляет половину от провозной способности метрополитена. Поэтому данный вид скоростного транспорта можно рекомендовать и для городов с населением до 1 млн чел. в качестве альтернативы метрополитену. Таким образом, метротрамвай как скоростной, комфортабельный, экологически чистый и более дешевый, чем метрополитен, вид транспорта может оказаться очень выгодным для горожан. Наибольшее применение метротрамвай нашел в Германии, где его называют штадтбаном (городской железной дорогой). Он действует в Кельне, Штутгарте, Франкфурте-на-Майне, Ганновере, Эссене, Дортмунде, Бохуме, а также на урбанизированных территориях. Скоростной трамвай. Наряду с метротрамваем, в некоторых городах мира, например, в Бостоне, Буффало, Ванкувере, Сан-Франциско (США) и у нас в стране (Волгоград) находит применение скоростной трамвай (метротрам) с использованием тоннелей. Скоростной трамвай использует обычный подвижной состав, но изолированную проезжую часть, с пересечениями с другими транспортными магистралями в разных уровнях. Ведение скоростного трамвая на линии осуществляется водителем в пределах прямой видимости (без устройств автоблокировки). Скоростной трамвай, часто называемый облегченным рельсовым транспортом, появился и развивался на основе инфраструктуры метрополитена. В городах с метрополитеном скоростной трамвай сооружают в секторах между его линиями, от конечных станций метро в пригороды; в городах без метрополитена — в виде сети с подземными участками в центральных районах. Полностью подземные трамвайные линии не практикуются; тоннельные участки сооружают под улицами, перегруженными наземным транспортом, и для преодоления неровностей рельефа. Строительство скоростного трамвая обходится более чем в 10 раз дешевле метрополитена, поэтому есть случаи, когда после постройки первой линии метро в дальнейшем транспортные проблемы реша-
Подземный участок линии трамвая О-" действующий -о- строящийся —□— перспективный Наземный участок линии трамвая действующий строящийся ются с помощью трамвая (Амстердам, Лос-Анджелес). В нашей стране линия скоростного трамвая действует и продолжает строиться в Волгограде. I очередь скоростного трамвая в Волгограде протяженностью 13,5 км (в т.ч. подземный участок 3,5 км) соединила 3 района — Тракторозаводский, Краснооктябрьский и Центральный [31]. На трассе расположены 12 станций, из них 3 — подземные (рис. 1.12). Общую протяженность линии скоростного трамвая в Волгограде планируется довести до 24 км. Монорельсовая дорога. К первым разработкам эстакадных монорельсовых дорог за рубежом относят проекты навесных дорог Пальмера, Фишера, Сержента, Лартинга и др. Первая в России скоростная монорельсовая дорога длиной 4,7 км — между станциями метро «Тимирязевская» и «ВДНХ» в Москве. Для сооружения дороги разработаны конструкции с использованием отечественных материалов и технологий, а также специальный подвижной состав с Рис. 1.12 Схема развития скоростного трамвая в Волгограде применением некоторых комплектующих из-за рубежа. Изначально был выбран эстакадный вариант дороги с высотой по низу конструкций пролетных строений 4,5—5 м. По оценке специалистов НИИПИ экологии Москвы, именно такой вариант обеспечивает органичное вписывание в городское про
странство и в общегородскую транспортную сеть, а также минимальное воздействие на окружающую среду и застройку. Так, первая линия монорельсовой дороги в Москве проходит без особых проблем над линиями Октябрьской железной дороги и над рядом улиц с интенсивным движением. Пассажирские вагоны, оснащенные линейными асинхронными электродвигателями на магнитном подвесе, перемещаются почти бесшумно. 13. Методики обоснования строительства метрополитена Статистическая теория П.И. Балийского. Одной из первых методик, обосновывающих необходимость строительства метрополитенов, явилась методика П.И. Балинского, автора проектов метрополитенов в Петербурге (1901 г.) и Москве (1902 г.). П.И. Балинский, статистически обобщив данные по урбанизации Великобритании, Германии, Франции, Австро-Венгрии, США и других зарубежных стран, выявил закономерности развития городов и пришел к следующим выводам:«.. .города можно и необходимо классифицировать по численности населения; города с миллионным или превышающим его населением представляют собой желательное явление, препятствовать которому нет оснований. Необходимая длина транспортной сети при развитии города возрастает пропорционально квадрату радиуса города (расстоянию от городского центра до окраины). Для решения проблем городского пассажирского транспорта (ГПТ) в крупном городе возможны два наиболее существенных приема: массовая перепланировка и перестройка города и использование рациональных способов массовых передвижений. Для обеспечения массовых городских перевозок пассажиров невозможно обойтись без внеулич-ных видов ГПТ, в первую очередь — метрополитена». Выступая с проектами метрополитена как системы внеулично-го транспорта, позволяющей избежать разрушения представляющих историческую ценность уникальных зданий и сооружений, П.И. Балинский вместе с тем не отрицал целесообразности реконструкции городских территорий [15, ч. 1; 59]. Основываясь на своих исследованиях, П.И. Балинский пришел к выводу: при увеличении площади города для более рационального передвижения жителей недостаточно соответственного удли
нения существующих радиальных путей сообщения по всем направлениям, а необходимо приступать к созданию дополнительной сети перпендикулярных и параллельных линий, обеспечивающих потребности жителей новых кварталов. Подчеркивая значимость установленных положений, он говорил о неприемлемости решения вопроса наивыгоднейшей трассировки новых линий только путем продолжения существующих радиальных направлений. Продолжая теоретические исследования применительно к крупным городам, П.И. Балинский провел сопоставления показателей развития Москвы и Петербурга с наиболее развитыми городами Запада по разработанной методике. Приведенными цифрами Балинский проиллюстрировал отставание российских городов в развитии сопричастных тому времени способов передвижения, отсутствие должного обслуживания окраин и, как следствие, неудовлетворительные условия социальной жизни — жилищные, продовольственные и транспортные. Анализируя последнюю из этих проблем, Балинский обратился к разработке специальных диаграмм, характеризующих рост городов в зависимости от развития средств массовых передвижений за столетний период — с 1800 по 1900 гг. Он составил диаграмму по 45 городам с населением менее миллиона жителей и отдельно — по 18 крупнейшим в тот период городам с населением в миллион и более человек. Именно Балинский впервые утверждал, что такая населенность является критической и в этих городах необходим метрополитен. П.И. Балинский установил, что увеличение числа жителей городов за столетие являлось функцией развития путей сообщения и что в тех городах, где надлежащего развития способов массового передвижения не было, медленный естественный прирост населения происходил без заметного увеличения территории. Сопоставление роста населения в зависимости от развития городских путей сообщения было выполнено Балинским на обобщающем графике. Один из его выводов заключается в том, что появление новых видов транспорта не исключает усиленного роста ранее сформировавшихся систем. В исследованиях большое внимание уделено децентрализации перенаселенных территорий С.-Петербурга и Москвы, благоустройству окраин, улучшению жилищных условий и др.
Заслуга П.И. Балинского в том, что он показал исключительную целесообразность сооружения метрополитенов в крупнейших городах России и, чтобы добиться признания своих разработок, теоретически обосновал их статистическими расчетами и проиллюстрировал примерами из мировой практики. Методика «Метрогипротранса». Анализу различных аспектов развития отрасли метростроения посвящена разработанная по инициативе правительства России «Комплексная программа развития и размещения метрополитенов в России». Генеральным разработчиком программы определен институт «Метрогипротранс» с привлечением специализированных проектных и научных организаций. В рамках программы была создана состоящая из пяти разделов «Методика определения социально-экономической эффективности строительства метрополитена», позволяющая объективно оценить необходимость и актуальность сооружения столь крупного транспортного объекта в том или ином городе [15, ч.1; 52]. 1 раздел. Существующее состояние городского пассажирского транспорта. При сравнении городов по состоянию развития городского пассажирского транспорта (ГПТ) используют показатели, отражающие социальную потребность в развитии транспортных систем и учитывающие необходимость освоения таких пассажиропотоков, которые не могут быть реализованы уличными видами транспорта. С другой стороны, увеличение дальности транспортных передвижений в связи с ростом городов требует введения метрополитена или другого скоростного внеуличного транспорта. С этих позиций указанные показатели являются синтезом социальных и градостроительных предпосылок. Показателями служат: численность населения, сложившиеся пассажиропотоки; площадь застроенной территории; транспортная подвижность населения (число поездок в год); средняя дальность поездки; максимальные пассажиропотоки в зоне проектируемого метрополитена и т.п. Каждому показателю определяется порядковое место в группе по балльной системе. Город с наименьшим числом баллов обладает наибольшим приоритетом. Остальным городам в порядке возрастания суммы баллов отводятся последующие места. 2 раздел. Расчетный прогноз развития метрополитена и моделирование работы транспортных систем. Основная цель раз
дела — определить ожидаемые объемы пассажирских перевозок и размеры потоков на элементах системы массового пассажирского транспорта. В разделе отражены показатели: затраты времени на трудовые и культурно-бытовые передвижения в час пик и за сутки для города в целом и отдельных его районов; дальность поездок на массовом и индивидуальном транспорте; объем перевозок на наземном и вне-уличном транспорте и результаты моделирования по крупным российским городам более чем по 70 показателям. 3 раздел. Оценка остроты транспортной проблемы на основе статистических и проектных данных. Раздел включает в себя блоки: градостроительный (предпосылки к созданию системы скоростного внеуличного ГПТ в зависимости от плотности расселения); социальный (затраты времени и степень удобства поездок, безопасность движения, соблюдение ПДК в городской атмосфере); эффективность работы транспортной системы. Задача раздела — на основе имеющихся для каждого города данных о существующей работе наземного пассажирского транспорта и перспективных проектных проработок найти подход к сравнительной оценке «остроты» транспортной проблемы. 4 раздел. Обоснование социально-экономической эффективности строительства метрополитенов. Масштабы, темпы и очередность строительства метрополитенов в городах России должны определяться экономической целесообразностью, т.е. эффективностью капитальных вложений. Переход к рыночным отношениям обусловливает необходимость иметь методику определения эффективности капитальных вложений в системы ГПТ, которые учитывают условия конкуренции между различными его видами, возможность свободы выбора населением наиболее эффективных транспортных услуг, изменения спроса пассажиров в зависимости от объема и структуры их доходов и других факторов. В этой связи особую актуальность приобретает изучение теории и практики оценки эффективности систем ГПТ в экономически развитых странах, где отказываются от одностороннего подхода, ориентированного только на рентабельность. В основе оценки эффективности инвестиционных проектов лежит показатель внутренней нормы доходности, позволяющий
принимать решения о целесообразности вложений средств в условиях динамичности технико-экономических параметров проекта во времени. Этот показатель определяется аналитически как пороговое значение рентабельности, которое обеспечивает равенство нулю интегрального потока наличности, рассчитанного за экономический срок жизни инвестиций. Проект считается рентабельным, если внутренняя норма доходности не ниже порогового значения. Расчеты показывают, что величина внутренней нормы доходности затрат более высока в тех городах, где уже функционирует метрополитен. Особенно значителен этот показатель в Москве (0,41) и Санкт-Петербурге (0,34), в других городах он достигает 0,17—0,21 (2000 г.). Во второй группе городов (где метрополитены проектируют или начали строить) коэффициент внутренней эффективности составляет 0,15—0,19. 5 раздел. Оценка состояния готовности производственных баз строительных организаций и проектной документации. Совокупность оценок в разработанной методике позволяет выстроить анализируемые города по очередности в необходимости сооружения метрополитена. В приоритетном ряду лидерами являются Челябинск и Омск, затем следуют Красноярск, Пермь, Ростов-на-Дону, Казань, Уфа. 1.4. Программа развития метрополитенов и других видов скоростного внеуличного пассажирского транспорта в крупнейших городах России Как показали результаты расчетов по описанной методике «Мет-рогипротранса», возможности при проектировании, строительстве и эксплуатации российских метрополитенов далеко не исчерпаны. Научный, технический, производственный и промышленный потенциалы отечественного метростроения значительны и позволяют обеспечить дальнейшее развитие отрасли в новых регионах страны. Учитывая это, распоряжением Правительства РФ от 12 октября 2000 г. было принято решение, которым Минтрансу России совместно с Госстроем России и Минэкономразвития России предлагалось рассмотреть программы развития метрополитенов, представленные органами
исполнительной власти субъектов РФ, в которых осуществляется строительство метрополитенов; разработать и до 1 января 2003 г. представить в установленном порядке в правительство РФ «Программу развития метрополитенов и других видов внеуличного транспорта в Российской Федерации до 2015 года». Данное решение было поддержано Госстроем России и в последующем согласовано с Минтрансом России, Минэкономразвития России и Минфином России. В соответствии с этим распоряжением правительства Минтранс России направил материалы для разработки программ 24 субъектам Федерации — в Москву, С.-Петербург, Нижний Новгород, Новосибирск, Самару и Екатеринбург (где эксплуатируются метрополитены); в Омск, Челябинск, Красноярск, Казань и Уфу (где вновь строятся метрополитены); в Волгоград (где эксплуатируется и развивается скоростной трамвай с подземной частью); в Ростов-на-Дону и Пермь (где разработаны ТЭО на строительство метрополитенов), а также в Воронеж, Курск, Орел, Тулу, Ульяновск, Хабаровск, Краснодар, Иркутск, Саратов и Ижевск (где планируется решать транспортные проблемы посредством внеуличного городского транспорта). В итоге к 2002 г. программы были разработаны, утверждены и представлены в Минтранс России только по 12 городам, где ведется строительство метрополитенов, на основании которых была отработана единая «Программа развития метрополитенов и других видов скоростного внеуличного транспорта в Российской Федерации до 2015 года». Программа прошла согласование в заинтересованных федеральных органах и представлена на экспертизу в АНО «Инвестстройметро». Программой определены основные цели и задачи развития внеуличного транспорта, которыми являются улучшение транспортного обслуживания населения за счет развития метрополитенов и других видов скоростного внеуличного транспорта, повышение качества транспортных услуг, снижение затрат на функционирование метрополитена при поддержании минимального уровня услуг; обеспечение минимальных нормативов транспортной подвижности населения. Большое внимание в Программе уделено ресурсному обеспечению программных мероприятий. Отмечено, что реализация про
граммных мероприятий осуществляется за счет финансовых ресурсов, привлекаемых из различных источников: средств федерального бюджета, средств бюджетов субъектов Российской Федерации, внебюджетных источников. Определено, что средства федерального бюджета в первоочередном порядке должны направляться на обеспечение ввода линий метрополитенов и поддержание выработок в безаварийном состоянии. Программой предусмотрено в период с 2003 по 2015 г. осуществить строительство с вводом в эксплуатацию 235,8 км линий метрополитена (в двухпутном исчислении) со 141 станцией. В результате реализации мероприятий по развитию метрополитенов общая длина линий к 2015 г. увеличится в 1,6 раза, а объем перевозок возрастет в 1,4 раза. Программой предусмотрено также развитие и строительство других видов скоростного внеуличного транспорта: в Волгограде — развитие существующего скоростного трамвая с подземными участками; в Санкт-Петербурге — строительство новых линий скоростного трамвая, наземного рельсового экспресса; в Москве — строительство мини-метро, легкого метро и монорельсовой транспортной системы. Разработанная Программа развития метрополитенов и других видов скоростного внеуличного транспорта в Российской Федерации до 2015 г. была согласована с правительством Российской Федерации 19 марта 2003 г. Контрольные вопросы к главе 1 1. Какие технические разработки и изобретения способствовали строительству первого метрополитена в Лондоне? 2. Какими основными трудностями характеризовалось строительство первой линии метрополитена в Москве? 3. В каких городах России действуют и сооружаются метрополитены? 4. Какие факторы определяют разные условия строительства метрополитенов в различных городах? 5. Какие существуют типы традиционного метрополитена? 6. Каковы преимущества метрополитена и других видов внеуличного пассажирского транспорта перед наземными?
7. В чем различия традиционного метрополитена, мини-метро и легкого метро? 8. Что отличает метротрамвай от скоростного трамвая? 9. Какие существуют виды внеуличного пассажирского транспорта, кроме метрополитена? 10. В чем заключаются основные положения статистической теории П.И. Балинского? 11. Из каких разделов должно состоять обоснование строительства метрополитена по методике «Метрогипротранса»? 12. Что предполагает Программа развития метрополитенов и других видов скоростного внеуличного транспорта в городах России до 2015 г.?
Глава 2. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ОСНОВНЫХ СООРУЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВ МЕТРОПОЛИТЕНА 2.1. Сооружения метрополитена Метрополитен представляет собой сложнейший комплекс инженерных сооружений (рис. 2.1), которые по их функциональному назначению можно разделить на основные и вспомогательные (технологические). К основным сооружениям метрополитена относят: путевые—для обеспечения движения поездов (перегонные тоннели, камеры съездов, тупики и т.п.), а также станционные комплексы, предназначенные для обслуживания пассажиров при их посадке и высадке (платформенная часть станции, вестибюли, сооружения и устройства для межуровневого и горизонтального перемещения пассажиров — лестницы, переходные мостики, эскалаторы, лифты и т.п.). К вспомогательным (технологическим) устройствам метрополитена относят: рельсовый путь; контактный («третий») рельс; электротехнические устройства (электроподстанции, кабели, силовые установки, освещение); устройства автоматики и телемеханики, сигнализации и связи; санитарно-технические устройства (вентиляции, водоснабжения, водоотвода и канализации) и др. Основу метрополитена составляют искусственные сооружения — тоннели, станции, мосты, эстакады и др. [ 111 (п. 3.1), 112 (п. 1.1)]. Способы и технологии строительства сооружений зависят от заложения линии (рис. 2.2). При этом расстояние от поверхности земли до верха конструкций станционного комплекса подземных сооружений метрополитена принимают не менее суммарной толщины дорожного покрытия и теплоизоляционного слоя, обеспечивающих защиту сооружения от промерзания; над перегонными тоннелями на участках пересечения магистральных улиц и дорог это расстояние — не менее 3,0 м. Выбор типа конструкций сооружений осуществляют на основе сравнения вариантов, исходя из объемно-планировочных решений,
Рис. 2.1. Схема размещения сооружений на участке линии метрополитена: 1 тупик, 2 камеры съезда на глубоком заложении; 3 станции метрополите на закрытого способа работ; 4 наклонный эскалаторный тоннель; 5 назем ный вестибюль станции; 6 санузел с дренажной перекачкой; 7 перегонные тоннели; 8 подземный вестибюль станции открытого способа работ; 9 стан ция открытого способа работ; 10 подуличные переходы с лестничными схода ми и входами в вестибюль станции метро; 11 камера съезда за станцией откры того способа работ; 12 участки перехода перегонных тоннелей от мелкого зало жения к выходу на поверхность; 13 выходные пути из тоннелей; 14 деповские пути на поверхности; 15 депо метрополитена; 16 вентиляционные сбойки; 17 вентиляционный (подходной) тоннель; 18 вентиляционный (рабочий) ствол Рис. 2.2. Схема способов сооружения метрополитена: 1 и 2 станции и перегонные тоннели закрытого способа работ; 3 и 5 станции открытого способа работ; 4 перегонные тоннели мелкого заложе ния закрытого способа работ; 6 перегонные тоннели мелкого заложения открытого способа работ
глубины заложения, инженерно-геологических, климатических и других местных условий, с учетом принятых способов производства работ. Обделки должны иметь замкнутые конструкции из железобетонных элементов заводского изготовления или из монолитного бетона и железобетона. Чугунные тюбинги используют для сооружений, возводимых закрытым способом, в условиях, когда железобетонные обделки не могут обеспечить необходимую водонепроницаемость или в других условиях, обусловливаемых производственной необходимостью. Устройство однослойных обделок из набрызгбе-тона допускается в монолитных скальных грунтах в сочетании с сеткой, анкерами, металлическими арками или с армированием фибрами. При раскрытии выработки в скальных грунтах по частям возможно применение обделок в виде свода переменной жесткости из монолитного бетона, опирающегося на облегченные стены и на грунт. Сборные обделки тоннелей в несвязных водоносных или слабых (текучих, текучепластичных и мягкопластичных) глинистых грунтах, сборные обделки смежных станционных тоннелей в нескальных грунтах, а также сборные обделки, располагаемые на расстоянии менее 2 м от подстилающих водоносных песчаных или слабых глинистых грунтов, должны иметь связи растяжения и собираться с перевязкой швов. Для сооружений, эксплуатируемых в условиях большого гидростатического давления (свыше 0,3 МПа) или знакопеременных температур, могут применяться сборно-монолитные сталебетонные обделки в виде блоков металлоизоляции с арматурными каркасами, бетонируемыми после их монтажа в процессе проходческих работ. На станциях в местах изменения типа конструкции, вида грунта в основании или резкого изменения нагрузок на обделку необходимо предусматривать устройство деформационных швов, расстояние между которыми следует принимать не более 60 м. Материалы для обделок тоннелей и их гидроизоляции, внутренних строительных конструкций, а также отделочные материалы должны отвечать требованиям прочности, долговечности, огнестойкости, устойчивости ко всем видам агрессивных воздействий внешней среды и иметь установленные законодательством сертификаты.
2.2. Путевые сооружения и устройства Перегонные и путевые станционные тоннели. На основе генеральной схемы развития сети метрополитена города устанавливают направление и протяженность трассы каждой линии метрополитена и ее положение в плане и профиле. Линии метрополитена в плане размещают по кратчайшим направлениям, как правило, вдоль магистралей города. Величину радиусов кривых в плане на главных путях линий принимают не менее 600 м, в исключительных случаях — не менее 300 м. При этом наружный рельс должен иметь возвышение над внутренним рельсом: в тоннелях — за счет поднятия наружного рельса на половину требуемой величины и опускания на ту же величину внутреннего рельса, а на открытых наземных участках — за счет поднятия наружного рельса на полную величину требуемого возвышения [34, 39, 112 (п. 1.2)]. Продольный уклон закрытых наземных участков линии, а также путей метрополитена должен быть не менее 3 %о. В отдельных случаях допускается располагать пути метрополитена на горизонтальной площадке, однако и в этом случае продольный уклон водоотводного лотка должен быть не менее 2 %о. На подземных, а также закрытых наземных участках продольный уклон линии и путей допускается не более 40 %о (как правило, до 38 %о), а на открытых наземных участках — не более 35 %о. В особых случаях на одном или двух смежных участках общей протяженностью не более 1500 м допускается при соответствующем обосновании продольный уклон до 45 %о [93 (гл. 9), 105 (п. 16.6), 111 (гл. 4)]. Путь и путевые устройства в тоннелях метрополитена. Путь в тоннелях метрополитена, так же как и на открытых участках, состоит из нижнего и верхнего строения. В тоннелях с круговой обделкой нижним строением пути является монолитное бетонное или сборное железобетонное основание в лотке тоннеля. К верхнему строению пути (ВСП) относят рельсы, рельсовые стыки, промежуточные рельсовые скрепления, стрелочные переводы, подрельсовые основания, путевой бетон или балластный слой. Все элементы ВСП, составляющие единую конструкцию, служат для восприятия воздействия колес подвижного состава и передачи этого воздействия на нижнее строение пути. В качестве подрельсового основания приме
няют: деревянные шпалы и шпалы-коротыши; деревянные брусья для стрелочных переводов и перекрестных съездов; железобетонные шпалы. Деревянное подрельсовое основание должно быть пропитано антисептиками, не проводящими электрический ток [66 (п. 12.1), 93 (гл. 14), 105 (п. 16.5, 19), 111 (гл. 7)]. Путевые рельсы изготавливают из специальной стали, которая обеспечивает их достаточную жесткость, гибкость, твердость, износоустойчивость. Длина стандартных рельсов 25 м. Рельсы главных путей на прямых и кривых подземных участках радиусом 300 м и более сваривают электроконтактным способом в плети длиной до 300 м. Рельсы укладывают на шпалы, соединяя их промежуточными рельсовыми скреплениями. Между подошвой рельса и шпалой укладывают прокладки. При укладке путей метрополитена применяют два вида скреплений', нераздельные — рельс вместе с подкладкой прикрепляют к деревянной шпале одними и теми же шурупами, раздельное — рельс прикрепляют к подкладке одними прикрепителями, а подкладку к шпале — другими, например, промежуточное раздельное скрепление с клинчатыми (1:20) подкладками «Метро» и КД-65 [93, рис. 14.5, 14.6]. Промежуточные рельсовые скрепления должны обеспечивать: электрическую изоляцию рельсов от нижнего строения пути, тоннельной обделки, путевого бетонного слоя, железобетонного подрельсового основания; возможность быстрой смены рельсов и регулировки их положения по высоте при подрельсовом основании, уложенном на путевом бетонном слое. Поперечный профиль поверхности путевого бетонного слоя должен обеспечивать отвод воды от рельсов, промежуточных скреплений и подрельсового основания. В пределах пассажирских платформ подземных станций по оси пути устраивают для отвода воды лоток шириной 0,9 м и глубиной 0,5—0,6 м от уровня головки рельсов [93, рис. 14.3]. Для путевого бетонного слоя следует предусматривать бетон класса В 12,5, для балластного слоя — щебень из природного камня скальных грунтов марок И20, И40 по прочности на истирание. Наименьшая толщина бетонного и балластного слоя под деревянным подрельсовым основанием на прямых участках должна составлять 16 и 30 см соответственно.
На Петербургском метрополитене предложено подрельсовое основание в виде железобетонных опор, замоноличенных в путевой бетон, с модифицированным рельсовым скреплением типа «Метро» для рельсов Р50 (рис. 2.3). Разработка нового типа опоры была вызвана необходимостью упрощения работ по замене шпал, пришедших в негодность. Опыт текущего содержания показал, что замена деревянных шпал на деревянные же в период кратковременного ночного окна неэффективна в связи с трудоемкостью и малой производительностью работ. Поиск альтернативной конструкции пути и методов замены шпал привел к созданию железобетонной опоры [54]. Экономическая эффективность новой конструкции подрельсового основания обеспечивается, несмотря на более высокую (в 2 раза) себестоимость опор, за счет снижения стоимости устройства пути, трудоемкости его текущего содержания и замены шпал, увеличения срока их службы более чем в 2 раза. Рис. 2.3. Подрельсовое основание в виде железобетонной опоры с модифици рованным скреплением типа «Метро»: 1 рельс Р50; 2 штырь; 3 подкладка литая раздельного скрепления; 4 прокладка АОП 316; 5 закладная деталь; 6 железобетонный блок СГ 1; 7 шурупы путевые; 8 прокладка фанерная; 9 прокладка ОП 317
При движении поездов от их воздействия на путь, кроме вертикальных сил, возникают силы, направленные вдоль пути, — силы у гона, которые увлекают рельсы по ходу движения поездов. Для предотвращения такого перемещения рельсов на них устанавливают специальные противоугоны, нижняя часть которых (фартук, якорь) прижимается к боковой поверхности шпал, препятствуя смещению рельсов. С левой стороны по ходу движения поездов на линиях метрополитена устанавливают контактный рельс (КР), служащий проводником тока и осуществляющий скользящий контакт с токоприемниками электрического подвижного состава (см. [111, рис. 1.20]). Стыки контактного рельса устраивают сварными или металлическими (на накладках). Сварные стыки применяют для соединения контактных рельсов длиной по 12,5 м электроконтактным способом в рельсовые плети длиной до 100 м в тоннелях и до 37,5 м на наземных (и надземных) участках линии и в электродепо. 2.3. Устройства для межуровневого и горизонтального перемещения пассажиров Основной резерв повышения эффективности перевозочного процесса на метрополитене — совершенствование перемещения пассажиропотоков на станциях, так как возможности оптимизации движения поездов уже практически исчерпаны. В сложившихся условиях решающее значение в обеспечении необходимой пропускной способности приобретают подъемные устройства, соединяющие уровень платформы станции с наземной поверхностью. Среди устройств межуровнего перемещения пассажиров на станциях метрополитенов мира наибольшее применение получили: наклонные эскалаторные подъемники, пассажирские конвейеры и лифты [39, 93 (гл. 11, 15), 104]. Эскалаторные подъемники. Впервые принципиальная идея эскалатора — наклонного непрерывного транспортера для перемещения пассажиров — была запатентована более ста лет тому назад, в 1892 г. в Нью-Йорке. В 1912 г. старейший в мире Лондонский метрополитен первым применил эскалаторы на станциях глубокого заложения.
Консервативные британцы восприняли новшество без энтузиазма и долгое время предпочитали пользоваться привычными многоместными лифтами. Москвичи впервые познакомились с эскалаторным подъемом в октябре 1934 г. на открытых испытаниях 20-метрового 140-ступен-чатого эскалатора для сооружавшейся тогда станции «Охотный ряд», созданного практически без участия зарубежных фирм на Ленинградском заводе «Красный Октябрь» (ныне ЗАО «ЛАТРЭС»). В соответствии с СНиП 32-08 [87] и СП 32-108 [92], эскалаторы на станциях и в коридорах между станциями следует предусматривать при высоте подъема, начиная с 3,5 м и больше. Число эскалаторных лент определяют расчетом, исходя из следующих условий: пропуск максимального расчетного потока пассажиров в режиме их эвакуации в экстремальных условиях; вывод одного эскалатора в ремонт; остановка одного эскалатора по непредвиденным причинам. При сооружении станции с одним вестибюлем в наклонном ходе предусматривают четыре эскалатора, с двумя вестибюлями — в первом устанавливают четыре эскалатора, во втором — по расчету, но не менее трех. При применении эскалаторов только для подъема количество их должно быть не менее двух в наклонном тоннеле. В наклонных тоннелях при благоприятных инженерно-геологических условиях, при наличии требований, вытекающих из планировочных решений вестибюлей, и при технико-экономических обоснованиях разрешается устройство двухмаршевых эскалаторов с промежуточным залом. При этом количество эскалаторов в каждом марше должно быть одинаковым. Типовые эскалаторные тоннели с чугунной тюбинговой обделкой имеют сечения овальной формы с диаметрами: для трех эскалаторов — 7,5/7,0 м при ширине кольца 1 м, для четырех эскалаторов — 9,5/8,8 м при ширине кольца 0,75 м. На Петербургском метрополитене приняты параметры соответственно 10,5/9,8 м при ширине кольца 0,75 м. Конструкция эскалаторов этого типа позволяет устанавливать их в наклонных тоннелях с межосевым расстоянием 2080 мм, продиктованным минимально допустимой шириной проходов между ними и минимальным расстоянием от крайнего эскалатора до стены сооружения [93, рис. 15.1].
Рис. 2.4. Вертикальная схема компоновки подземного сооружения с эскала торными и лифтовыми подъемами: а два наклонных эскалаторных тоннеля; б лифтовый подъемник и эскалаторный тоннель; в два лифтовых подъемника; г три лифтовых подъемника Длина эскалаторного тоннеля при нормативном угле наклона 30° составляет (рис. 2.4, а): £э т = 7// sina = 27/, (2.1) а горизонтальная проекция Ап э= Н / ctga = 1,737/. (2.2) При других схемах (рис. 2.4, б, в, г) протяженность выработок существенно сокращается. Вдоль оси эскалаторного тоннеля длина зоны сдвижения грунтового массива толщи грунтов до поверхности (угол сдвижения 45°) L3 с = 1,737/ + Н = 2,73//. (2.3) Для обслуживания одним эскалаторным тоннелем подземного сооружения на глубине 60 м от поверхности необходимо выполнить большой объем горных работ (табл. 2.1). Подземные сооружения, согласно общепринятым подходам, в целях безопасности людей должны иметь два независимых выхода на поверхность. При двух эскалаторах объемы работ, приведенные в табл. 2.1, удваиваются. Дальнейшие направления повышения надежности эскалаторов: совершенствование конструкции, регулирование скорости движения
Таблица 2.1 Объемы основных работ при сооружении эскалаторных тоннелей Показатель Объем работ при диаметре тоннеля, м 7,5/7 9,5/8,8 10,5/9,8 Длина эскалаторного тоннеля, м 120 120 120 Выемка грунта, м3 5298 8205 10 386 Чугунные тюбинги, т 1461 2563 2834 Сталь, т 8,04 9 10 Сборный железобетон, м3 112 120 133 Монолитный бетон, м3 32 32 32 лестничного полотна, автоматические — пуск в зависимости от пассажиропотока и остановка при падении пассажиров, дистанционный контроль тормозных характеристик и сборных узлов и деталей. Понижение скорости движения лестничного полотна в непиковые часы дает возможность сократить эксплуатационные расходы, увеличивать межремонтные пробеги и общий срок службы эскалаторов. Большое внимание уделяется телемеханизации эскалаторного хозяйства, которой в настоящее время оснащены практически все метрополитены России. ЗАО «ЛАТРЭС» в настоящее время выпускает тоннельные эскалаторы типов ЭТ12, ЭТ5М и ЭТ5М1. Предприятие готово также поставлять уникальные сверхглубокие эскалаторы типа TL750 с высотой подъема до 75 м. В их конструкции использованы коррозионностойкие несварные ступени и усиленные тяговые цепи, смазка которых не требуется в течение длительного времени. При разработке этого типа эскалаторов учтены большинство проблем эксплуатации. Особое внимание обращено на воздействие агрессивных сред (воды и солевых растворов), а также на долговечность и надежность работы отдельных узлов. Пассажирские лифты. Как уже отмечалось, нередки случаи, когда эскалаторные подъемники в часы пик не справляются с пассажиропотоками. На некоторых станциях приходится ограничивать вход и выход, вплоть до полного прекращения доступа пассажиров, что неприемлемо. Большинство станций закрытого способа работ на метрополитенах России имеют по одному трехленточному (реже — четырехленточному) эскалаторному тоннелю. Именно поэтому в настоящее время принято решение об обязательном
оснащении станций метро (как проектируемых, так и действующих) вторыми входами. Сооружение наклонных тоннелей в качестве вторых, а иногда и третьих входов, особенно в зоне сложившейся плотной городской застройки (при строительстве с применением спецспособов), сопряжено с большими затратами и трудностями. Кроме того, эскалатор трудоемок и дорогостоящ в обслуживании и ремонтах, а также требует строгого соблюдения порядка пользования. Поэтому в новых нормах [87] указывается, что «на станции в одном из вестибюлей следует предусматривать грузопассажирский лифт, установка которого должна проектироваться по отдельному заданию и специальным требованиям», а также лифты и подъемно-транспортные устройства для инвалидов. Вопрос о целесообразности применения пассажирских вертикальных лифтов на станциях метрополитенов был поставлен Ленметро-политеном еще в 1986 г. Изучение пассажиропотоков метрополитенов Санкт-Петербурга и Москвы позволило уточнить конкретные исходные данные для последующих расчетов. Получены обобщенные формулы, по которым определяются параметры кабин по этажности и вместимости для разных режимов функционирования, построена номограмма для определения оптимального количества лифтов второго входа. К рассмотрению были приняты одноэтажные кабины на 50 и 75 человек и двухэтажные вместимостью 2x50 и 2x75 человек. Общее количество лифтов — 4, в том числе 3 в работе и 1 в ремонте. Расчетная скорость подъема — 4 м/с при глубине от 40 до 100 м. Из расчетов следует, что по производительности трехлифтовый подъем с кабиной 1x50 чел. при высоте до 60 м эквивалентен одной ленте эскалатора, а при кабине 2x50 чел. — двум. Необходимая площадь пола лифтовой кабины при норме 6,25 чсл./м2 (0,16 м2/чел.) составит 8 м2 при вместимости 50 чел. и 12 м2—для 75 чел. Исходя из этого, следует выбирать форму и размеры лифтов в плане так, чтобы при типовых диаметрах обделок перегонных, станционных или эскалаторных тоннелей можно было разместить не меньше двух лифтов с противовесами при соблюдении нормативных зазоров между кабинами и крепью (обделкой) или элементами арми-ровки ствола.
Для оценки возможности размещения лифтов в вертикальных стволах разного диаметра, соответствующего типовым размерам чугунных тюбинговых обделок, выполнены ориентировочные расчеты, результаты которых представлены в [111, табл. 7.2]. При разработке схем размещения двух лифтов в стволе необходимо обеспечить независимый подъем каждой кабины (с индивидуальным противовесом) и возможность беспрепятственного перехода людей из одной кабины в другую при аварийных ситуациях. Этим требованиям в наибольшей мере удовлетворяет консольное армирование, которое способствует максимально возможному сближению кабин в плане, наименьшим величинам расхода стали на армирование и аэродинамическому сопротивлению ствола. Центральная его часть при этом остается свободной для спуска-подъема крупногабаритного оборудования при ремонтных работах или устранении аварийных ситуаций. Необходимые для нормальной эксплуатации четыре лифта (3 лифта в работе, 1 в ремонте) могут быть размещены в двух стволах (рис. 2.5, а) или в одном (рис. 2.5, б). Боковое расположение противовеса относительно кабины наиболее удачно для многоканатного подъема и проходной схемы посадки-высадки пассажиров. При этом создаются благоприятные условия для регулирования пассажиропотоков и работы подъема [104]. Лифтовый ствол относительно станции метрополитена может быть расположен на оси пассажирской платформы (рис. 2.6, а), в стороне от нее (рис. 2.6, б) или комбинированно, что зависит от характера застройки на поверхности, расположения трассы линии и соотношения диаметра ствола и ширины платформы. При заданных размерах лифтовых кабин в первом случае рационально совмещать уровень пола верхнего этажа лифта с уровнем пола платформы, а для входа-выхода с нижнего этажа устраивать местные лестничные сходы (см. рис. 2.6, а). При боковом расположении ствола целесообразно уровень пола нижнего этажа совмещать с уровнем пола подходного коридора 7 (см. рис. 2.6, б), а для сообщения с верхним этажом устраивать лестничные сходы. Одноствольный вариант с четырьмя лифтами (см. рис. 2.5, б и 2.7) может быть целесообразен при невозможности размещения двух стволов по условиям городской застройки или по иным причинам.
Рис. 2.5. Схемы размещения лифтов в стволах: а в двух стволах; б в од ном стволе; 1 обделка ство ла; 2 проем в обделке; 3 кабина лифта; 4 проводник; 5 противовес; 6 тросы мно гоканатного подъема; 7 дверь кабины лифта; 8 эвакуацион ная дверь; 9 консольный расстрел Рис. 2.6. Схемы размещения лифтовых стволов относи тельно колонной станции: а на продольной оси пасса жирской платформы; б сбоку от станции; 1 лифтовый ствол; 2 двухэтажная каби на лифта; 3 пассажирская платформа; 4 лестничный сход к нижнему этажу кабины; 5 турникет накопителя пас сажиров; 6 накопитель пас сажиров; 7 подходной коридор к лифтовому стволу
Рис. 2.7. Схемы бокового расположения лифтового подъема: а одноэтажный; б двухэтажный; 1 подходной коридор; 2 аванзал; 3 дверь проема лифтового ствола; 4 кон сольный расстрел с двумя проводниками; 5 дверь кабины лифта; 6 эвакуаци онная дверь; 7 ветви канатов парных лифтов подъема; 8 двухмаршевый лестничный сход на нижний этаж Расположить такой ствол на оси пассажирской платформы не всегда возможно по габаритным соображениям, особенно при двухэтажной кабине лифта, поскольку ширина аванзала (и островной платформы соответственно) должна быть больше наружного диаметра ствола на 6 м. При его диаметре 9,5 и 7,5 м это дает соответственно 15,5 и 13,5 м. При боковом расположении ствола относительно станции (см. рис. 2.6) планировка возможна (стрелками на рисунке показаны направления пассажиропотоков). Использование для каждой из 4 клетей отдельной подъемной машины и про тивовеса в этом случае нецелесообразно. Лучшим решением является применение парных клетей (с двухконцевым подъемом). Такое решение позволяет использовать 2 подъемные машины вместо 4 и исключить противовесы. Кроме того, при аварийной остановке одной пары лифтов эвакуация пасса жиров может быть осуществлена другой парой аналогично варианту с двухлифтовым стволом. Несмотря на некоторые недостатки лифтовых подъемников (отсутствие опыта проектирования, изготовления и эксплуатации большегрузных лифтов, цикличность работы, обязательность башенного копра и др.), они способны заменить даже четырехленточные эс калаторы и имеют перед ними определенные преимущества, в том
числе: существенное уменьшение размеров зоны влияния в массиве и снижение вдвое объемов горно-строительных работ при проходке ствола; снижение расхода материалов и затрат на сооружение внутритоннельных конструкций; экономия электроэнергии при эксплуатации благодаря возможности регулирования количества работающих лифтов и режимов их работы и др. Пассажирские конвейеры. Почти одновременно с наклонным эскалатором появился и его горизонтальный «родственник» — пассажирский конвейер (он же траволатор, травелейтор, движущийся тротуар). Первое устройство такого рода было показано на Промышленной выставке 1893 г. в Чикаго. Бесконечная лента из эластичного материала, на которую можно легко войти и выйти в любом месте, помогала многочисленным посетителям преодолеть 1,3 км пути от теплоходной пристани до основных павильонов со скоростью 5 км/ч. Обширная территория Парижской выставки 1900 г. была окружена деревянной кольцевой эстакадой протяженностью около 4 км; на ней располагались уже две параллельные ленты «пассажирских транспортеров». Наружная лента, как и в Чикаго, двигалась со скоростью пешехода; посетители, которым предстоял сравнительно долгий путь, могли перейти с нее на внутреннюю, перемещающуюся в два раза быстрее. За полгода работы выставки этот необычный вид транспорта перевез около 7 млн пассажиров, обслуживая в отдельные дни по 90—100 тыс. человек. Пассажирские конвейеры, нашедшие широкое применение на зарубежных метрополитенах, помогают решению многих задач. Оборудование пассажирскими конвейерами пересадочных узлов наиболее распространено, причем схемы их установки различны. В Париже, например, на станции «Шатле» их сделали смежными и установили по центру подземного коридора с пешеходными проходами вдоль стен. На станции «Монпарнас» вся ширина перехода занята тремя пассажирскими конвейерами, средний из которых включают только в часы пик. При этом направление движения реверсируют в зависимости от интенсивности пассажиропотоков по направлениям. В 1979 г. один из коридоров от станции метро к железнодорожному вокзалу в Лионе был оборудован первым в мире быстроходным пассажирским конвейером, два других — обычными. В ряде
случаев быстроходные тротуары способны заменить линию метро, продолжив ее или отведя маршрут в сторону от одной из станций. Пассажирские конвейеры могут быть не только горизонтальными, но и наклонными (до 12°). В этом случае они являются средством межуровневого сообщения и используются вместо эскалаторов. Их преимущество — в удобстве перевозки пассажиров с громоздким багажом, который трудно разместить на ступенчатом полотне, с детскими или инвалидными колясками и т.д. Установка движущихся тротуаров для связи вестибюлей метро с залом железнодорожного вокзала Париж-Норд, например, позволила многим пассажирам отказаться от услуг носильщиков. В Москве в 60-х—начале 70-х гг. неоднократно выдвигалась идея соединить пассажирскими конвейерами в тоннелях мелкого заложения многочисленные подземные переходы под крупнейшими улицами и проспектами. Более экономичный проект предусматривал устройство конвейеров в наземных застекленных галереях, проходящих по дворам и переулкам параллельно центральным магистралям. Устройство движущихся тротуаров планировалось и на многих пересадочных узлах, но пока ни один из этих проектов так и не получил реального воплощения. Специфический недостаток такого эскалатора — потребность в большом пространстве для обратного хода ступенчатого полотна, затрудняющая «вписывание» машины в проекты конкретных сооружений. 2.4. Станционные комплексы метрополитена Объемно-планировочные решения и глубина заложения станций. Для посадки, высадки и пересадки пассажиров, а также для производства необходимых операций по обслуживанию пассажиров и организации движения поездов на линиях метрополитена в пассажирообразующих местах города строятся станции [39, 93 (гл. 10), 105 (гл. 17), 111 (гл. 5), 112 (п. 1.3)]. По высотному расположению относительно поверхности земли и по способу сооружения станции подразделяют на: подземные станции глубокого заложения, сооружаемые закрытым способом; подземные станции мелкого заложения, сооружаемые открытым или полузакрытым способами работ; наземные станции, а также надземные, устраиваемые на эстакадах (рис. 2.8).
Выбор глубины заложения при строительстве метрополитенов определяется по совокупности целого ряда факторов, которые можно разделить на две основные группы: строительные и эксплуатационные. К первой группе факторов относятся градостроительные и гидрогеологические условия, рельеф местности, конструкции и способы производства работ, удобство возведения, строительная стоимость и т.п. Во вторую группу факторов входят удобства для пассажиров, безопасность, надежность, затраты времени пассажирами, реализуемые скорости сообщения и передвижения, эксплуатационные затраты и т.д. Рис. 2.8. Схематические продольные разрезы и планы станции метрополитена: а наземная (в открытой выемке); б мелкого заложения; в глубокого заложения; I внутристанционный путь пассажира от вестибюля до центра платформы
Капитальные затраты на строительство станций глубокого заложения, как правило, в 2—3 раза выше, чем на строительство станций мелкого заложения. Это связано прежде всего с необходимостью строительства и оборудования на них эскалаторных комплексов с большой высотой подъема. Так, по данным французских метростроителей, капитальные затраты на строительство 1 км наземных линий метрополитена, линий мелкого и глубокого заложения находятся в соотношении 10:17:34. Вместе с тем станции глубокого заложения менее удобны для пассажиров, прежде всего по затратам времени на спуск и подъем, которые в 1,5—3 раза больше, чем на станциях мелкого заложения (по 2,1—2,7 с на каждый метр глубины в зависимости от скорости движения лент эскалатора 0,91—0,75 м/с соответственно). При проектировании станций, возводимых закрытым способом, определение их местоположения связано, в основном, с расположением в плане эскалаторных тоннелей и местом расположения вестибюля, так как остальные сооружения станционного комплекса располагаются независимо от существующей застройки города. Экономически оправдано и удобно для пассажиров совмещение оси эскалаторного тоннеля с осью станции (рис. 2.9, а\ однако в определен- Рис. 2.9. Схема примыкания эскалаторного тоннеля к поперечной камере: а в торец станции; 6 сбоку продольной оси станции; 1 боковой станци онный тоннель; 2 поперечная камера; 3 перегонные тоннели; 4 натяж ная камера; 5 эскалаторный тоннель; 6 подходной тоннель; 7 лестничный спуск на платформу
ных условиях, преимущественно при применении односводчатых станций, имеющих ширину платформы 8—9 м, эскалаторы в плане могут располагаться и под значительным углом к оси станции (рис. 2.9, б). В этом случае связь натяжной камеры с платформой станции осуществляется через поперечные камеры и переходы над путевыми тоннелями с лестничными маршами или эскалаторами малого подъема. Станции необходимо располагать: в плане — на прямых участках пути, в профиле — по возможности на возвышениях на односкатном продольном уклоне, равном 3 %о. Вестибюли станций в зависимости от градостроительных, архитектурно-пространственных и климатических условий принимают наземного или подземного типов. Пассажирские платформы, согласно указаниям СНиП 32-08 [87], могут приниматься островными или боковыми, а размеры станционных сооружений должны быть не менее величин, приведенных в табл. 2.2. Выходы из подземных вестибюлей следует предусматривать в подуличные пешеходные переходы, длина которых не должна быть более 100 м. Для станций, расположенных у вокзалов, предусматривают возможность сообщения с железнодорожными платформами или вокзальными помещениями без выхода на поверхность. Станции закрытого способа работ. Все станции метрополитена закрытого способа работ имеют, как правило, сводчатое очертание: одно-, двух-, трех- и многосводчатое. Таблица 2.2 Минимально допустимые размеры станционных сооружений Показатель Размер по плоскости облицовки, м Ширина островной платформы: односводчатая станция 10,0 колонная станция 12,0 Ширина боковой платформы 4,0 Расстояние от края платформы: до колонн 2,5 до облицовки пилонов и стен в беспроемных частях станции при железобетонной обделке 2,9 при чугунной обделке 3,2 Ширина проходов между боковым и средним залами станции 2,5
Трехсводчатые станции. На отечественных метрополитенах преимущественное распространение имеют трехсводчатые станции — пилонные и колонные. В последние годы стали широко применяться также пилонно-колонные и колонно-стеновые конструкции. Трехсводчатые станции закрытого способа работ состоят из трех смежных тоннелей. На станциях пилонного типа, где поперечные сечения тоннелей не пересекаются, их соединяют проходами; на колонных станциях стыковые узлы пересекающихся сводов обделки тоннелей опирают на колонны через прогоны или сдвоенные клинчатые перемычки. При этом средний тоннель используется в качестве распределительного пассажирского зала. Его длина определяется множеством факторов, в том числе схемой примыкания к станции эскалаторных тоннелей. Опыт строительства станций пилонного типа из сборного железобетона в сухих или слабовлажных плотных глинах (типа протерозойских и спондиловых) на Санкт-Петербургском и Киевском метрополитенах показал принципиальную возможность и целесообразность их применения вместо станций с чугунной обделкой. Обделки пилонных станций из сборного железобетона собирают из ребристых блоков (бетон класса В35, марка по водонепроницаемости не ниже W6) диаметром 8,5 м с шириной колец 0,75 м. Станции пилонного типа из монолитного бетона и железобетона, нашедшие применение при строительстве первой очереди Московского метрополитена («Красные ворота», «Охотный ряд», «Лубянка»), в силу ряда серьезных недостатков (большой объем бетонных работ, большая трудоемкость, малая механовооруженность и др.) не нашли дальнейшего развития и в настоящее время не строятся. Заслуживает внимания проект станции «Бажовская» в Екатеринбурге, выполненный специалистами ОАО «Уралгипротранс» (рис. 2.10). В отличие от действующих аналогичных станций без боковых посадочных платформ в Санкт-Петербурге, разработанный вариант в конструктивном отношении может быть отнесен к пиленному типу [24]. При этом отсутствие пассажирских платформ в боковых тоннелях позволяет уменьшить их наружный диаметр до 5,5 м. Обделка среднего тоннеля может быть выполнена из любых строительных материалов (чугунные, железобетонные тюбинги, монолитный железобетон).
Рис. 2.10. Проект станции метро пиленного типа Путевые тоннели имеют обделку из незамкнутых чугунных тюбингов шириной 1,0 м с монолитными железобетонными вставками шириной 610 мм в районе проходов (дверей вагонов) и 770 мм в районе сцепок между вагонами. Нагрузку от разомкнутых колец обделки путевых тоннелей воспринимают продольные балки (металлические или железобетонные), выполненные при проходке путевых тоннелей на месте установки тюбингов типа «К». Объединение путевых и среднего тоннелей в станцию выполняется аналогично конструкции пилонного типа (проходы и пилоны). Ширина прохода принята 2,61 м, ширина проема при открытых станционных дверях — 1,81 м, дверей вагона — 1,208 м, неточность остановки поезда допускается 0,3 м. В проемах устраивают двери, оборудованные автоматической централизованной блокированной системой управления, обеспечивающей надежность действия, безопасность для пассажиров и минимальную стоянку поездов. Подплатформенное помещение среднего тоннеля используется для прокладки коммуникаций и размещения в нем необходимых служебных помещений. К торцам станции примыкают эскалаторные тоннели.
Технология сооружения станции закрытого типа аналогична пилонным. Широкое применение на линиях отечественных метрополитенов получили трехсводчатые станции колонного типа с обделкой из чугунных тюбингов. Такие станции, в отличие от пилонных, решены в едином объеме, что обеспечивает большие удобства для пассажиров и позволяет создать подземное сооружение с выразительным архитектурным ансамблем и впечатляющим интерьером. Первые колонные станции Московского метрополитена («Маяковская», «Комсомольская-кольцевая», «Курская-кольцевая», «Китай-город» и др.), несмотря на удачные объемно-планировочные и архитектурные решения (высшие оценки на международных выставках получили: в Нью-Йорке в 1939 г. — станция «Маяковская» Московского метрополитена, в Брюсселе в 1959 г. — станция «Технологический институт» Ленинградского метрополитена), отличались большой металлоемкостью и значительными трудозатратами при строительстве. Все эти станции, так же как и станции 2—4-й очередей Московского метрополитена, конструировали на основе чугунных обделок наружным диаметром 9,5 м, что не позволяло конкурировать им с пилонными станциями, имеющими обделки с D = 8,5 м. Первые попытки перейти на использование конструкций станции колонного типа с обделкой D = 8,5 м оказались неудачными из-за трудностей разработки конструкции перекрытия продольных пролетов между колоннами. При диаметре обделки 9,5 м эти пролеты перекрывались стальными прогонами, размещенными внутри боковых тоннелей [111, рис. 5.28], чего нельзя было сделать при использовании обделки с D = 8,5 м, поскольку высота прогона не позволяла получить минимально допустимую высоту прохода между колоннами. Именно поэтому специалисты Метрогипротранса предложили новый принцип проектирования колонных станций, в основу которого было положено применение для проемной части станции, как и на станциях пилонного типа, клинчатых перемычек, перекрывающих пролеты между колоннами и входящих в состав несущей обделки тоннелей. При этом перемычки не занимают дополнительную высоту и монтируются непосредственно при проходке тоннелей станции.
Первой колонной станцией с клинчатыми перемычками, построенной на Московском метрополитене из стандартных элементов обделки D - 8,5 м, применяемых в пилонных станциях, включая фасонные тюбинги перемычек рам проемов, была станция «Площадь Ногина» (ныне «Китай-город»). Пролеты между колоннами на ней перекрыты сближенными перемычками смежных тоннелей (боковых и среднего). Более совершенные конструкции станций Московского метрополитена «Пушкинская», «Кузнецкий мост», «Марксистская» и др., благодаря применению в конструкциях средних тоннелей тюбингов обделки диаметром 9,5 м и увеличенному шагу колонн, имеют расширенный средний зал неполной длины. Для сокращения расхода чугунных тюбингов в лотковой части всех трех тоннелей этих станций чугунные тюбинги заменены железобетонными лотковыми блоками, а для обеспечения гидроизоляции обделки плоская поверхность железобетонных блоков, обращенная внутрь тоннеля, покрыта чугунными плитами, заанкеренными в бетон. В радиальных торцах блоков расположены закладные детали для болтового соединения со смежными тюбингами [97, рис. 10.4, а\. Как показали исследования, проведенные ЦНИИСом при строительстве станции с клинчатыми перемычками, их конструкция работает пространственно, причем клинчатые перемычки преимущественно работают вдоль оси тоннелей, а замкнутые и разомкнутые кольца среднего и боковых тоннелей — поперек продольной оси станции. На основании изложенного выбрана новая расчетная схема, позволяющая рационально расположить материал в обделке, а именно: в плоскости колонн (пилонов) поперек станции замкнутые кольца среднего и боковых тоннелей монтируют из усиленных чугунных тюбингов типа 85 НВ, а в разомкнутых кольцах устанавливают облегченные — типа 85 НЛО. Таким образом, вокруг станции образуются жесткие замкнутые кольца (зона А), которые работают поперек продольной оси (рис. 2.11, а). Совершенствование конструкций новых станций стало проводиться по пути увеличения объема среднего зала (шире и выше, чем, например, на станции «Китай-город»), отказа от применения нижних клинчатых перемычек как малонагруженных элементов конструкции, замены узких колонн участками стен, исключения подплатформенных помещений в среднем зале, замены обратного чугунного свода монолитной железобетонной плитой.
Рис. 2.11. Схемы конструктивных элементов станций с верхними клинчатыми перемычками: а — колонно-пилонная, 6 — колонно-стеновая
Такие решения применены для станций Серпуховской и Люблинско-Дмитровской линий Московского метрополитена: колон-но-пилонных станций «Серпуховская» и «Чкаловская», колонной станции «Римская», станций «Крестьянская застава» и «Дубровка» колонно-стеновой конструкции, которые запроектированы без подплатформенных помещений в средней части. Кабели в этом случае прокладываются под боковыми платформами и в обходных кабельных коллекторах. В поперечном сечении колонно-пилонная станция, например, представляет собой замкнутую конструкцию, состоящую из двух боковых и среднего тоннелей наружными диаметрами соответственно 8,5 и 9,5 м, связанных между собой проходами. Обделки верхних сводов боковых и среднего тоннелей опираются на колонны-пилоны из двух колец через стандартные продольные чугунные перемычки. Верхняя (пролетом 5,25 м) состоит из 7 фасонных тюбингов, нижняя — из прямоугольных тюбингов. Проемы между верхними и нижними перемычками в боковом и среднем тоннелях заполняют инвентарными тюбингами. Уменьшение целика между тоннелями до 0,75 м позволяет объединить тюбинги колонн-пилонов в единую конструкцию, усиленную армированным бетоном. По технико-экономическим показателям станции пилонно-колонного типа обладают преимуществами как пилонных, так и колонных конструкций. Дальнейшее совершенствование конструкций станций колонного типа с обделкой из чугунных тюбингов ведется в направлении сокращения расхода чугуна за счет замены чугунных тюбингов железобетонными блоками со стальными гидроизолирующими листами. Процесс совершенствования таких конструкций хорошо прослеживается на примерах строительства Санкт-Петербургского и Киевского метрополитенов. Одной из первых отечественных станций из сборного железобетона была станция без боковых посадочных платформ, построенная в Ленинграде [111, рис. 9.33]. В конструктивном отношении станция такого типа может быть отнесена к одной из разновидностей станций колонного типа. Принципиальное отличие этой конструкции от других заключается в том, что ее боковые тоннели предназначаются лишь для движения поездов, а средний тоннель — для размещения пассажирской платформы.
Несмотря на оригинальность инженерного решения и сравнительно низкую строительную стоимость, такие станции в силу определенных неудобств и значительных материальных затрат при эксплуатации не получили дальнейшего распространения на метрополитенах России. Другим примером станции колонного типа с обделкой из сборного железобетона, в корне отличающейся от ранее рассмотренной, является конструкция, разработанная специалистами Ленметрогип-ротранса в начале 70-х гг. XX в. Обделка станции представляет собой комбинацию трех прямых и трех обратных сводов из сборного железобетона, опирающихся на колонно-прогонную систему: сверху — через чугунные тюбинги 850 АС, снизу — через железобетонные блоки 85 ФБС, которые входят в состав сборных обделок боковых тоннелей [111, рис. 5.34]. Опирание верхних и обратных сводов на колонно-прогонную систему, выполненную из низколегированной стали, осуществляется через шарнирные тангенциальные стальные опорные устройства, позволяющие уменьшить эксцентриситет при передаче вертикальных нагрузок. Применение высокопрочной толстолистовой стали и шарниров позволило уменьшить габаритные размеры металлоконструкций и разместить их в тоннеле диаметром 8,5 м и без разборки обделки. В настоящее время ведутся работы по дальнейшему снижению металлоемкости конструкции станции: замена стальных прогонов и колонн на предварительно-напряженные железобетонные из высокопрочного бетона и др. Примером станции колонного типа с обделкой из монолитного бетона и железобетона может служить станция Тбилисского метрополитена, сооруженная в трещиноватых скальных грунтах с/= 3—4 [111, рис. 5.32]. Здесь обделка боковых тоннелей и сводов среднего зала выполнена из монолитного бетона, а несущие конструкции в виде прямолинейных (верхних и нижних) прогонов и колонн — из железобетона. Аналогичная станция глубокого заложения в скальных грунтах была построена в Ереване. Опыт строительства таких станций показал, что они являются наиболее экономичными среди всех трехсводчатых стан
ций глубокого заложения как по материалоемкости, так и по общей стоимости. Односводчатые станции. Такие станции глубокого заложения широко распространены на всех метрополитенах мира. В бывшем СССР первые конструкции односводчатых станций с двумя основными типами опорных пят — штольневыми и круговыми — были разработаны в ЦНИИСе. Исследования показали, что переход от круговых опор к штольневым дает заметное (в среднем—до 15 %) снижение стоимости сооружения, примерно вдвое сокращает расход бетона. Специалисты считают, что значительный резерв экономии заключается в сокращении размеров поперечного сечения станции, в особенности пролета выработки. При этом облегчение конструкции свода, пропорциональное сокращению пролета, дает возможность сократить число блоков в арке и в результате ускорить монтаж обделки. Более тонкий свод позволяет применить облегченный укладчик в виде криволинейной балки и почти вдвое уменьшить высоту калоттной прорези. Последнее, в свою очередь, означает не только двойное сокращение объемов грунта на каждую заходку, но и соответствующее увеличение скорости проходки. При этом она возрастает в значительно большей степени (так как узкая калотта устраняет двухъярусную разработку забоя, ликвидируются работы по монтажу и перестановке подмостей), что обеспечивает минимальные сдвижения в горном массиве и, как следствие, минимальные осадки поверхности. Следует отметить, что в мировой практике, да и на первых отечественных односводчатых станциях («Библиотека им. Ленина», «Аэропорт») ширина платформ была принята 8,0 м. Однако и в действовавших ранее нормативных документах, и в новом СНиПе 32-02 ширину платформ рекомендуется принимать не менее 10,0 м. В то же время, как показывает практика эксплуатации метрополитенов, решающее значение в обеспечении необходимой пропускной способности станций закрытого способа работ имеет не ширина платформы, а подъемные устройства. Использование антресолей, захватывающих поверху часть надплатформенного и надпутевого пространства, с добавлением лестничного спуска позволяет обеспечить любой пассажиропоток односводчатой станции без расширения ее платформы.
Подобные решения имеются, например, на односводчатых станциях Вашингтонского метрополитена. Платформа шириной 8 м там принята при обращении вагонов большей на 0,17 м ширины, чем на наших метрополитенах; длина платформы, рассчитанной на 9-вагонные составы, составляет 175 м. Ретроспективный анализ свидетельствует в пользу 8-метровых платформ даже без использования второго уровня. Первые две односводчатые конструкции с многошарнирной сборной железобетонной, преднапряженной обжатием в грунт обделкой верхнего и обратного сводов, с монолитными опорами из частично заполненных бетоном перегонных пилот-тоннелей, были возведены в 1973—1975 гг. в Ленинграде (станции «Площадь Мужества» и «Политехническая») [111, рис. 5.42]. Следует отметить, что опытная конструкция станции, предложенная проектировщиками еще в 1960—1962 гг., стала основным типом станций Санкт-Петербургского метрополитена. Практика показывает, что трудозатраты и сроки сооружения такой станции почти на треть меньше пилонной, а стоимость ниже наиболее экономичной ленинградской железобетонной колонной станции [111, рис. 5.34]. На Тимирязевской линии Московского метрополитена, которая сдана в эксплуатацию 7 марта 1991 г., впервые в грунтовых условиях Москвы возведена односводчатая станция «Тимирязевская» — полносборная из железобетонных конструкций с расположением под единым сводом платформенной части. Конструкция обделки, как и на петербургских станциях, состоит из верхнего и обратного сборных железобетонных сводов с расчетными пролетами соответственно 20,5 ми 16,9 м и массивных опор из армированного монолитного бетона. Класс бетона по прочности на сжатие блоков обоих сводов — В40. С внутренней стороны элементы имеют гидроизоляционную стальную облицовку из листа толщиной 8 мм, соединенную с бетоном приваренными анкерными стержнями. Наряду со станциями, имеющими обделку из сборных железобетонных элементов, широкое применение в устойчивых скальных грунтах находят станции с обделкой из монолитного бетона и железобетона (рис. 2.12), о чем свидетельствует, в частности, многолетний опыт подземного строительства в Грузии. Строительство первой односводчатой станции «Политехнический институт» оказалось настолько удачным, что в последующем такой
Рис. 2.12. Односводчатые станции с обделкой из монолитного железобетона (бетона): а с обделкой свода, опирающегося на стены; б со сводом, опирающимся на грунт тип стал основным в Тбилисском метрополитене. В настоящее время в эксплуатации находятся 7 таких станций, а на новой линии метрополитена все 5 станций запроектированы односводчатыми. В скальных грунтах сооружена также односводчатая станция «Геологическая» в Екатеринбурге (рис. 2.13). По совокупности некоторых особенностей ее можно отнести к разряду уникальных: эффективное объемно-планировочное решение позволило сократить длину станционного комплекса в 1,5 раза
3 4 Рис. 2.13. Станция «Геологическая» в Екатеринбурге: 1 вентиляционный канал; 2 кабельный канал; 3 служебные помещения; 4 постоянная обделка по сравнению с традиционным (143 м против 214 м); не имеют аналогов вантовая система крепления к своду перекрытия второго этажа над платформенной частью и система дымоудаления. По аналогии со станциями открытого способа работ Минского метрополитена служебные помещения расположены на втором этаже над пассажирской платформой и частично — в беспроемной части. Конструкция постоянной обделки станции выполнена из монолитного железобетона с внутренней металлоизоляцией. При заложении подошвы станции в глинах или других относительно слабых грунтах усложняются конструкция и технология строительства. В этом случае необходимо сооружать мощный обратный свод, способный равномерно передавать на грунт горное давление, возникающее при раскрытии станции. В сравнительно крепких, но трещиноватых грунтах, содержащих напорные воды, обратный свод необходим только для восприятия гидростатического давления. В тех случаях, когда в основании односводчатой станции залегают
крепкие грунты, а гидростатическое давление отсутствует, лотком станции может быть горизонтальная стяжка из бетона. Пересадочные станции закрытого способа работ. В сентябре 1997 г. на Санкт-Петербургском метрополитене введена в эксплуатацию одна из самых глубоких (70 м от поверхности) станция «Спортивная» [111, рис. 10.17] — двухъярусная односводчатая пересадочная на будущую Кольцевую линию. Движение поездов по каждой линии в обоих направлениях производится с одной стороны станции в разных уровнях. Станция снабжена четырехленточным эскалаторным тоннелем с поверхности на верхний ярус. Сообщение между ярусами обеспечивается двумя трехленточными эскалаторами. Боковые опоры верхнего и обратного сводов забетонированы во вспомогательных тоннелях со сборной железобетонной обделкой наружным диаметром 9,8 м. Увеличенный диаметр опор позволил соорудить в них продольные вентиляционные каналы для отвода горячего воздуха (через поперечные каналы) от ходовых частей тележек останавливающегося на станции подвижного состава. Платформы обоих ярусов сооружены из сборных железобетонных элементов. Ширина верхней платформы 11,7 м, нижней — 13,2 м. Под платформой нижнего яруса размещаются служебные помещения и кабельные коллекторы, под платформой верхнего яруса — только кабельные коллекторы. Нижний ярус в противоположном от эскалаторного примыкания конце станции в будущем будет соединен пешеходным тоннелем под р. Малая Нева, оснащенным пассажирскими конвейерами, с эскалаторным тоннелем на другом берегу реки (Васильевском острове). В мае 2003 г. сдан в постоянную эксплуатацию участок длиной 4,7 км продолжения Арбатско-Покровской линии Московского метрополитена от станции «Киевская» до станции «Парк Победы», включая две самые глубокие в нашей стране (80 м от поверхности земли) пересадочные станции «Парк Победы», средние пути которых принимают поезда Арбатско-Покровской линии, а крайние — Строгинской [27]. Станции расположены параллельно в одном уровне и соединены между собой пересадочными коридорами (рис. 2.14). Обе станции пилонного типа с длиной платформ 200 м рассчитаны на прием 10-вагонных составов. Ширина проемов 3,25 м, пи-
Парк Победы пути Строгинской линии ) Рис. 2.14. Расположение двух станций «Парк Победы» с поперечной пересад кой (Московский метрополитен) лонов — 2,0 м. Внутренний диаметр боковых тоннелей 3,85 м, среднего — 4,4 м. Станции объединены наверху одним подземным вестибюлем размером (по наружному очертанию) в плане 72 х 62 м и высотой 14 м. К вестибюлю примыкают два эскалаторных тоннеля с четырьмя лентами каждый. Станции имеют общий вестибюль, к которому примыкает наклонный тоннель с четырьмя самыми длинными (130 м, 740 ступеней) эскалаторными лентами ЭТ-75, впервые примененными на Московском метрополитене. В самом вестибюле смонтированы еще три ленты эскалаторов ЭТ-25. С поверхностью вестибюль связан подземным пешеходным переходом, примыкающим к существующему городскому переходу с лестничными входами, расположенными по обе стороны Кутузовского проспекта. Проект предусматривал в качестве материала обделок станции «Парк Победы» чугунные тюбинги (рис. 2.15, а). Учитывая сложности обеспечения строительства большим количеством фасонных тюбингов и недостаточную надежность гидроизоляции такой обделки при значительном гидростатическом давлении, по предложению специалистов ОАО «Трансинжстрой» запроектирована новая конструкция станции с металлобетонной обделкой (рис. 2.15, б),
Рис. 2.15. Московская станция «Парк Победы» с обделкой: а из чугунных тюбингов; б из армометаллоблоков состоящей из объемных элементов АМБ (армированный блок металл оизоляции), в которых стальной лист металлоизоляции располагается с внутренней стороны тоннеля, одновременно играя роль металлоизоляции и рабочей арматуры. Достоинствами таких обделок по сравнению с конструкцией из чугунных тюбингов являются: надежность гидроизоляции сооружения при повышенном гидростатическом давлении; выполнение функции временной крепи до бетонирования обделки и функций опалубки при ее бетонировании; сокращение металлоемкости в 2,0—2,5 раза; возможность изготовления АМБ на производственной базе; хорошая ремонтопригодность.
Основные узлы станционного комплекса. Несмотря на различные конструктивно-технологические решения станций метрополитена закрытого способа работ, их объединяет много общего, и прежде всего — основные узлы станционного комплекса (рис. 2.16): вестибюли, эскалаторные тоннели, натяжные камеры, платформенная часть станции, служебно-технические помещения, вентиляционные камеры и т.п. Непосредственно у станции располагают понизительные или тягово-понизительные подстанции. В них размещаются трансформаторы, выпрямители, распределительные устройства, аккумуляторные батареи и другое оборудование. На каждой станции сооружают выработки для санитарного узла и медицинского пункта. Их, как правило, располагают между боковыми тоннелями в конце станции на участке около 20 м. Станции открытого и полузакрытого способов работ. К станциям метрополитена открытого и полузакрытого способов работ относят станции, сооружаемые на линиях мелкого заложения, а также наземные и надземные станции, сооружаемые на эстакадах. Станциями мелкого заложения принято считать такие, уровень платформы которых находится, как правило, не глубже 15 м от поверхности земли. Минимальная глубина заложения определяется, в основном, Рис. 2.16. Основные узлы станции метрополитена закрытого способа работ: 1 вестибюль; 2 эскалаторный тоннель; 3 натяжная камера; 4 плат форменная (проемная) часть станции; 5 глухая (беспроемная) часть стан ции; 6 служебно технические помещения; 7 камеры дренажных перекачек; 8 вентиляционная камера
необходимостью устройства пешеходных тоннелей, располагаемых между поверхностью улицы и перекрытием перегонных тоннелей метрополитена, а также возможностью прокладки над перекрытием станции подземных коммуникаций, устройства подземной части улиц, трамвайных путей. В зависимости от этих факторов глубину заложения верха перекрытия станции обычно принимают в пределах от 1,5 до 5,0 м, но не менее глубины сезонного промерзания грунтов. В противном случае следует предусматривать теплоизоляцию сооружения, с предохранением материала теплоизоляции от увлажнения и механического повреждения [18, ч.1; 111, гл. 9]. Незначительное заглубление и минимальная высота станционных сооружений в некоторых случаях позволяют избежать устройства эскалаторных тоннелей и отказаться от наземных вестибюлей, а примыкание лестниц осуществлять непосредственно к тротуарам на улицах или к коридорам пешеходных подуличных переходов (рис. 2.17). За более чем 70-летний период строительные конструкции станций метрополитенов открытого способа работ, постоянно совершенствуясь, претерпели существенные изменения. При этом можно отметить несколько этапов этого развития: 1 — применение мас- Рис. 2.17. Станционный комплекс метрополитена мелкого заложения: 1 перегонные тоннели; 2 вентс бойка; 3 тягово понизительная подстанция; 4 вестибюль № 1; 5 пешеходный тоннель; 6 лестнич ный спуск; 7 платформенная часть станции; 8 вестибюль № 2; 9 вентиляционная камера; 10 вент канал; 11 вентиляционный ствол с павильоном
сивных монолитных бетонных и железобетонных конструкций на первых очередях строительства в довоенный период; 2 — появление и развитие производства сборных железобетонных элементов конструкций в конце 50-х гг.; 3 — возврат к широкому применению монолитного железобетона на новой технологической основе в 80-х гг. Конечно, границы этих этапов условны и расплывчаты, но они характеризуют основные, преобладающие тенденции отрасли. Возврат к конструкциям из монолитного железобетона обусловлен несколькими причинами. В частности, в связи с преимущественным развитием линий в периферийных районах города широко применяется открытый способ работ в сочетании, в основном, с конструкциями из сборного железобетона, для выпуска которого уже не хватает производственных мощностей. При этом номенклатура изделий постоянно растет, что, безусловно, не способствует разнообразию архитектурного облика и объемно-планировочных решений станций, а тенденция к обогащению архитектуры все больше будет диктовать свои условия. Технология монолитного строительства развивается и совершенствуется во всем мире, в том числе на метрополитенах России и других стран СНГ. Отработаны конструкции передвижных опалубок, позволяющих создавать станции весьма смелых и неожиданных очертаний, более прогрессивными становятся технологии изготовления и укладки бетона. В наибольшей степени это относится к односводчатым станциям [18, ч. 1, рис. 1.3—1.5]. Наземные станции в отношении экономии пассажирского времени представляют определенный интерес, если их пространственное решение допускает устройство минимальных по высоте лестничных подъемов и спусков. В городах с суровым климатом на метрополитенах устройство открытых наземных участков, чередующихся с тоннелями, нежелательно не только из-за возможных снежных заносов, но также по причине неблагоприятного воздействия на подвижной состав и на условия движения частых и резких смен температурно-влажностного режима. Именно поэтому на некоторых метрополитенах нашей страны и в мире строятся наземные линии и станции, перекрываемые отапливаемыми защитными галереями из прозрачных материалов, которые препятствуют не только резкому изменению темпе-
ратурно-влажностного режима, но и распространению шума от движения поездов (станции «Воробьевы горы» в Москве, «Купчино» и «Комсомольская» в Санкт-Петербурге, метрополитен в Саппоро в Японии). Одним из недостатков наземных линий и станций является нерациональная застройка городских территорий, разобщающая прилегающие к ним районы и требующая шумозащитных разрывов до жилой застройки и соответствующего удлинения (на 50—80 м) дальности подходов. Вместе с тем установлено, что шум от движения поездов по линии метро, проложенной в открытой выемке, значительно меньше, чем шум на крупной городской магистрали с интенсивным движением. Прогрессивные решения новых линий зарубежных метрополитенов. Построенные в последние годы линии зарубежных метрополитенов — «Юбилейная» в Лондоне, «Метеор» в Париже, продолжение линии А в Риме — представлены сложными системами подземных сооружений нового поколения с конструктивными, объемнопланировочными и архитектурными решениями, создающими новую среду обитания человека в мегаполисах. Особого внимания заслуживают технические решения при строительстве Юбилейной линии метрополитена в Лондоне: • ограждение платформ на станциях в виде прозрачных витрин из прочного стекла с раздвижными дверями в местах посадки людей. Двери ограждений платформ открываются синхронно с дверями поезда по команде машиниста при условии правильной остановки; • аварийные выходы для пассажиров устроены в виде двух лестничных эвакуационных шахт с каждой стороны платформы, закрытые для прохода людей в режиме нормальной эксплуатации метрополитена. Посередине всех перегонных тоннелей длиной более 1 км также предусмотрены эвакуационные стволы. Аварийный выход для пассажиров — через кабину машиниста поезда; • подавление шума и вибрации при движении поездов посредством укладки бесстыковых рельсовых путей на преднапряженных железобетонных шпалах с полимерными подушками или подкладками. На участках трассы, проходящих вблизи зданий и сооружений, рельсы с упругими подкладками уложены на основание из плавающих плит. Для подавления шума и вибрации на станциях из чугунных тюбингов в верхней части обделки установлены шумоизолирующие перфориро
ванные закладные детали, а на стенах из сборного железобетона наклеены перфорированные шумоизолирующие сегменты; • пассажирские лифты, эскалаторы и лестницы аварийных выходов, в том числе все их поручни, короба и решетки выполнены из оцинкованных сплавов; • для повышения выразительности архитектурных решений все металлические конструкции покрашены в яркие цвета, над выходами из метро устроены прозрачные козырьки и т. д. Одним из самых интересных и технически сложных на всей Юбилейной линии считается объемно-планировочное решение станции «Вестминстер», расположенной под Парламентской площадью (рис. 2.18). Рис. 2.18. Станция «Вестминстер» Юбилейной линии метрополитена в Лондоне: 1 улица Бридж Стрит; 2 новое здание Парламента; 3 Окружная и Кольцевая линии метрополитена; 4 эскалаторы; 5, 6 тоннели Юбилей ной линии восточного и западного направлений
Линия «Метеор» длиной 7 км Парижского метрополитена соединит окраины Парижа, Лионский вокзал и порт Женевилерс. Эта линия предусматривает устройство 7 пересадочных станций, в том числе станции «Маделен» [111, рис. 2.9], построенной способом «стена в грунте». На ее платформах устроены прозрачные двери из бронированного стекла, открывающиеся автоматически при остановке поезда. Движение поездов осуществляется также автоматически без машиниста. Подвижной состав имеет колеса с резиновыми вкладышами. Для предотвращения вибрации и шума по железнодорожному пути из 7 рельсов (2 рельса—токосъемные; 2 рельса с широкой полкой — ходовые; 2 обычных рельса Р18 — для отвода электрического тока и 1 рельс посередине пути — для систем автоматизации и теленаблюдения за движением поездов). Большой интерес представляют сооруженные на Парижском метрополитене узловые и многоярусные станции. Например, конструкция объединенной станции «Дефас» прямоугольного сечения шириной 65 м и высотой 27 м из предварительно напряженного железобетона имеет пять ярусов. Первый ярус — для движения поездов, второй — для пассажирских вестибюлей, третий и четвертый—для автобусных станций, пятый — для служебных и вспомогательных помещений. Новое продолжение линии А длиной 4,5 км метрополитена в Риме предусматривает строительство станций и перегонных тоннелей на глубине 20—25 м. Эта линия соединит густонаселенные районы города. Наземные станции «Батистини», «Корнелия», «Аурелия» и «Чипро» покрыты прозрачными навесами на металлических опорах с использованием световых фонарей. Новые линии метрополитенов имеют различные варианты решений конструктивных, объемно-планировочных и архитектурных задач, а также мер по борьбе с шумом и вибрацией при движении поездов и работе эскалаторов, характеризуются усовершенствованными системами безопасности и эвакуации людей при пожарах, новыми системами автоматизированной посадки-высадки людей и движения поездов. Контрольные вопросы к главе 2 1. Какие сооружения метрополитена по их функциональному назначению можно назвать основными и вспомогательными (технологическими)?
2. Как осуществляется возвышение наружного рельса на кривых участках пути в тоннелях и на открытых участках? 3. Какие линии метрополитена относят к линиям мелкого заложения, а какие — к линиям глубокого заложения? 4. В чем достоинства и недостатки эскалаторного и лифтового подъемов? 5. Чем обусловлена длина среднего зала станции? 6. В каких случаях сборные обделки тоннелей должны иметь перевязку швов? 7. Назовите основные типы конструкций станций открытого способа работ. 8. Перечислите основные этапы совершенствования конструкций трехсводчатых станций закрытого способа работ. 9. Какие прогрессивные технические решения впервые применены при строительстве новых линий метрополитенов в Лондоне, Париже, Риме?
Глава 3. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ В МЕТРОСТРОЕНИИ 3.1. Особенности новых технологий строительства метрополитенов Строительство метрополитена включает в себя комплекс строительно-монтажных работ (СМР) по возведению сооружений на земной поверхности и горнопроходческих работ под землей. Совокупность операций разработки, погрузки, транспортирования грунта, крепления выработки, а также вентиляции, водоотлива, освещения и других вспомогательных процессов называют технологией проведения горных выработок, а с учетом работ на поверхности — технологией строительства подземных сооружений. Сооружение метрополитенов в силу специфики подземного строительства и требований эксплуатации представляет собой одну из технически сложных и трудоемких областей строительного производства. В этом процессе выделяют два основных этапа: первый — проходка выработок и возведение обделки. Это наиболее трудоемкий и дорогостоящий этап, на котором решается задача обеспечения надежности и долговечности сооружения; второй — устройство путей, архитектурно-отделочные работы и оснащение выработок постоянными технологическими устройствами (электротехническими, сантехническими, связи и автоматики). Он призван обеспечить устойчивую и комфортабельную эксплуатацию сооружения. При возведении заглубленных и подземных сооружений в условиях плотной городской застройки и движения наземного транспорта необходимо учитывать ряд специфических факторов. Приходится считаться с наличием зданий и сооружений на земной поверхности в зоне строительства, подземных коммуникаций городского хозяйства в виде канализации, водопровода, газопровода, телефонных и телеграфных проводов, силовых кабелей; с движением транспортных средств по проезжей части улиц и пр. Поэтому городское подземное строительство требует специального подхода, эффективных методов
и технологий, обеспечивающих максимальную производительность, безопасность, безаварийность и высокое качество СМР и горнопроходческих работ. Строгой классификации способов проходки подземных выработок не существует. Однако различают способы: обычные и специальные; с однородным и смешанным, узким и широким, одним или двумя встречными и догоняющими забоями; сразу на полную площадь сечения или с опережающей проходкой выработки меньшего сечения; одиночным забоем или несколькими параллельно движущимися забоями, проходкой из соседней выработки и т. д. Развитие метростроения в мире в последние годы характеризуется активным совершенствованием горнопроходческой техники и технологии. В 90-х гг. XX в. сформировались новые взгляды на строительство подземных сооружений, основанные на углубленном научном подходе к геотехническим процессам. Это нашло практическую реализацию в возникновении новых или усовершенствовании существующих технологий: норвежская практика для устойчивых крепких скальных грунтов, новоавстрийский способ для малоустойчивых грунтов, механизированные щиты с активным пригрузом забоя для неустойчивых обводненных грунтов и др. Первые две технологии горного способа производства работ развивались в порядке рационализации американской практики сооружения тоннелей, которая характеризуется детальной разработкой проекта временного и постоянного крепления. Норвежская практика «дешевого» тоннелестроения строится на следующих основных принципах [73]: • трассирование тоннеля производится по залеганию геологических формаций, сложенных наиболее устойчивыми грунтовыми слоями, на основании предварительной и оперативной геологических разведок; • проходка на полное сечение буровзрывным или комбайновым способом; • минимальное (по мере необходимости) крепление выработки набрызгбетоном и анкерами (значительные участки оставляют без крепления); • применение монолитной обделки лишь на отдельных, ослабленных участках;
• применение водоотводящих и антиобледенительных зонтов из легких сплавов или синтетических материалов. На применение новоавстрийского метода при строительстве горных тоннелей полностью перешли Германия, Япония, Австрия и некоторые другие страны. Сооружение тоннелей механизированными щитами с гидравлическим (тиксотропным) и грунтовым (шламовым) пригрузом забоя нашло широкое применение в Японии, где в 80—90-х гг. было пройдено щитами более 150 км тоннелей (67 % построенных таким способом тоннелей в мире). Проходку тоннелей на полное сечение осуществляют с помощью высокопроизводительных тоннелепроходческих комплексов (Tunnel building machine — ТВМ), отличительными признаками которых являются: комбинирование комплекса оборудования применительно к местным условиям; регулирование процесса разработки при щадящем режиме работы рабочего органа; транспортировка грунта в нижней части агрегата с целью обеспечения свободной рабочей зоны для крепления выработки; многосекционная конструкция роторного исполнительного органа оснащена утопленными держателями резцов с возможностью замены их изнутри машины; автоматизированная система смазки; возможность быстрого демонтажа на унифицированные узлы для транспортировки. Современные передовые (высокие) технологии, применяемые при строительстве метрополитена, несмотря на структурные различия, едины «генетически»: во всех них преобладает многоаспектное использование различных свойств массивов грунтов и управление ими, для всех характерны применение новых методов строительства и различных архитектурных и объемно-планировочных решений. Передовые технологии метростроения связаны между собой прежде всего одинаковыми технологическими приемами, оборудованием и конструкциями крепей, являющимися, в свою очередь, элементами различных индустриальных систем (рис. 3.1, вклейка). Основными видами отечественного проходческого щитового оборудования в последние годы стали комплексы ЩМР-1; КТ1-5,6; КТ-5,6Б2; КТ-5,6Д2 и др. Имеются примеры применения щитовых комплексов зарубежного производства, в том числе фирм «Вайсс унд Фрейтаг», «Херренкнехт», «Вирт» (Германия), «Ловат» (Канада) и др.
На качественно новый уровень призвана поднять технологию сооружения перегонных тоннелей с монолитно-прессованной обделкой разработка щитового комплекса для возведения монолитной обделки экструзией бетона и гидроизолирующего поверхностного слоя при движении щита. Это решение развивает реализованную фирмами ФРГ и Японии идею создания монолитной обделки без перепрессовки бетона. Продолжаются разработки по созданию железобетонных конструкций из фибробетона с применением микрокремнезема, что позволит повысить физико-механические характеристики бетона. Конструкции будут более экономичными за счет сокращения расхода цемента, арматурной стали, повышения класса бетона по прочности на сжатие до В70. Обеспечение необходимой водонепроницаемости этих конструкций сузит применение чугуна в обделке. В зависимости от характеристик грунтов и степени их устойчивости применяют различные виды опережающих крепей, отличающихся конструктивными особенностями и технологией возведения. В нарушенных скальных, полускальных и мягких грунтах используются экраны из труб, анкеры и нагели. При этом в водонепроницаемых грунтах с коэффициентом фильтрации менее 10 м/сут, а также в трещиноватых скальных с водопритоком более 50 м/сут можно применять искусственное замораживание. В слабых водоносных грунтах с ненарушенной структурой и коэффициентом фильтрации 0,3—10 м/сут, кроме песков, содержащих более 4 % по массе глинистых частиц или карбонатов, эффективно химическое закрепление. В трещиноватых и кавернозных скальных и полускальных грунтах, а также крупнообломочных гравелисто-галечниковых отложениях используют тампонаж. В зависимости от размеров трещин и пор, скорости движения подземных вод тампонаж производят цементным (цементация), глинистым (глинизация) растворами или битумной эмульсией (битумизация). Фирмой «Родно» (Италия) разработана технология струйной цементации и создано специализированное оборудование, которое включает в себя буровые агрегаты, автоматические растворосмеси-тели, высоконапорные насосы для подачи воды (до 60 МПа) и цементного раствора (до 12 МПа), компрессоры и различные инъекционные устройства (мониторы, насадки и пр.).
В зависимости от глубины заложения тоннеля и способа его сооружения закрепление грунта осуществляют с поверхности земли через вертикальные или наклонные скважины или непосредственно из забоя через горизонтальные или слабонаклонные скважины. В частности, при сооружении основного и сервисного тоннелей метрополитена под монументом на площади «Маргуис де Помбал» в столице Португалии Лиссабоне на линии между станциями «Ро-тунда» и «Рато» в августе 1994 г. с помощью струйной цементации произведено предварительное закрепление грунтов в основании монумента (рис. 3.2). С этой целью было пробурено более 13,3 тыс. м скважин с углом наклона от 0 до 68° и сооружено 786 грунтоцементных колонн диаметром 1,00 м по двухкомпонентной (воздушной) системе и 102 грунтоцементные колонны диаметром 0,60 м по однокомпонентной системе. Рис. 3.2. Струйная цементация грунтов на строительстве основного и сервис ного тоннелей метрополитена под монументом на площади Marquis de Pombal в Лиссабоне (Португалия)
3.2. Новоавстрийский метод строительства подземных сооружений В строительстве горных транспортных тоннелей новоавстрийский метод (НАТМ) применяется с 1964 г., в метростроении — с 1968 г. [4, 9, 21, 27, 49 (гл. 3-7), 66 (11.3), 72, 99]. Основные положения строительства подземных сооружений с помощью новоавстрийской технологии сводятся к следующему: крепь и грунтовой массив рассматривают как единую несущую систему первичного (временного) крепления выработки; задача набрызгбетонной или арочной набрызгбетонной крепи — включить в работу с крепью грунтовый массив, окружающий выработку, максимально сохранив несущую способность массива, не допуская его разуплотнения или разрушения; при проходке тоннеля необходимо вести мониторинг за напряженно-деформированным состоянием крепи и допустимым отставанием работ по возведению постоянной обделки тоннеля (как правило, в порядке научно-технического и инженерного сопровождения строительства). Число объектов, построенных в мире по технологии НАТМ, увеличивается в геометрической прогрессии, при этом совершенствуются и оттачиваются приемы работ, расширяется, а в некоторых случаях и видоизменяется сама концепция метода, в круговерть НАТМ вовлекаются все новые виды конструкций и технологии сооружения тоннелей. Метод стал настолько популярен, что на зарубежном рынке подрядов предложения о строительстве какого-либо сооружения не с помощью НАТМ неконкурентоспособны изначально (в основном это касается стран, не имеющих собственного опыта сооружения тоннелей, а ориентирующихся лишь на мировые тенденции, однако следует учитывать, что именно этот рынок является наиболее перспективным). Известны две технологии набрызгбетонирования: «сухая» и «мокрая». Начало применения первой относится к 50-м гг. XX в., второй — к 70-м гг. В последние годы на строительстве подземных сооружений в большинстве стран мира осуществляется переход с «сухой» технологии набрызгбетонирования на «мокрую». Уже в конце 90-х гг. XX в. 70 % набрызгбетона в мире наносили «мокрым» способом. Достоинствами «мокрого» способа являются: возможность точной дозировки составляющих, что позволяет получать расчетные
и, соответственно, более высокие характеристики бетона; меньшая зависимость от квалификации оператора, регулирующего на месте ряд параметров (в частности, водоцементное отношение); возможность использования фибры, что позволяет отказаться от стальных армирующих сеток, при этом сохранив или даже улучшив характеристики материала обделки; лучшие санитарно-гигиенические условия при выполнении работ; меньший процент потерь материала в процессе его нанесения. Основной недостаток «мокрой» технологии — необходимость в более дорогостоящем оборудовании. Для придания специальных свойств, положительно влияющих на конечные параметры набрызгбетонного покрытия или на технологичность нанесения набрызгбетона, применяют различные добавки, в числе которых: ускорители схватывания, пластификаторы (или суперпластификаторы). В зависимости от условий работ могут применяться также стабилизаторы и активаторы. Ускорители позволяют значительно сократить время начала схватывания бетонной смеси и увеличить скорость набора прочности бетона. Их использование обязательно при набрызгбетонировании слоев значительной (более 10 см) толщины и в слабых грунтах. Действие ускорителей начинается, как правило, уже в период движения бетонной смеси от сопла до поверхности нанесения, превращая смесь из тяжелой жидкости в пасту. Это увеличивает сцепление бетонной смеси с поверхностью и позволяет наносить слой большей толщины. Традиционными ускорителями схватывания являются алюминаты и силикат натрия (жидкое стекло). Но они оказывают вредное воздействие на организм человека. В последние годы появились нещелочные ускорители (микрокремнезем, микроси-лика, микросиликаты), вытесняющие традиционные. Новые ускорители улучшают свойства материала (как свежей смеси, так и затвердевшего бетона). Использование микрокремнезема дает возможность улучшить многие характеристики набрызгбетонной конструкции, в том числе увеличить стойкость к агрессивным воздействиям, водонепроницаемость и морозостойкость. По технологическим причинам бетонная смесь должна обладать определенной пластичностью. С давних пор для этих целей используют пластификаторы, которые способствуют также лучшему рас
пределению частиц в смеси и облегчают ее подачу бетононасосами. Наиболее часто в качестве пластификатора применяют смеси нафталинов, меламинов и лигносульфонатов. Время, в течение которого бетонная смесь, в том числе и сухая, сохраняет свои первоначальные свойства и должна быть использована, как правило, не превышает 1,5—2 ч. Если температура выше 20 °C, этот период сокращается. В строительной практике нередки случаи, когда по каким-либо причинам требуется более 1,5—2 ч с момента приготовления до момента нанесения набрызгбетона. В этих случаях применяют стабилизаторы, которые отодвигают начало процесса гидратации (схватывания) смеси на время от 5 до 72 ч. Для нейтрализации стабилизатора при его использовании перед нанесением набрызгбетона одновременно с ускорителями схватывания вводят активатор. Традиционно на приготовление 1 м3 набрызгбетонной смеси требуется от 350 до 500 кг цемента. В последние годы при строительстве некоторых ответственных сооружений увеличивают расход цемента выше 500 кг/м3, считая, что затраты на повышенное содержание цемента компенсируются уменьшением потерь за счет отскока. Целесообразно использовать для набрызгбетона сульфатостойкий цемент, характеризующийся большим сроком схватывания. Важным фактором является правильный подбор и соблюдение гранулометрического состава, распределение инертных заполнителей по фракциям. Слишком малое содержание мелких фракций может привести к сегрегации и пробкам при перекачке. Повышенное их содержание делает смесь слишком вязкой. В последнее время расширяется применение в составе набрызгбетона фибры, армирующей бетон, увеличивающей сопротивление растяжению и препятствующей процессу трещинообразования. Использование фибры позволяет отказаться от трудоемкой операции навешивания стальной арматурной сетки. В мировой практике используют три основных типа фибры: из стали, стекловолокна и пластиков. Достоинства фибры из стекловолокна и пластиков — низкая стоимость, небольшой вес, исключение ускоренного износа материальных трубопроводов и шлангов. Тем не менее, в силу ряда причин такая фибра используется в основном при устройстве временной крепи.
Стальная фибра заменяет армирующую сетку, которая традиционно применяется для улучшения показателей набрызгбетона при растяжении и изгибе. В нашей стране технология НАТМ в полном объеме впервые была применена при сооружении подземного ускорительно-накопительного комплекса (УНК) Института физики высоких энергий (ИФВЭ) в г. Протвино. Контракт с известной фирмой «Бетон унд Мониербау» (1989 г.) позволил освоить опыт этой фирмы в части проектирования, производства работ при сооружении тоннеля (с обучением бригад рабочих и инженерно-технического персонала), а также контроля состояния крепи и качества набрызгбетона. Это заложило основу дальнейшего сотрудничества между этой фирмой и российскими тоннелестроителями по линии Международной тоннельной ассоциации. Основным полигоном освоения НАТМ в метростроении с декабря 1993 г. стал объект тоннельного отряда № 6 Мосметростроя — подходная выработка и перегонный тоннель метрополитена «Киевская — Парк Победы» (рис. 3.3). На этом объекте в течение 6 лет проходила полномасштабная отработка технологии НАТМ без уча-fl б Рис. 3.3. Конструкции обделок перегонных тоннелей на участке ст. «Киевская» сг. «Парк Победы» Московского метрополитена: а монолитная; б сборная
стия зарубежных специалистов [4, 27]. Здесь впервые в практике отечественного тоннелестроения была применена пленочная гидроизоляция из поливинилхлорида (ПВХ). В ходе работ пришлось столкнуться с рядом трудностей, связанных, в первую очередь, с изменением мышления метростроителей и проектировщиков в части понимания того, что успех сооружения тоннеля с применением технологии НАТМ зависит от обеспечения культуры производства на каждой технологической операции, включая подготовительные, при обязательном наличии в технологической цепочке всех видов контроля качества (входного, выходного и текущего). Здесь впервые были опробованы методы расчета набрызгбетон-ной крепи с помощью метода конечных элементов (МКЭ) с учетом фактических характеристик набрызгбетона, полученных в натуре. Были отработаны состав оборудования и режимы наблюдений, а также методы оценки нагрузок на крепь по результатам измерений. Продолжением внедрения НАТМ в отечественное метростроение стало сооружение свода станции «Геологическая» метрополитена Екатеринбурга в 1997—1998 гг., которое осуществило ОАО «Свердловскметрострой» с привлечением оборудования и рабочих бригад фирмы «ТОНОТ» (г. Протвино). Проект станции выполнило ОАО «Уралгипротранс» с учетом аванпроекта фирмы «ТОНОТ». Разработку конструкции арочно-набрызг-бетонной крепи и научное сопровождение строительства осуществлял НИЦ ТМ ОАО «ЦНИИС» [6, 24]. Процесс крепления выработок набрызгбетоном имеет ряд недостатков, которые обусловлены запыляемостью атмосферы в месте ведения работ, а также большими потерями компонентов набрызгбе-тонной смеси из-за отскока. В связи с этим в Японии разработаны технические решения по возведению постоянной обделки в тоннелях, использование которых позволит сохранить чистую атмосферу в местах производства работ и избежать отскока смеси при креплении. Сущность нового метода NTLM заключается в том, что используются специальные передвижные опалубки и бетон укладывается в пространство между грунтом и опалубкой. Опалубка движется по окружности в поперечном сечении выработки и позволяет создавать гладкую внутреннюю поверхность обделки тоннеля, имеюще
го неровный (шероховатый) контур выработки. Таким образом создается тонкослойная среда по контуру выработки, обеспечивающая ее крепление. Первый опыт применения NTLM был получен при использовании опалубок, разработанных фирмами «Теккен Корп» и «Сага Коге» и названных TSL («быстрая обделка тоннеля»). Конструкция ленточной опалубки, движущейся по окружности, прикреплена к полукруглой направляющей раме. Быстротвердеющий раствор нагнетался в пространство между опалубкой и контуром выработки. Процесс бетонирования выполнялся непрерывно. Мобильность всей установки обусловливалась наличием ходовой части на рельсовом ходу (рис. 3.4). Испытания показали, что в процессе бетонирования отскок компонентов смеси отсутствует, а концентрация пыли — всего 0,4—0,9 мг/м3. Время бетонирования 1 м автодорожного тоннеля сечением 48,8 м2 (радиус 5,3 м) составило 6 ч. Разработаны также и другие технологии укладки бетонной смеси с использованием передвижных опалубок, перемещающихся по окружности: метод SPLM — с ленточной прессформой, прикрепленной к телескопическому манипулятору; метод SCL — с двухсторонним манипулятором; метод CLiP— с двухленточной конструкцией опалубки и др. Для всех перечисленных методов характерны высокая производительность укладки, маневренность базовых машин, практически полное отсутствие грязи и пыли в рабочем пространстве. 3.3. Строительство тоннелей с помощью механизированных щитов с активным пригрузом забоя Проходка тоннелей в неустойчивых мягких и несвязных грунтах при незначительном (0,1—0,3 МПа) давлении подземных вод представляет собой одну из наиболее сложных проблем подземного градостроительства. Такие грунты с трудом поддаются технологичной и эколого-экономически эффективной разработке, особенно в городских условиях, где устанавливаются весьма жесткие допуски на осадку поверхности. Для безопасности проходки необходимы контроль влагосодержания и надежное крепление призабойной зоны, включая и лоб забоя.
в Рис. 3.4. Бетонирование тоннельной обделки с помощью опалубок TSL: а — с установкой на рельсовом ходу; б — то же на гусеничном ходу; в — общий вид опалубки
В настоящее время в мировой практике тоннелестроения сложились два наиболее эффективных способа активного пригруза: гидравлический (тиксотропный) и грунтовый (шламовый или пеногрунтовый) [15, ч.1; 50, п.7.5; 98, с. 31 —46]. Принцип устройства щита с гидравлическим (тиксотропным) пригрузом забоя заключается в заполнении герметичной призабойной зоны тиксотропным (обычно бентонитовым) раствором, который обеспечивает устойчивость забоя. Разработанный в забое грунт вместе с тиксотропным раствором по трубопроводам выдается на поверхность, где в сепарационной установке отделяются твердые фракции, а очищенный раствор возвращается в призабойную зону. Давление в призабойной зоне создается путем воздействия на бентонитовую суспензию через воздушную подушку и регулируется давлением сжатого воздуха. При грунтовом пригрузе уравновешивание давления в призабойной зоне создается пластифицированной массой разработанного грунта, воспринимающей усилия от щитовых гидродомкратов. Давление грунта на забой регулируется соотношением между скоростью подачи щита на забой и выдачей грунта шнековым конвейером. Выдача грунта на поверхность обычно производится рельсовым транспортом в вагонетках. Выбор способа пригруза забоя зависит от условий заложения трассы, геологических и гидрогеологических характеристик грунтов. Щиты с гидропригрузом забоя целесообразно применять при проходке в песчаных и галечниковых грунтах. При высоком во до-притоке применяется соответствующая пригрузочная жидкость, крупные включения, которые не могут перекачиваться насосами, должны предварительно размельчаться. При этом количество частиц мельче 0,02 мм не должно превышать 10 %, так как более высокое содержание мельчайших частиц может привести к затруднениям при сепарации. Область применения щитов с гидропригрузом забоя в зависимости от гранулометрического состава грунтов приведена на рис. 3.5, а. Щиты с грунтовым пригрузом забоя приспособлены лучше всего к связным грунтам. При этом доля тонких фракций мельче 0,06 мм должна составлять не менее 30 %. Для создания тестообразной грунтовой массы необходимо наличие воды (грунтовой или специально
Диаметр частиц <7, мм Рис. 3.5. Область применения щита с активным пригрузом забоя в зависимое ти от типа грунта: а с гидравлическим пригрузом; б с грунтовым и гидравлическим пригрузом подведенной). Требуемую консистенцию разрабатываемого грунта можно получить введением кондицирующих добавок, например, бентонита или полимера; в этом случае опасность слипания значительно снижается. Область применения таких щитов в зависимости от гранулометрических характеристик грунтов приведена на рис. 3.5, б. Однако, при этом следует иметь в виду, что данная диаграмма может относиться также к щитам и с гидропригрузом, не имеющим
устройств регулирования гидропригруза сжатым воздухом (как в щитах фирмы «Вайсс унд Фрейтаг»). Управление щитом с гидравлическим (тиксотропным) пригрузом забоя предполагает оперативное регулирование давления и расхода пригрузочной суспензии: давление пригруза должно уравновешивать грунтовое и гидростатическое давление забоя, а расход циркулирующей суспензии должен обеспечивать выдачу разработанного грунта из призабойной камеры. Управление щитом с грунтовым (шламовым) пригрузом забоя более сложно и производится путем изменения частоты оборотов шнекового конвейера. Регулирование давления пригруза забоя, гарантирующее сохранение его устойчивости и надежное предотвращение осадок поверхности, легче и оперативнее осуществляется с помощью пневматической подушки в миксощитах с гидропригрузом, так как добиться аналогичной управляемости режимом крепления забоя при грунтовом пригрузе труднее из-за присущей такому щиту замедленной реакции на управляющие команды. При проходке тоннелей в грунтах с включениями валунов размещается в щитах с гидропригрузом в призабойной зоне дробильная установка, после разрушения в которой валуны удаляются по трубопроводам вместе с грунтовой смесью. В случае щитов с грунтоприг-рузом валуны вызывают значительные осложнения, так как твердые включения не могут транспортироваться шнековым конвейером. Проблемы, связанные с уменьшением кессонных работ на щитовых комплексах как с грунто-, так и с гидропригрузом, если не главные, то одни из самых основных. Надежность крепления режущего инструмента ротора, замена резцов, удаление и дробление валунов, борьба с «замыливанием» планшайбы, зашты-бовыванием всасывающего патрубка, ремонтом уплотнения центрального подшипника требуют самого тщательного рассмотрения и анализа не только до начала сооружения, но еще на стадии заключения контракта. Для того, чтобы помочь руководителям тоннелестроительных организаций обоснованно выбирать тип тоннельной машины круглого сечения для условий определенного объекта, Тоннельная ассоциация России разработала в 2004 г. специальные «Рекомендации».
Указанные Рекомендации составлены на основе тщательного изучения и анализа зарубежного и отечественного опыта создания и применения герметичных тоннельных щитовых машин с такими видами активного пригруза забоя, как суспензионный, грунтовый и воздушный. В процессе составления Рекомендаций уточнена классификация современных тоннельных щитовых машин с указанными видами пригруза (рис. 3.6); рассмотрены и сконцентрированы сведения об эффективности строительства проходческими комплексами (включая герметичные щитовые машины) 16 известных тоннелей диаметром от 4,23 м до 13,9 м, в том числе пройденных в мягких и полускальных грунтах на глубинах от 3 до 55 м при гидростатическом давлении от 0,6 МПа [15, ч. 1, табл. 3.2]. Немаловажное значение при выборе ТПК имеет энергоемкость комплексов. Потребляемая мощность щитов с гидропригрузом почти в два раза превышает этот показатель для аналогичных комплексов с грунтопригрузом. Кроме того, щиты с гидропригрузом требуют больших площадей для размещения наземных комплексов на строительных площадках. В заключительном разделе Рекомендаций приведены перечень и порядок действий, которые должны выполняться технико-эко- Рис. 3.6. Классификация тоннелепроходческих машин
комическими службами тоннельной строительной организации с целью обеспечения обоснованного и правильного выбора типа тоннельной щитовой машины, предназначенной для проходки конкретного тоннеля. Новым, обеспечивающим наилучшую статическую работу конструкции и, по-видимому, весьма эффективным в отношении трудозатрат и сроков строительства можно считать техническое решение, реализованное японскими метростроителями в городах Токио и Осака. Основой этого решения является применение для строительства трехсводчатых станций метрополитена гидрозащиты с тройным рабочим органом (мультиорганом) с полностью закрытой грудью забоя (рис. 3.7). Впервые такой щит был применен на строительстве пересадочной станции «Лидабаши» метрополитена Токио, заложенной на глубине 27 м от поверхности земли в неоднородном песчаном слое с включениями гравия, содержащего артезианскую воду с давлением воды до 0,26 МПа и коэффициентом фильтрации от 10 до 3 см/с. Наружный диаметр разработки для центрального ротора 8846 мм, для боковых роторов, расположенных с отставанием от центрального, 8140 мм, при общей ширине разработки 17 440 мм. Призабойная камера общая для трех роторов. Конструкция позволяет легко регулировать расход и давление рабочей жидкости, изменять длину комплекса. Бентонитовый раствор подается через три отверстия в верхней части каждого рабочего органа, а удаляется через одно в нижней части центрального рабочего органа. Специальное устройство при необходимости позволяет повышать производительность выдачи бентонитового раствора из призабойной камеры. Шарнирное соединение отдельных элементов комплекса обеспечивает проходку вдоль крутой кривой радиусом до 125 м. В комплексе задействованы 4 укладчика и транспортная система для установки тюбингов обделки и промежуточных колонн. В его состав входят также толкающий механизм для предотвращения раскрытия стыков между тюбингами и подпорный механизм для поддержания кровли в процессе установки колонн. Технология строительства станции с помощью такого проходческого комплекса предполагает одновременную разработку грунта в забое и укладку обделки на всю ширину и высоту поперечного сечения станции в форме трех пересекающихся окружностей. Обделка состоит из гибких стальных тюбингов и двух рядов колонн, установленных с шагом 4,0 м. Опыт применения щита с тройным рабочим мультиорганом дал следующие результаты: средняя скорость проходки 2,3 м/сут, максимальная
4 м/сут, время разработки грунта за 1 цикл от 60 до 90 мин; установка временных колонн от 110 до 160 мин, а постоянных колонн от 140 до 210 мин. При этом отклонение продольной оси станции от проектной составило не более 3 мм, а величина осадок зданий, находящихся непосредственно над станцией, не превысила 7 мм. Рис. 3.7. Проходческий щит с тройным роторным рабочим органом и с бентонитовым пригрузом забоя для строительства станции «Лидабаши» Токийского метро: 1 копир резец; 2 резец; 3 боковая поверхность роторного органа; 4 трубка для подачи смазки в строительный зазор; 5 устройство для подъе ма элементов обделки; 6 электропривод режущего органа; 7 щитовой домкрат; 8 устройство для заполнения строительного зазора; 9 указатель направления; 10 мешалка; 11 элемент присоединения домкрата; 12 уплотнение строительного зазора (в три ряда)
Можно сделать вывод о том, что новая технология строительства станций метрополитена с помощью проходческого щита с тройным роторным рабочим органом и бентонитовым пригрузом забоя, бесспорно, является большим вкладом японских специалистов в создание новейших технологий в области метро- и тоннелестроения. 3.4. Проходческие комбайны в метростроении В последние годы в практике отечественного и мирового метростроения все большее применение находит комбайновая разработка грунта, обладающая по сравнению с буровзрывным способом определенными достоинствами: обеспечивается непрерывная механизированная работа в забое при совмещении во времени основных процессов разрушения и погрузки грунта; увеличиваются производительность труда (на 20—40 %) и скорость проходки (см. рис. 3.8); Рис. 3.8. Производительность отбойки (а) и скорость проходки (б) выработок при буровзрывной и комбайновой технологиях: 1 буровзрывная технология; 2 буровзрывная технология с гидравлическими буровыми каретками в выработках сечением 16 30 м2; 3 механическая отбой ка комбайнами мощностью до 100 кВт; 4 и 5 механическая отбойка комбайна ми избирательного действия и буровыми комбайнами соответственно; 6 сред ние значения скорости проходки; 7 9 скорости проходки лучших бригад, рекордные, месячные, средние для горного предприятия соответственно
достигается ровный контур выработки, максимально приближающийся к проектному, что обеспечивает экономию бетона; устраняется вредное воздействие взрыва на грунтовый массив, окружающий выработку. К недостаткам комбайнового способа следует отнести высокую стоимость комбайнов, большой расход электроэнергии и ограничения по габаритам. По конструктивным особенностям проходческие комбайны подразделяют на комбайны бурового (роторного) и избирательного действия [45, гл. 5—7; 49, п. 4.1; 50, п. 6.5; 66, п. 5.1,16.4; 103, гл. 5]. Особенностью комбайнов роторного действия является разрушение грунта одновременно по всей площади забоя. К комбайнам такого типа относятся «Роббинс» (США), «Вирт», «Демаг» (Германия), ЩМР-1, KTl-5,6, КТ-5,6Е21, КТ-6А21, КЩМ-11 (Россия) и другие, режущий орган которых представляет собой мощную круговую платформу, вращающуюся с частотой до 14,5 об/мин, на которой размещены резцы различных конструкций. В метро- и тоннелестроении такие комбайны называют тоннелепроходческой машиной (ТПМ) по аналогии с международным термином «Tunnel boring machine» (ТВМ). К проходческим комбайнам избирательного действия относят машины с перемещением по забою режущего органа, который размещен на конце подвижной рукоятки. Такие комбайны (в основном, на гусеничном ходу) маневренны и позволяют разрабатывать забои любой формы. Наибольшее распространение получили комбайны избирательного действия со стреловидным рабочим органом [93, рис. 16.10]. В зависимости от технических возможностей и размеров выработки такие комбайны производят разработку грунта сразу по всей площади забоя, либо сначала разрабатывается грунт в верхней части забоя на максимально допустимую высоту для данного типа комбайна, а затем ведется доработка нижней части забоя. В первом случае, который преимущественно применяется при проходке штолен, длину заходки в зависимости от инженерно-геологических условий и типа временной крепи принимают в пределах от 0,75 до 1,2 м. При строительстве тоннелей высотой более 5 м, в том числе станционных, применяют вторую схему разработки грунта (в два или
Рис. 3.9. Схема тоннельного комплекса ТК 2: 1 комбайн типа 4ПП 2; 2 передвижная платформа; 3 верхний пере гружатель; 4 нижний перегружатель более ярусов), предусматривающую применение комбайновых технологических комплексов типа ТК-1С, ТК-2 и др. В частности, комплекс ТК-2 (рис. 3.9) позволяет разрабатывать выработки высотой до 8 м с производительностью от 30 до 80 м3/ч. В метростроении проходческие комбайны со стреловидным рабочим органом впервые применены на «Мосметрострое» (СМУ-5, СМУ-6 и СМУ-8) почти четверть века тому назад. Комбайны такого типа, серийно выпускаемые заводами угольного и горнорудного машиностроения, предназначены для проведения горизонтальных и наклонных (до ±10°) выработок переменного поперечного сечения площадью от 4 до 35 м2 в грунтах с коэффициентом крепости /<7, абразивностью до 15 мГ. На первом этапе освоения комбайнов строительным управлениям была оказана техническая помощь специалистами института «ЦНИИподземмаш», что позволило в короткий срок (2—3 мес.) обучить рабочий и технический персонал проведению выработок при помощи комбайнов. Были разработаны принципиальные технологические схемы горнопроходческих работ для различных типов выработок с использованием комбайнов 4ПП-2, ГПКС и 4ПП-5. При этом учли различные горнотехнические условия и типы крепи — металлическая арочная, монолитно-бетонная, набрызгбетонная в сочетании с анкерами, тюбинговая из чугунных и железобетонных блоков. Разработаны и утверждены инструкции по эксплуатации комбайнов в специфических условиях метростроения и по технике безопасности для машинистов комбайнов и проходчиков. Эффективность использования проходческих комбайнов при сооружении станционных тоннелей подтверждена при сооружении ряда станций Московского метрополитена: «Боровицкая», «Мен
делеевская», «Цветной бульвар», «Тимирязевская», «Площадь Ильича», «Пролетарская» и др. По результатам промышленного внедрения комбайнов в метростроении разработаны технологические схемы сооружения перегонных тоннелей комбайновым способом с обделкой из монолитного бетона. В основу технического решения положена цикличная организация работ, при которой обделка из монолитного бетона возводится отдельными секциями по мере продвигания забоя заходками по 1 м (рис. 3.10) со скоростью 1 м тоннеля в смену (при трехсменной работе — 3 м/сут). Состав звена — 4 человека. В комплекс оборудования входят переставная металлическая опалубка ОМП-2 и бетоноукладочная машина БУК-2 (см. рис. 3.11). Инвентарная металлическая опалубка ОМП-2 прошла промышленную проверку. С ее помощью на шахтах угледобывающей и горнорудной отраслей закреплено более 20 км капитальных выработок. Для применения на сооружении перегонного тоннеля опалубку ОМП-2 перепроектировали под его габарит, добавив механизм перестановки секций (новый индекс ОМП-2т). Применение опалубки в комплексе с комбайном было предложено впервые (до этого опалубку ОМП-2 применяли только при буровзрывном способе работ). Цикл горнопроходческих работ включает в себя операции разработки забоя, перестановки опалубки и укладки бетонной смеси. По сравнению с традиционной технологией при щитовом или горном способах сооружения тоннелей эта технология отличается меньшим количеством рабочих процессов и оборудования. В приведенной на рис. 3.11 схеме принят вариант комбинированной конструкции обделки (использование в лотковой части железобетонной плиты). При этом тоннель имеет подковообразное сечение. Такую форму тоннеля и обделки можно считать одним из вариантов технического решения. В случае применения в качестве временной крепи набрызгбето-на с анкерами, технологическая схема будет иметь вид, представленный на рис. 3.12. Как показала практика, производительность комбайнов типа 4ПП-2м применительно к условиям метростроения обеспечивает
Рабочий процесс Единица изм. Объем работ Шифр норм. ЕНиР, ВНиРи др. Нормы затрат труда, чел./ч Состав звена, чел. Время работы, ч Часы смен на ед. изм. на весь объем 1 2 3 4 5 6 7 8 Разработка и погрузка грунта м3 25,7 По наблюдениям института ВПТИ-трансстрой 0,23 6,0 2 3,0 2 3,0 Устройство и разборка временных подмостей м2 2,0 0,3 0,6 2 0,3 2 "10,3 Устройство и разборка временной крепи кровли забоя м2 17,0 0,22 3,8 2 1,9 1 2 1,9 т Ручная подкидка грунта и подчистка забоя м3 0,6 2,67 1,6 2 0,8 1 2 ж Доставка и укладка лоткового блока шт. 1 0,8 0,8 4 0,2 4 0,2 Перемещение и установка опалубки шт. 1 6,0 6,0 4 1,5 4 1,5 । Укладка бетона за опалубку к? 7,1 0,84 6,0 3 2,0 । 3 1 2,0 Доставка материалов м3 11,0 0,08 0,9 3 0,3 1 1 о,з; Укладка рельсовых путей м 2,0 0,3 0,6 3 0,2 1 1 0,2 Вспомогательные работы ч 2,5 — 2,5 1 2,5 1 i 2,5 Перерыв на обед ч 0,8 — — 4 — 4 0,8 Рис. 3.10. Циклограмма работ на сооружение 1 м перегонного тоннеля с помощью комбайна (числитель — количество рабочих, знаменатель — время, ч)
a в Рис. 3.11. Технологическая схема проходки перегонного тоннеля с помощью комбайна: а — перестановка секций опалубки; б — укладка бетонной смеси; в — разработка забоя; I — консольная тележка; 2 — секция опалубки ОМП-2; 3 — комбайн 4ПП-5; 4 — прицепной перегружатель; 5 — ручная таль; 6 — торовое устройство; 7 — мостовой перегружатель; 8 — бетоноукладчик БУК-2; 9, 10 — вагонетки; 11 — электровоз
Рис. 3.12. Технологическая схема сооружения тоннеля комбайном избира тельного действия с временной анкерно набрызгбетонной крепью и моно литной обделкой: 1 комбайн КП 25; 2 бурильная машина; 3 прицепной перегружатель; 4 секция передвижной опалубки; 5 набрызгбетонная машина; 6 блоковоз ка; 7 пневматическое торцевое уплотнение опалубки; 8 грузоподъемное устройство на монорельсе разработку 1 м подходной выработки сечением 12—15 м2 за 1—1,5 ч, а перегонного тоннеля — за 2,0—2,5 ч. Однако для реализации такой производительности необходимо, чтобы в сочетании с комбайном работал специальный самоудлиняющийся конвейер. Такие конвейеры типа 1 ЛТП-80 разработаны и серийно выпускаются заводами угольного машиностроения.
В настоящее время ведутся работы по созданию новых и совершенствованию существующих проходческих комбайнов, соответствующих современному техническому уровню и лучшим зарубежным образцам (табл. 3.1), в том числе: проходческие комбайны легкого типа — КП-20, КП-20Б, предназначенные для замены серийно выпускаемого комбайна 1ГПКС; проходческие комбайны среднего и тяжелого типов — КП-25 и П-160, имеющие значительные преимущества по сравнению с серийными комбайнами 4ПП-2М и 4ПП-5; комбайны легкого типа, представленные экспериментальным образцом агрегата типа КМШ. Таблица 3.1 Технические характеристики современных проходческих комбайнов Показатель Проходческие комбайны КМШ КП 20 КП 25 П 160 Диапазон сечений выработки, обрабаты ваемый с одного положения комбайна, м2 5...12 7...20 7...25 9...33 Размах стрелы, мм: ширина высота 5400 4300 5400 4300 6200 4700 6500 5600 Предельная прочность разрушаемых грунтов при одноосном сжатии, МПа 60 80 90 100 Абразивность разрушаемых пород, мГ 12 15 15 18 Техническая производительность по грунтам предельной прочности, м3/мин 0,27 0,24 0,26 0,29 Суммарная нормальная мощность, кВт, электродвигателей, в том числе исполнительного органа 76,5 45 134 75 157 110 280 160 Размер комбайна в транспортном положе нии, мм: ширина высота 1200 1300 2000 1500 2100 1600 2700 1600 Масса, т, не более 7,5 25 37 55 Установленный ресурс до капремонта, м3 8400 11 300 И 300 Малогабаритные комбайны КМШ, выпускаемые для марганцевых рудников, могут найти широкое применение для разработки грунта в малогабаритных камерах, межтоннельных выработках, а также для разработки грунта в проемах станций пилонного типа.
Исследуя вопросы совершенствования проходческих комбайнов, д.т.н., проф. Б.И. Федунец [50, с. 62—130] констатирует, что техническая производительность комбайнов 2Т к м3/мин, зависит не только от прочностных характеристик и абразивности пород, но и от их трещиноватости (рис. 3.13), характеризующихся коэффициентом Кт: Число трещин, шт./м 0 2 3 5 8 10 12 15 18 Коэффициент Кт 1 1 0,94 0,86 0,71 Из рис. 3.13 следует, что по мере увеличения прочности пород влияние трещиноватости на величину QT к возрастает. Как показали расчеты, выполненные применительно к конкретным горно-геологическим условиям, комбайновый способ проведения выработок экономически более эффективен, чем буровзрывной, при условии, что техническая производительность комбайна ГПКС не менее 0,18 м3/мин, а удельный расход резцов РКС-1 не превысит 0,7 шт./м3. Область применения комбайнов избирательного действия в зависимости от прочности и абразивности разрушаемых пород при разном удельном расходе инструмента можно определить графо аналитическим способом. В качестве примера установим возможную область применения комбайна 411112М и сравним ее с областью применения комбайнов ГПКС. Из рис. 3.14 (контур ABCDG) следует, что фактическая область применения комбайна 4ПП2М шире, чем предусмотрено его технической характеристикой (показана пунктиром). Это свидетельствует о том, что применение комбайна типа 4ПП2М вместо ГПКС может существенно расширить сферу комбайновой технологии проведения горных выработок. Рис. 3.13. Влияние трещиноватости на техническую производитель ность комбайна
Рис. 3.14. Сравнение областей применения комбайнов ГПКС (/) и 4ПП2М (2) Однако при выборе технологии проходческих работ необходимо иметь в виду, что работа комбайнов сопровождается повышенным пылеобразованием (особенно при разрушении крепких пород) и предъявляет более высокие требования к проветриванию выработок. При этом следует учитывать, что операция «разрушение массива» является главной в комбайновой технологии. Поэтому решающее значение для последней приобретает разработка оптимальных схем разрушения масси- ва в зависимости от его физико-технических свойств. Наиболее сложный момент разрушения — это первоначальное внедрение рабочей коронки в массив, которое в зависимости от крепости горных пород осуществляется на разную глубину. Горно-геологические условия залегания различных пород позволяют отыскать «слабые места» в забое для того, чтобы осуществить «зарубку» в этих местах (рис. 3.15). После внедрения рабочей коронки в массив происходит его разрушение вследствие движения исполнительного органа комбайна в вертикальной или горизонтальной плоскости. При разработке технологических схем разрушения забоев необходимо стремиться к тому, чтобы удельный путь резания (производительное перемещение и холостой ход исполнительного органа) был минимальным. В общем случае технологические схемы проведения выработок комбайновым способом с учетом средств механизации других процессов могут быть разделены на четыре группы: с погрузкой горной массы на конвейер; с погрузкой горной массы в вагонетки; комбайновыми комплексами; с погрузкой и доставкой горной массы самосвалами с самоходными погрузочно-доставочными машинами, оснащенными дизельным или электрическим приводом.
4 7 Рис. 3.15. Технологические схемы разрушения забоев (сплошные линии рабочий ход исполнительного органа; пунктирные линии холостой ход исполнительного органа): I 9 последовательность разработки Обязательным условием эффективной работы комбайна является большая производительность призабойных транспортных средств и обеспечение их непрерывной работы. В наибольшей мере при комбайновом способе проведения выработок этому условию соответствует не рельсовая, а конвейерная транспортировка горной массы. В случае отсутствия в выработке конвейерного транспорта и наличия только рельсовых путей погрузку горной массы целесообразно вести с помощью специальных перегружателей, позволяющих загружать вагонетки партиями в нерасцепленном состоянии. С маневрами по смене груженого состава следует совмещать другие неизбежные перерывы в работе комбайна, например, связанные с заменой режущего инструмента.
Существенным недостатком, присущим практически всем комбайнам, является низкая эффективность подачи разрушенной горной породы на стол питателя. Проблема заключается в том, что значительная часть горной массы, не попадая на этот стол, скапливается в нижней части груди забоя. Для удаления этой массы после разрушения всего забоя на глубину одной заходки исполнительный орган опускают в нижнее положение и многократно перемещают от одной стенки выработки к другой при вращающихся коронках. Продолжительность такой операции соизмерима с затратами времени на один цикл разрушения забоя. Это также отрицательно сказывается на общих затратах энергии, износостойкости резцедержателей и инструмента. Более того, после окончания этой операции у стенок выработки остается часть горной массы, которую приходится убирать вручную. Продолжительность процесса удаления горной массы еще больше увеличивается, когда комбайн работает с телескопически выдвинутой стрелой. Поэтому ряд фирм отказался от применения такой конструкции и была разработана другая, предусматривающая возможность перемещения корпуса (платформы комбайна) вдоль оси ходовой части по направляющим в виде ласточкиного хвоста посредством гидродомкратов. Но это, на взгляд российских ученых, можно рассматривать как полумеру. С целью устранения указанного недостатка предложено применить новое конструктивное решение, несколько изменяющее общую компоновку комбайна. Суть его заключается в оснащении комбайна принципиально новым фрезерующе-погрузочным устройством, выполненным в виде двух конусных и одного цилиндрического барабана фрезы, оснащенных резцами, расположенными перед ходовой частью. Позади фрезерующе-погрузочного устройства размещены два ленточных конвейера, перегружающие горную массу на скребковый конвейер, который, как обычно, расположен вдоль продольной оси комбайна (рис. 3.16). При этом возможны два варианта обработки забоя. В первом применяют исполнительный орган с изогнутой верхней частью, что позволяет обрабатывать весь забой, а фрезерующе-погрузочное устройство обеспечивает только погрузку горной массы. Во втором варианте поперечно-осевая коронка обрабатывает весь забой, кроме нижнего уступа, который разрушают фрезерующе-погрузочным органом.
Рис. 3.16. Схема погрузоч ного устройства: 1 установка для бурения шпуров под анкерные бол ты; 2 поперечные кон вейеры; 3 продольные конвейеры Такая конструкция комбайна позволяет выполнять еще одну важную технологическую операцию — поддирку почвы, которую можно осуществлять со снятым исполнительным органом. Применение проходческих комбайнов в метростроении позволит во многих случаях отказаться от буровзрывного способа разработки грунтов, что особенно важно в условиях подземного строительства в городских условиях. Механизированные комплексы на базе проходческих комбайнов, состоящие из комбайна, переставной опалубки и бетононасоса, позволят осуществить полную механизацию трудоемких горнопроходческих работ на метрополитенах, трасса которых расположена в скальных грунтах. 3.5. Нетрадиционные технологии разработки крепких скальных грунтов Современная классификация крепости горных пород. Более полувека в метро- и тоннелестроении в качестве основной характеристики горных пород используют коэффициент крепости /, предложенный выдающимся российским ученым М.М. Протодьяконовым. Он писал, что крепостью породы, как и всякого материала, называется сопротивляемость ее внешним усилиям, при этом имея в виду, что коэффициенты крепости могут быть использованы для характеристики сопротивляемости горных пород различным видам разрушения. М.М. Протодьяконов понимал, что сопротивляемость по
роды разрушению при различных воздействиях (бурение, резание, взрывание) неодинакова. Ученый разработал шкалу крепости, в которой все породы были разделены на 10 категорий, причем максимальное значение f - 20. Он предложил 7 способов определения коэффициента крепости пород, однако практическое распространение получил способ, основанный на испытании образцов правильной формы на сжатие. В этом случае коэффициент крепости вычисляется по формуле / = -^р (3.1) где стсж предел прочности горных пород при одноосном сжатии, МПа. Как отмечает проф. Б.И. Федунец [50, с. 62—130], разрабатывая шкалу крепости горных пород, М.М. Протодьяконов имел весьма ограниченный статистический материал по испытанию образцов на одноосное сжатие, касающийся в основном известняков и песчаников различных месторождений. За последние 20—25 лет значительно улучшилось качество подготовки образцов, было выявлено много пород с пределом прочности одноосному сжатию 500 МПа и более. Учитывая, что шкала крепости к 50-х гг. XX в. получила широкое распространение как в производственной практике, так и в технической литературе, было сделано несколько предложений, направленных на уточнение значений f и шкалы в целом. Наибольшее распространение получила формула для определения коэффициента крепости пород, предложенная проф. Л.И. Бароном: су +1 Ост [с> 4- Юсг сж р I сж р 60 + V 12 (3.2) где осж предел прочности пород при одноосном сжатии, определенный по методу раздавливания образцов правильной формы, МПа; предел прочности пород при растяжении, определенный путем раздавливания образцов неправильной формы, МПа.
Понимая, что эта зависимость не охватывает диапазон особо крепких пород, Л.И. Барон предложил все породы с псж>365 МПа оценивать коэффициентом крепости f = 20. Однако, как показывает практика, эффективность работы горнопроходческих машин зависит не только от прочностных свойств пород, но и в значительной степени от их абразивности и степени трещиноватости. Разрушая породу, режущий инструмент изнашивается, изменяется его геометрия, что обусловливает рост усилий, действующих на машину в целом. Именно поэтому ученые Московского государственного горного университета считают целесообразным по способу разрушения пород принять не одно-, а двухмерную универсальную классификацию, позволяющую оценить различные виды разрушаемости пород. В результате графических построений было установлено, что пределы прочности пород при одноосном сжатии можно разделить на 7 групп с интервалами: 0...15; 16...28; 29...52; 53...87; 88... 142; 143...214; более 214, а показатели абразивности — на 6 групп с интервалами: 0...3,5; 3,6...7,5; 7,6...15; 16...30,5; 30,6...63; более 63. Отложив по оси абсцисс категории пород по пределу прочности при одноосном сжатии, а по оси ординат — категории по абразивности, получим двухмерную шкалу по разрушаемости пород, состоящую из 42 классов. Для удобства пользования каждый класс имеет буквенное обозначение Р с двумя индексами: нижний указывает группу прочности, а верхний — группу абразивности. Нетрудно убедиться, что практически во всех случаях область применения отдельных способов и средств разрушения охватывает не менее 4 классов. Так, область применения комбайнов избирательного действия охватывает 9 классов (рис. 3.17, а), бурения шпуров вращательным способом (резцы)—9 классов, вращательно-ударным (коронки) — 16 классов, ударно-поворотным (коронки) — 30 классов (рис. 3.17, б). Области применения шарошечных инструментов при бурении скважин большого диаметра охватывают для дисковых шарошек 20 классов, для зубчатых — 16 классов, для штыревых — 36 классов (рис. 3.17, в). Шпуровое и бесшнуровое разрушение грунтов. Если при строительстве подземных сооружений метрополитенов в относительно слабых скальных грунтах с коэффициентом крепости f < 7 найдены
a б в Рис. 3.17. Область применения различных способов и средств разрушения пород: а — комбайны избирательного действия; б — способы бурения шпуров; в — шарошечные инструменты при бурении скважин большого диаметра; 1 — вращательный (резцы); 2 — вращательно-ударный (коронки); 3 — ударно-поворотный (коронки); 4 — дисковые шарошки; 5 — зубчатые шарошки; 6 — штыревые шарошки
альтернативные буровзрывному способы проходки в виде горнопроходческих комбайнов со стреловидным исполнительным органом типов КП-20, КП-25 и др., то для крепких скальных грунтов такие технологии до настоящего времени практически не созданы. Казавшееся приоритетным направление термического разрушения скальных грунтов лучом лазера до сих пор не достигло стадии практического использования. Наиболее работоспособные образцы такого оборудования, по сведениям японских источников, расходуют при резке неармированного бетона на глубину 30 см энергию порвдка 25 кВт/мин на 1 см реза. При таких показателях лазерное оборудование целесообразно использовать только для решения особых задач с малым объемом работ, например, при демонтаже ядерных реакторов. Не найдены пока рациональные технологические решения для реализации предлагавшейся артиллерийской проходки. Более эффективные направления проходки (шпуровое, бесшнуровое и комбинированное) требуют нестандартного подхода при их технологическом воплощении [49, п. 4.2; 99]. Шпуровое разрушение грунтов. Шпуровой метод для разрушения как негабаритов, так и монолита оказался наиболее жизнеспособным направлением и продолжает развиваться. Широкое распространение нашли гидроклинья статического действия, выпускаемые рядом фирм в разнообразных типоразмерах — от легких переносных до тяжелых навесных. В Японии освоен выпуск нескольких конструктивных вариантов упругих гидроклиньев статического действия с рабочей частью из специальных резин. Оригинальная новинка предложена канадскими конструкторами: их гидроклин производит рабочий ход в направлении от дна шпура к открытой поверхности грунта, что создает полезную осевую составляющую силы и способствует повышению эффективности выломки грунта. При испытаниях такого гидроклина мощностью 1,5 кВт одним рабочим ходом в шпуре диаметром 75 мм выламывалось до 40 т грунта. Наряду с этим появились еще два варианта шпуровой технологии разрушения грунта. Первый вариант заключается в применении расширяющихся химических составов на основе гидратирующих соединений, которые создают разрывающее усилие в шпуре по мере протекания химической реакции. В Японии налажен выпуск достаточно широкой номенклатуры таких веществ. Применение
соответствующих составов в горнопроходческих работах сдерживается из-за их относительно медленного действия (несколько часов даже при использовании специальных ускорителей). Второй вариант — машины импульсного действия, вбрызгивающие в шпур порцию воды с высокой кинетической энергией. Над этим работают конструкторы Швеции и Австралии, но широкого применения такие машины также не получили. В последние годы за рубежом разработан ряд способов создания в шпуре импульса радиального давления, что позволило добиться оптимального сочетания положительных качеств обоих названных вариантов. В США серийно выпускается устройство «Кор Крекер», скомпонованное в виде сменного навесного рабочего оборудования гидравлического экскаватора и предназначенное для шпурового разрушения грунтов прочностью на сжатие до 700 МПа (известняки, граниты). На дно шпура опускают таблетку алюминиевого сплава. Навесное устройство, представляющее собой ударник с рабочим стержнем из высокопрочной стали, погружается в шпур до контакта с таблеткой. При их соприкосновении по стержню наносится однократный удар энергией 140 кН-м, под действием которого сплав мгновенно приобретает свойства вязко-пластичной жидкости, которая и передает разрывающий ударный импульс в радиальном направлении на стенки шпура. Применение устройства «Кор Крекер» вызывает значительные шум и вибрацию, зато удельная себестоимость дробления грунта составляет всего 15 % по сравнению с осуществлением тех же работ навесным гидроударником. Оборудование «Кор Крекер» по рейтингу вошло в 100 лучших строительных машин США 1992 г. Японская фирма «Тайсэй кэнсэцу» выпускает и применяет на практике патроны «Гансайзер» физико-химического действия, развивающие в шпуре импульс давления 150 300 МПа, достаточный для мелкого дробления грунтов с прочностью на растяжение от 2 до 18 МПа. Патрон содержит нагреватель и водонаполненный рабочий компонент. Первый представляет собой смесь порошков оксида алюминия с инициатором окислительно-восстановительной реакции, второй так называемую кристаллическую воду, особый вид квасцов. После разогрева компонента в химическом нагревателе развивается быстротекущая реакция с выделением теплоты, под действием которой вода из квасцов высвобождается и испаряется, причем пар создает указанное давление в шпуре. Из 1 кг состава образуется большой объем (порядка 330 л) пара, а так как скорость реакции «Гайсайзера» отстает от скорости детонации традиционных взрывчатых веществ и порождает волну дозвуковой скорости (около 330 м/с), вибрация от его действия составляет лишь около 30 % уровня вибрации при взрывных рабо
тах, уровень шума не превышает 20 дБ. Выпускаемые патроны массой 60, 120 и 200 г рекомендуется использовать с забойкой глубиной не менее 60 см. Еще одной новинкой, поражающей воображение, является разработка плазменного бластера канадской горнодобывающей компанией «Норанда». Принцип действия бластера основан на том, что громадное количество электроэнергии (3,5 ГВт), сконцентрированное в конденсаторной группе, разряжается за несколько микросекунд в электролит, заключенный в шпуре. Под действием электроэнергии электролит превращается в горячую плазму сдавлением около 2 ГПа, обеспечивающую требуемое разрывное усилие в шпуре глубиной до 50 см. В качестве электролита используют глинистый раствор или обычную воду. При этом не выделяются токсичные газы, практически исключены разлет осколков грунта, задымленность, сотрясения окружающего массива, не происходит загрязнение подземных вод. По энергоемкости плазменный бластер, пока существующий в виде навесного оборудования для дробления негабаритов, оказался более чем конкурентоспособным: его средние показатели по данным промышленных испытаний составили от 0,19 до 0,48 кВт ч на 1 м3 отбитой горной массы. За один плазменный взрыв расходуется энергия, как за 5 мин работы бытового электроутюга, а дробление негабарита массой 6 т стоит по электроэнергии менее 1 цента. Дальнейшей задачей разработчиков является создание самоходной буропогрузочной машины с плазменным бластером, способной отбить за смену около 200 т скального грунта при себестоимости порядка 10 долл./т. Бесшнуровое разрушение грунтов. Среди нетрадиционных методов бесшнурового разрушения крепких скальных грунтов наиболее высокий уровень технической и технологической проработки в настоящее время достигнут в случае способа резания грунта высоконапорной водяной струей, давление которой в экспериментах достигало 200 МПа и выше. Однако до сих пор этот способ не находит массового практического применения из-за высокой энергоемкости. Проведенные в последние годы фундаментальные исследования микроструктуры высоконапорной струи позволили обнаружить некоторые свойства, дающие возможность существенно повысить эффективность резания крепких материалов при существенной экономии энергозатрат. Оказалось, что каждая микрокапля при соударении с поверхностью грунта воздействует на нее ударным импульсом, значительно превышающим собственное давление струи. Например, капля, отделившаяся от стационарной струи с давлением 70 МПа, может дать пиковое мгновенное давление порядка 560 МПа. Это позволяет надеяться, что в случае дробления струи на отдельные капли
в квазинепрерывном режиме можно будет резать более крепкий грунт, чем обычной струей, практически без увеличения энергозатрат. Для этого достаточно, чтобы пиковые значения нагрузок от распыленной струи превышали прочность грунта на сжатие в 1,45—3,95 раза. В настоящее время предложен ряд принципиальных схем устройств, предположительно способных обеспечить дробление струи, в частности: поршневой регулятор давления, встроенный в боковой отвод камеры перед гидронасадкой; роторный рассекатель струи, встраиваемый в сопло; встроенная в сопло резонансная камера, создающая при прохождении струи периодические вихревые процессы, период которых совпадает с собственным периодом колебаний конструкции камеры (резонансная вибрация камеры способствует формированию капель); пластинчатый электровиброизлучатель; электромагнитное устройство вибрирования струи в сверхзвуковом диапазоне посредством выпущенного в камеру штока-сердечника; механизм сообщения струе периодических высоковольтных электрических разрядов с емкого конденсатора (при диапазоне напряжений от 1 до 100 кВт и периодичности 5—400 мкс), действием которых в струе формируются плазменные промежутки. Последние не только дробят струю на микрокапли, но и способствуют повышению их кинетической энергии своим высоким давлением. Перечисленные устройства предложены учеными разных стран и находятся на различных стадиях конструктивной проработки. Комбинированные методы разрушения грунтов. Использование различных нетрадиционных технологий в качестве вспомогательных в целях расширения области применения твердосплавного породоразрушающего инструмента горнопроходческих машин на грунты с прочностью на сжатие 175 МПа и более, где возможности вольфрамовых сплавов исчерпываются, исследовано во многих направлениях, включая высоконапорные водяные струи, лазеры, газоструйные устройства и др., но надлежащего уровня экономической и практической конкурентоспособности эти разработки так и не достигли. Вместе с тем эти исследования позволили установить, что нагревание грунта свыше 480—500 °C обеспечивает резкое повышение эффективности твердосплавного инструмента и снижает его износ. В качестве перспективного способа нагрева грунта в последние годы выделилось микроволновое облучение на базе стандартного промышленного оборудования рабочей частотой 2,45 ГГц.
Ряд вариантов технических решений, сохраняющих преимущества буровзрывного способа проходки (экономичность и универсальность оборудования, умеренная энергоемкость, свободный доступ к забою) и в то же время исключающих такие недостатки этого способа, как сотрясения грунтового массива, опасность, шум, переборы грунта, разрабатывают фирмы Японии. Один из вариантов предполагает изоляцию всего забоя или отдельных его зон контурными щелями и последующее разрушение грунта в каждой зоне. Ограниченные контурными щелями блоки грунта можно разрабатывать и буровзрывным способом, причем при этом достигаются значительная экономия ВВ и снижение вибрации. Например, при проходке штольни в крепком граните с применением предварительного щелеобразования средний расход ВВ оказался 0,7 кг на 1 м3 грунта, что в 2,4 раза меньше, чем при обычной буровзрывной проходке. В менее крепком граните заряд одного шпура составляет 0,1 или 0,2 кг, заряд на одной ступени замедления не превышает 1 кг, общая масса заряда — 5,8 кг (втрое меньше, чем при обычной проходке). Вибрация снижается в 6 раз. Перспективным направлением является прорезание щелей в грунте высоконапорной водоабразивной струей. Фирма «Рамекс Системе Инк» (США) разработала оборудование ударно-скалывающего действия, предназначенное для работы по крепким скальным грунтам без их предварительного ослабления. На принципе ударно-скалывающего действия работает созданная фирмой «Роджер» (Канада) в 1988 г. буросбоечная машина, оснащенная ротором с тремя пневматическими бурильными молотками. В США ведут работы по созданию машин буровзрывной разработки грунтов сверхслабыми взрывами в непрерывном режиме. Так, фирма «Мэшин Дизайн Инженере Инк»» провела эксперименты, показавшие, что разработка забоя в крепких скальных грунтах возможна с помощью шпуровых зарядов по 90 г (диаметром 10 мм и глубиной 91 см по сетке 46 х 46 см) с удельным расходом ВВ на уровне 490 г на 1 м3 грунта. Малое расстояние между шпурами гарантирует гладкое оконтуривание выработки, а непрерывность процесса заряжания и взрывания — скорость продвижения забоя выработки (диаметром 4,6 м) 1,2 м/ч. Технология требует приготовления ВВ в количестве 10,9 кг/ч и связано с выделением взрывных газов, 0,9—1 м3/мин, что
вполне допустимо. Но для обеспечения технологических параметров время бурения шпура не должно превышать 2 мин даже при одновременной работе по четырем шпурам. Это потребовало создания специального оборудования и, в частности, решения проблем позиционирования исполнительных механизмов, безопасности манипуляций с ВВ и взрывания без использования промышленных патронов и детонаторов (что неэкономично). Оборудование было предложено выполнить в виде трехпозиционной револьверной головки во взрывозащищенном исполнении (кожух из стальной брони) и с полуавтоматическим управлением. Применена серийная бурильная машина вращательно-ударного действия; буровая штанга диаметром 7,6 мм с промывочным каналом и одноперым долотом с твердосплавной вставкой. Система управления процессом с портативного пульта реализована в форме релейной логической схемы с блокировкой взаимоисключающих операций. Скорость каждой операции устанавливалась индивидуально. Оборудование в сборе имеет габаритную длину 2,4 м, диаметр 35 см и массу около 550 кг. На основе результатов испытаний разработана исходная техническая документация на одно-, двух- и четырехстреловую самоходные установки, каждый манипулятор которых оборудован блоком из четырех единиц названного оборудования. Контрольные вопросы к главе 3 1. Что включает в себя понятие «технология строительства подземных сооружений»? 2. Какие наиболее распространенные современные технологии строительства подземных сооружений Вам известны? 3. В чем состоят основные принципы строительства подземных сооружений с помощью НАТМ? 4. Назовите основные принципы работы щитов с гидравлическим и грунтовым пригрузом забоя, а также условия их применения. 5. Какие виды проходческих комбайнов применяются в метро- и тоннелестроении? 6. Чем вызвана необходимость разработки новой классификации крепости горных пород? 7. Какие известны нетрадиционные технологии разработки крепких скальных грунтов?
Раздел II. ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА МЕТРОПОЛИТЕНОВ Глава 4. ИНЖЕНЕРНАЯ ПОДГОТОВКА СТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА 4,1. Сущность и основные положения организации строительного производства Общие положения. Несмотря на более чем 200-летнюю историю науки об организации строительства, однозначных определений ее понятий и терминов не существует. Обобщенно их можно сформулировать следующим образом [7; 43, гл. VI; 67; 79; 93, гл. 25; 101, гл. 7; 107, гл. 2, 3]. Организация строительства — это взаимоувязанная система всех организационно-технических и технологических решений, нацеленных на достижение конечного результата — ввод в эксплуатацию объектов с заданным качеством и в установленные сроки. Строительство тоннелей и метрополитенов включает в себя организацию строительного производства, труда и управления, которые составляют единый организационный комплекс. При этом любой объект строительства, независимо от его назначения и типа, проходит ряд последовательных стадий и фаз своего жизненного цикла: исследования (в том числе инженерные изыскания), проектирование, строительство (включающее подготовку производства), эксплуатация (в том числе циклы ремонта и реконструкции), ликвидация [7, рис. 1.1]. В единый организационный комплекс, кроме перечисленного, входят также организация труда и управления. Организация труда — это система мероприятий, обеспечивающая рациональное использование трудовых и технических ресурсов, при которых ресурсы задействованы с максимальной эффективностью и минимальными психофизическими издержками персонала. Организация управления —
это одна из функций управления по обеспечению рациональных условий для выполнения плановых заданий. Систематизация методик и принципов организации метростроения и мирового опыта городского подземного строительства свидетельствует о наличии неразрывных и многоаспектных связей организации метростроительного производства с основными направлениями научных исследований, с одной стороны, и совокупности активно воздействующих отрицательных и положительных обратных связей, с другой. Есть две группы активно воздействующих факторов (связей). К первой относят факторы, нарушающие систему организационных и технологических связей в строительстве: разнородные, изменяющиеся горно-геологические условия на трассе сооружений; стесненные условия строительства, осложненные близко расположенными зданиями, сооружениями и коммуникациями; термальные и агрессивные подземные воды; повышенная температура наружного воздуха или суровые климатические условия; газо-обильность или протечки углеводородного сырья; аварии и остановки работ; перебои в финансировании; нехватка квалифицированного персонала; неудовлетворительное материально-техническое снабжение строительства и др. Ко второй группе относят факторы, формирующие систему полезных обратных связей, повышающие надежность и безопасность строительства: разработанные организационно-технологические схемы строительных процессов; высокие технологии подземного строительства; менеджмент; организация участия в тендерах, строительстве и финансировании подземных сооружений; методология проектирования; геомониторинг; промышленная и экологическая безопасность; квалифицированные кадры; транспорт. На основании этих связей и анализа возможных их сочетаний можно сделать вывод о том, что в основе способов метростроения находятся организационно-технологические схемы (структурный центр), различные активно действующие факторы (отрицательные и положительные обратные связи) и структурные связи системы, которые могут быть использованы в качестве основных критериев организации строительного производства. Способы ведения работ. В строительстве используют два способа ведения работ: хозяйственный и подрядный. Строительство хо
зяйственным способом выполняется силами и средствами самого заказчика. Поэтому применение хозяйственного способа оправдано при небольших объемах работ (главным образом, по ремонту объектов). Новое строительство обычно осуществляется подрядным способом, при котором все работы выполняются специализированными строительно-монтажными организациями. Подрядчик — строительная организация или предприятие, получившее в установленном порядке или на конкурсной основе право на строительство объекта. Возможно привлечение нескольких подрядчиков, специализирующихся в тех или иных видах сооружений или технологий. В этом случае заказчик, как правило, вступает в отношения с основным из них — генеральным подрядчиком, который, в свою очередь, привлекает необходимых субподрядчиков. Подрядчик выполняет строительство объектов на основе проекта, который составляется проектировщиком на основании задания на проектирование, подготовленного с участием заказчика. Подрядные торги. Строительство объекта может быть начато только после прохождения подрядных торгов и заключения подрядного договора (контракта) на условиях и в сроки, оговоренные в этом договоре. Привлекая проектировщиков и подрядчиков к строительству метрополитена, заказчик действует в соответствии с «Положением о подрядных торгах в Российской Федерации» (с 1993 г.). Отдание подряда через торги способствует образованию рыночной конкуренции между подрядчиками. При этом важнейшими для подрядчика являются условия финансирования и обеспечения строительства ресурсами, по которым есть договоренность с заказчиком, а также финансовые ресурсы, предоставляемые заказчиком на условиях аванса, предоплаты и т.п. Процесс проведения торгов представляет собой совокупность юридических процедур, строго регламентированных федеральным законодательством. Система отбора подрядных организаций заложена в «Положении об организации закупки товаров, работ и услуг для государственных нужд». Положение определяет право заказчика на проведение предварительного квалификационного отбора и определение состава конкурсной документации для этой процедуры.
Подрядные работы и услуги в строительстве коренным образом отличаются от товаров тем, что их нет в наличии в момент проведения торгов, а это влечет за собой более значительные риски для заказчика при принятии решений. Поэтому подрядные торги требуют дифференцированной оценки предложений, в которой кроме цены контракта должна производиться оценка риска заказчика. В целях минимизации этих рисков при выборе подрядчиков в конкурсной документации определяют: цену предмета торгов, сроки выполнения работ, технические возможности претендента, наличие квалифицированных кадров и опыта выполнения проектов сопоставимого вида, финансовая устойчивость претендентов и наличие необходимых оборотных средств на выполнение контракта. Исходя из принципа прозрачности, торги должны быть абсолютно «прозрачными», с передачей одинаковой информации всем претендентам. К проблемам проведения торгов, требующим разрешения, следует отнести: отсутствие предпроектных проработок и, как следствие, полноценных заданий на проектирование; отсутствие четкого контроля проектных решений при приемке проектной продукции от проектировщиков; несвоевременное и неравномерное финансирование. Велико количество прошедших торги на объекты, по которым финансирование из года в год не осуществляется. Качество проведения подрядных конкурсов можно обеспечить только тогда, когда все составляющие процесса взаимно увязаны, конкурсная документация детально проработана и в ней учтены действующие нормативные и правовые требования. Целесообразно в целях сохранения конкурентной среды подрядчиков давать им возможность в своих конкурсных предложениях отражать реальную зарплату, накладные расходы, плановые накопления. Например, в сентябре 2003 г. был завершен отбор претендентов на участие в международном тендере по строительству новой и реконструкции одной из действующих веток метрополитена в Будапеште (Венгрия). Общая стоимость проекта оценена около 1,3 млрд долл. США. Российские метростроительные компании находились в числе фаворитов, поскольку практически все линии Будапештского метрополитена в 70-х гг. сооружались при их непосредственном участии. По итогам тендера фирма «Ингеоком» получила контракт на реконструкцию основания и верхнего строения пути в тоннелях метрополитена.
4.2. Предпроектная и проектная подготовка объекта к строительству Сегодня в условиях перманентно меняющейся законодательной и нормативной базы, регламентирующей вопросы строительства метрополитенов, не всегда есть возможность правильно сориентироваться в многообразии федеральных, территориальных и отраслевых нормативных документов по градостроительной, архитектурной и инвестиционной деятельности. Участникам инвестиционной деятельности в форме капитальных вложений (инвесторы, заказчики, работники проектных, изыскательских и строительных организаций, служащие административных органов и т.д.) требуется подробно изучить положения около 400 законодательных и нормативных правовых актов, чтобы обеспечить соблюдение правовых норм при отводе земельных участков под строительство, а также при разработке, согласовании, экспертизе и утверждении предпроектной и проектной документации. В этой связи особую актуальность приобретает разработка новых нормативных актов, характеризующихся интеграцией отдельных установленных законодательством процедур и правил в укрупненные блоки, адекватные оптимизированным на практике этапам инвестиционного процесса [67]. Важнейшим звеном в данном процессе является предпроектная и проектная подготовка строительства объектов. Как показывает практика, действующее разделение предпроектной и проектной подготовки строительства на части, регламентируемые документами, весьма нерационально, поскольку приводит к дублированию ряда положений, общих для предпроектной и проектной стадий. Наряду с этим некоторые из существующих этапов предпроектной и проектной подготовки не отражены в указанных нормативных документах. К настоящему времени, когда в стране назрела необходимость привлечения частных, в том числе иностранных, инвестиций в капитальное строительство, раздельное существование норм и правил по разработке обоснований инвестиций и проектов строительства стало неоправданным. Кроме того, появление большого количества иных нормативно-технических и организационно-методичес
ких документов, регулирующих отдельные процедуры и этапы процесса проектирования, а также устанавливающих состав и содержание документов, образующихся в ходе создания проектной продукции, в значительной степени сдерживает инвестиционную деятельность в форме капитальных вложений. Практика показывает, что отсутствие единого документа, отражающего целостную картину предпроектной и проектной подготовки строительства, затрудняет восприятие иностранными инвесторами всей системы разработки предпроектной, проектной и рабочей документации на территории Российской Федерации и заставляет весьма осторожно подходить к вложению инвестиций в создание и воспроизводство основных фондов. В этих условиях проблема формирования общего положения о законодательно обоснованном едином порядке предпроектной и проектной подготовки строительства на территории Российской Федерации (далее — Положение) выдвинулась в разряд первоочередных. Проведенные исследования позволяют составить принципиальную организационно-технологическую основу предпроектной и проектной подготовки строительства и разработать основные положения (далее — макет Положения) нормативного документа. Реализованная в макете Положения организационно-технологическая схема, комплексно представляя процесс предпроектной и проектной подготовки строительства объектов, с одной стороны, выявляет этапы и процедуры, не урегулированные положениями законодательных и нормативных правовых актов и требующие правового обеспечения, с другой — позволяет провести детальный анализ всех этапов и подготовить предложения по упрощению указанного порядка с одновременным сокращением законодательных и нормативных правовых документов, регулирующих деятельность на этих этапах. Указанная схема представлена в приложении к макету Положения как схема О (основная), состоящая из 24 этапов, отражает систематизированную фактически складывающуюся технологию этого процесса. Требования к отдельным процедурам предлагаемого порядка взаимоувязаны с конкретными группами объектов, классифицированными Положением в соответствии с Постановлением Правительства России от 27.12.2000 г. № 1008 «О порядке проведения госу
дарственной экспертизы и утверждения градостроительной, пред-проектной и проектной документации». Согласно Положению, можно выделить три группы объектов: 1-я группа — объекты, строительство которых осуществляется частично или полностью за счет средств федерального бюджета, средств бюджетов субъектов РФ, государственных кредитов и кредитов, получаемых под государственные гарантии, других средств, поступающих в качестве государственной поддержки; 2-я группа — потенциально опасные и технически особо сложные объекты независимо от источников финансирования и формы собственности; 3-я группа — объекты, строительство которых осуществляется за счет собственных средств заказчика (инвестора), включая привлеченные средства, в том числе средства иностранных инвесторов, кроме объектов, отнесенных к 1-й и 2-й группам, а также объекты III степени ответственности. Определено, что положения, являющиеся обязательными для объектов 1-й группы и, в некоторых случаях, для 2-й группы, для объектов 3-й группы будут носить рекомендательный характер. Например, разработка предпроектной документации в виде «обоснования инвестиций», ее экспертиза и утверждение, размещение на конкурсной основе заказов на проектирование и строительство, стадийность проектирования и т.д. В разработанном макете Положения представлен перечень этапов организационно-технологического процесса предпроектной и проектной подготовки строительства, с кратким содержанием наиболее емких и сложных из них или с комментариями, в которых указана целесообразность того или иного существующего в повседневной практике, а также вновь вводимого с учетом современной законодательной и нормативной правовой базы этапа. Приведем краткое изложение наиболее важных этапов работ, которые содержатся в прилагаемой к тексту макета Положения схеме О. Схема О (основная) отражает укрупненные этапы единого порядка предпроектной и проектной подготовки строительства на территории Российской Федерации. I этап. Планирование инвестиционной деятельности. Данный этап относится к началу инвестиционной деятельности по созданию основных фондов в виде капитальных вложений и связан с оформлением первичной документации для осуществления
работ по финансовому проектированию (этот вид экономической деятельности в соответствии с Общероссийским классификатором видов экономической деятельности, продукции и услуг — ОКДП (ОКОО4-93, часть III, группа 6512820) включает в себя подготовку технико-экономических обоснований инвестиционных проектов (группа 6512822) и принятие решения об осуществлении капитальных вложений с учетом принятых в Положении групп объектов. II этап. Подготовка ходатайства об осуществлении определенного вида хозяйственной деятельности. III этап. Согласие (отказ) на осуществление определенной хозяйственной деятельности. IV этап. Сбор информации об определенных земельных участках и условиях землепользования. V—X этапы. Заключение государственных контрактов (договоров) на разработку обоснования инвестиций, разработка, согласование, экспертиза и утверждение обоснования инвестиций, использование материалов обоснования инвестиций для предварительного согласования размещения объекта. XII, XIII этапы. Порядок разработки архитектурного проекта и получение архитектурно-планировочного задания отражен в макете Положения на схеме О и в виде отдельного приложения. XI этап, XIV—XVII этапы, связанные с разработкой, согласованием, экспертизой и утверждением проектной документации (проект, утверждаемая часть рабочего проекта), не претерпевают принципиальных изменений по сравнению с действующим порядком. В то же время состав и содержание проектной документации предусматривается существенно уточнить и ввести следующие разделы: «Исходно-разрешительная документация», «Техническая эксплуатация», «Прилагаемая документация». Кроме того, в Положение предусматривается включить «Примерный состав и содержание разделов проекта на строительство линейных сооружений (железные и автомобильные дороги, магистральные трубопроводы, линии электропередач, метрополитены и т.д.)». XVIII этап. Предоставление земельного участка для строительства. Как указывалось ранее, процедуры выполнения этого этапа установлены Земельным кодексом РФ, другими законодательными и нормативно-правовыми актами в области земельных отношений.
XIX этап. Получение разрешения на строительство. Появление этого этапа в технологической схеме предпроектной и проектной подготовки строительства вызвано тем, что он регламентируется федеральным законодательством, а также соответствующим постановлением правительства России. XX—XXIII этапы, связанные с разработкой рабочей документации и получением разрешения на выполнение строительно-монтажных работ, а также с процедурой предоставления подрядчику строительной площадки и ее освоением, достаточно подробно регулируются действующими нормативами. XXIV этап. Проектный мониторинг в процессе строительства объекта. Проектный мониторинг в процессе строительства является новым элементом технического нормирования по отношению к действующим нормам и правилам, регулирующим вопросы подготовки проектной и рабочей документации. Вместе с тем проводимые на этом этапе работы не являются новыми для капитального строительства. Представляется, что проектный мониторинг включает в себя следующие основные виды работ, осуществляемые проектировщиком в ходе строительства объекта и приемки его в эксплуатацию: а) авторский надзор; б) внесение изменений в рабочую документацию в процессе строительства объекта и, в случае необходимости, если произошло принципиальное изменение ранее утвержденных проектных решений или сметная стоимость строительства изменилась более чем на 10 %, переработка проектной документации с соответствующим ее пересогласованием, экспертизой и переутверждением в установленном порядке; в) участие в приемке объекта в эксплуатацию; г) оказание консультативной помощи по доведению мощности предприятия до проектной; разработка (в случае необходимости) проекта консервации незавершенного строительством объекта. Следует отметить, что разработанные ФГУП «ЦЕНТРИНВЕСТ-проект» «Практическое пособие по организации и осуществлению авторского надзора за строительством предприятий, зданий и сооружений» и «Методические указания о составе материалов, представляемых для рассмотрения предложений о переутверждении проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и
сооружений» достаточно полно раскрывают состав работ и подготавливаемых при этом документов для работ, указанных в пунктах (а) и (б). Таким образом, подготовленный ФГУП «ЦЕНТРИНВЕСТпро-ект» макет Положения о едином порядке предпроектной и проектной подготовки строительства на территории Российской Федерации дает представление о структуре, составе и содержании Положения, а также об объеме материалов, которые предусматривается включить в него. Совершенно очевидно, что даже в схематичном виде Положение по объему информации значительно превосходит все ранее разработанные, а также действующие организационно-методические нормативные документы по проектированию. 4.3. Организация основных работ по строительству метрополитена Производство основных работ может быть начато только после завершения организационных подготовительных мероприятий, а также внеплощадочных и внутриплощадочных работ, предусмотренных проектом организации строительства (ПОС) и проектом производства работ (ППР). Строительство должно вестись в технологической последовательности в соответствии с календарным планом (графиком) с учетом обоснованного совмещения отдельных видов работ. Выполнение работ сезонного характера (включая отдельные виды подготовительных работ) необходимо предусматривать в благоприятное время года в соответствии с решениями, принятыми в ПОС. Руководство строительно-монтажными работами (СМР) должны осуществлять лица, имеющие на это лицензию. Для обеспечения строительства в соответствии с требованиями норм и проектной документацией генподрядная строительная организация должна: осуществлять геодезическо-маркшейдерское обеспечение СМР; обеспечивать проведение наблюдений за состоянием зданий, сооружений и коммуникаций в зоне влияния сооружаемого объекта; обеспечивать выполнение правил техники безопасности и производственной санитарии; осуществлять контроль за ведением буровзрывных работ и общий контроль за качеством строительства. Сооружение подземных объектов метрополитена может осуществляться закрытым, открытым или полузакрытым способами.
Закрытый способ работ при глубоком заложении применяют в районах с плотной многоэтажной застройкой и густой сетью подземных коммуникаций, с обязательным обеспечением сохранности существующих сооружений и коммуникаций. Закрытым способом при мелком заложении (на глубине верха конструкции не менее 5 м от поверхности) работы ведут в целях исключения вскрытия поверхности на благоустроенных незаселенных территориях (при отсутствии или наличии малоэтажной застройки). Открытый способ строительства подземных сооружений применяют, в основном, на незастроенных участках трассы. При мелком заложении путевых тоннелей выбор между открытым и закрытым способами работ решают на основе технико-экономического сравнения с учетом глубины заложения, инженерно-геологических условий, характера городской застройки и других местных условий. Однако в любом случае при разработке задания на проектирование и строительство подземных сооружений метрополитена рекомендуется придерживаться следующих принципов: трассировать линии метрополитена с нацеленностью на обеспечение максимально протяженных плеч проходки; по возможности закладывать в аванпроекты станции закрытого способа работ, что позволяет проектировщикам гибко варьировать проектные решения и конкретное местоположение, а строителям — рассчитывать на круглосуточное производство работ; разрабатывать отдельные документы на разные виды работ — строительные, отделочные, монтаж оборудования и т.д.; четко разделять пространство станций на распределительный и платформенный ярусы, чтобы оставить возможность проводить проходческие комплексы через них. При строительстве закрытым способом следует учитывать, что с увеличением глубины заложения проявляются те же особенности горно-геологических и горнотехнических условий, что и в глубоких стволах: горное давление и пластические свойства грунтов, увеличение температуры грунтов и воздуха и др. Следствием этого является усложнение вентиляции и водоотлива, необходимость в дегазации и кондиционировании воздуха, предупреждении горных ударов, внезапных выбросов грунта и газа; усложнение технологических схем и средств проходки, подъема и транспортировки грунта, что приводит к снижению темпов строительства в 2—3 раза и увеличению в 1,5—2 раза затрат на сооружение объектов.
В неустойчивых нескальных, а также сильнотрещиноватых скальных грунтах (выветрелых и рухляках), оказывающих горное давление и требующих временного крепления кровли и лба забоя, проходку тоннелей, в том числе станционных, следует вести щитовым способом. При этом для крепления лба забоя должна применяться инвентарная крепь, а нож щита должен вдавливаться в грунт. Способ сплошного забоя без применения щита, с монтажом сборной обделки укладчиком у забоя следует применять для проходки в устойчивых скальных грунтах с f> 1,5 и в некоторых видах глин твердой консистенции, допускающих разработку выработки на полное сечение. В грунтах, где возможны вывалы и отслоения, при которых нельзя применять способ сплошного забоя, проходку станционных тоннелей и камер следует вести способом пилот-тоннеля или методом уступа. При щитовой проходке станционных тоннелей с передовыми штольнями необходимо устройство в них монолитного лотка с направляющими рельсами. Строительство станций закрытого способа работ, как правило, осуществляют через рабочие шахтные стволы. В некоторых случаях в качестве дополнительного средства могут использоваться наклонные (эскалаторные) тоннели, требующие для своего сооружения отдельной строительной площадки. В зависимости от выбранного способа ведения работ принимают определенную схему расположения вспомогательных выработок (щитовых камер, подходных транспортных штолен и т.п.). При щитовом способе работ в начале и в конце станционных тоннелей сооружают камеры для монтажа и демонтажа проходческих щитов. Подходные транспортные штольни, идущие от ствола, в этом случае примыкают к камерам сбоку (рис. 4.1, а). При проходке тоннелей горным способом необходимость в сооружении щитовых камер отпадает, и подходные штольни могут примыкать к станционным тоннелям с боковых сторон и торцов (рис. 4.1, б). До начала работ по строительству станции закрытого способа работ наряду с шахтным стволом должны быть сооружены: около-ствольный двор, камера дренажной перекачки, подходные выработки, склад взрывчатых материалов — ВМ (при необходимости) и т.п. Размеры околоствольных и подходных выработок определяют, исходя из обеспечения транспортировки деталей конструкций и обо-
Рис. 4.1. Схема расположения главных и вспомогательных выработок: а при щитовом способе проходки; б при горном способе; в при сооруже нии станции через односторонний околоствольный двор; 1 околоствольный двор; 2 шахтный ствол; 3 обходная штольня; 4 насосная камера; 5 очистные сооружения; 6 склад взрывчатых материалов; 7 станция; 8 перегонные тоннели; 9 подходная штольня; 10 щитовые камеры рудования станции, без переустройства основных откаточных путей. В зависимости от объемов выполняемых одновременно работ околоствольный двор может быть одно- или двусторонним. При одновременном сооружении станционных и перегонных тоннелей, как правило, применяют двусторонний околоствольный двор, а при строительстве только станционных тоннелей — односторонний (см. рис. 4.1, б, в). В первом случае околоствольный двор и подходные выработки располагают по высоте в уровне откаточных путей перегонных тоннелей, во втором случае — в уровне откаточных путей станционных тоннелей. При этом подходные выработки на трассу выводят за пределы платформенной части станции [15, ч. 2], а их сечение должно обеспечить укладку двух откаточных путей. В общем случае строительство станции может быть организовано по одному из следующих способов: параллельный, последовательный и поточный. Параллельный способ организации работ предполагает проходку станционных тоннелей одновременно с некоторым отставанием (25—30 м) один от другого (рис. 4.2, а). При
Год Месяц График производства работ 1 „7 2 И = 15 м/мес 3 4 ' ** V = 25 м/мес 5 »-— _ СТ I 6 | = 37,5 м/мес 7 L Цг 2 ^4 8 9 10 41—. п 6 1 11 □ □ 1 □ i f 1 12 1 ! Оо □ □ □ Os 13 □ —— 14 \ • —— &... И 15 ^-^9 16 10 _ 10 17 - “ — . Год Месяц График производства работ 1 7- 2 2^ 3 | 4 дн 5 ^6 I 6 9_ 7 -XL К/ '13 8 §р7/ /0^^^ IA 9 К ^17 “^72 ^14 16^ 10 d 45^ , 11 л ^18 19^ 12 Г 22 20^ 13 14 "23 15 1-24 25- 16 .^26 II 17 ,^26 18 19 20 21 22
Рис. 4.2. Графики работ по сооружению станции: а параллельный график работ: 1 сооружение камер для монтажа укладчика обделки; 2 монтаж укладчика; 3 проходка левого тоннеля; 4 проходка правого тоннеля; 5 проходка среднего тоннеля; 6 демонтаж укладчика; 7 сооружение проемов; 8 монтаж внутритоннельных конструкций; 9 отде лочные работы; 10 укладка пути; б последовательный график работ: 1 сооружение щитовой камеры правого тоннеля; 2 монтаж станционного щита № 1; 3 вывод щита № 1 из камеры; 4 монтаж станционного укладчика; 5 сооружение демонтажной камеры правого тоннеля; 6 монтаж станционного щита № 2; 7 вывод щита № 2 из камеры и монтаж укладчика; 8 сооружение правого тоннеля щитом № 1; 9 сооружение проемных рам правого тоннеля; 10 сооружение левого тоннеля щитом №2; 11 демонтаж щита № 1; 12 демонтаж станционного укладчика; 13 сооружение натяжной камеры через эскалаторный тоннель; 14 монтаж станционного щита № 1; 15 монтаж стан ционного укладчика; 16 сооружение щитовой камеры № 2; 17 сооружение ходка из правого тоннеля; 18 сооружение демонтажной камеры среднего тон неля; 19 демонтаж щита № 2; 20 демонтаж станционного укладчика; 21 сооружение среднего тоннеля щитом № 1; 22 сооружение проемных рам лево го тоннеля; 23 демонтаж щита № 1; 24 демонтаж станционного укладчика; 25 сооружение проемных рам среднего тоннеля; 26 сооружение проходов; 27 укладка бетона жесткого основания этом продолжительность строительства станции минимальная, а потребление ресурсов — максимальное. Последовательный способ предполагает выполнение работ одним комплектом оборудования, что позволяет достичь наилучшего его использования, но увеличивает сроки строительства (рис. 4.2, б). При поточном способе организации строительства весь комплекс работ по возведению станции делят на отдельные процессы примерно одинаковой трудоемкости в соответствии со специализацией и квалификацией исполнителей (проходка тоннеля, возведение обделки, нагнетание раствора за обделку и чеканка швов, монтаж колонно-прогонных конструкций или сооружение проходов и пилонов, монтаж внутренних конструкций, архитектурно-отделочные работы, устройство пути и контактного рельса, санитарно-технические работы и др.). Для осуществления этих процессов тоннели расчленяют на отдельные захватки с целью создания наиболее благоприятных условий работы отдельным исполнителям и максимального совмещения процессов во времени.
Поточный метод основан на единообразии технологических процессов и непрерывности производства работ, обеспечивает равномерность потребления ресурсов и ритмичность выполнения отдельных процессов. Наряду с этим он создает наиболее благоприятные условия для работы организаций-смежников (субподрядчиков, заводов-поставщиков, транспортных, снабженческих организаций и др.). Сохраняя соответствующие преимущества последовательного и параллельного способов, он позволяет ослабить их недостатки. Независимо от выбранного способа организации производства работ, строительство ведут в такой технологической последовательности, чтобы свести к минимуму подвижки грунтового массива и проседание кровли выработок. При этом отдельные виды работ и производственные процессы, выполняемые на различных участках станционного комплекса, должны быть технологически увязаны между собой: одни из них необходимо совмещать во времени, другие выполнять последовательно. Организация подземных работ в условиях водопритоков должна предусматривать отвод воды самотеком в водосборники промежуточных водоотливных установок (ВОУ) с последующей перекачкой ее в водосборник главной ВОУ. При проходке тоннеля под уклон для удаления воды из забоя в промежуточную ВОУ следует предусматривать отдельные насосы. Уклон открытых водоотводящих устройств должен быть не менее 3 %о. На всех стадиях проходческих и строительно-монтажных работ необходимо предусматривать искусственную вентиляцию подземных выработок. При проходке стволов, околоствольных подходных выработок и тоннелей глухим забоем вентиляция может осуществляться всасыванием загрязненного воздуха или нагнетанием свежего воздуха по трубам. Система вентиляции должна обеспечивать реверсирование воздушной струи. Объем воздуха, проходящего по выработкам в реверсивном режиме проветривания, должен составлять не менее 60 % объема воздуха, проходящего при нормальном режиме. Объем воздуха принимают не менее 6 м3/мин на каждого человека, а по взрывоопасным газам — из расчета образования 40 л условной окиси углерода при взрыве 1 кг ВВ. Мощность вентиляционных установок (ВУ) назначают, исходя из времени проветривания забоя после взрыва не более 30 мин. В призабойной зоне
должны осуществляться мероприятия по пылеподавлению и пылеулавливанию [92]. Подземные участки строительства обеспечивают сжатым воздухом от стационарных компрессорных станций, участки открытых работ — от передвижных компрессорных установок. Производительность, число и размещение компрессорных станций должны определяться в ПОС. Электроснабжение строительства следует предусматривать от подстанций городской энергосистемы по самостоятельным воздушным или кабельным линиям напряжением 10 кВ. Электроснабжение отдельных площадок открытого способа работ допускается предусматривать от передвижных электростанций, а установок шахтного подъема, ВОУ и ВУ, сетей освещения подземных выработок — от двух независимых источников. Сети рабочего и аварийного освещения должны быть раздельными. Аварийное освещение необходимо предусматривать: в шахтном стволе и околоствольном дворе, электроустановках, ВОУ, ВУ, в замораживающих установках, складах ВМ, выработках и тоннелях, а также в помещениях главного диспетчера и медпункта. Питание сети аварийного освещения должно осуществляться от независимого источника и включаться автоматически при отключении сети рабочего освещения. Эвакуационное освещение необходимо устраивать в стволе и на основных проходах выработок и тоннелей. Светильники эвакуационного освещения могут получать питание от сети аварийного освещения. Контрольные вопросы к главе 4 1. Дайте определение понятия «организация строительства». 2. Из каких компонентов складывается структурная схема многофакторных связей организации метростроения? 3. В чем заключается сущность хозяйственного и подрядного способов работ? 4. С какой целью проводят подрядные торги? 5. Что входит в состав организационно-технической подготовки строительства? 6. Какие работы выполняют в подготовительный период?
Глава 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА 5.1. Основные положения о проектировании метрополитенов Строительству любого объекта независимо от его значимости, сложности и стоимости предшествует разработка проекта — документа, определяющего размещение, объемно-планировочные, конструктивные и архитектурные решения, организацию строительства сооружения [7; 16; 18; 20; 65; 78; 81; 82; 93, гл. 26, 27; 107, гл. 1; 120, гл. 3]. Неотъемлемой частью проекта является смета, в которой определяется стоимость строительства. Проект и смету к нему с расчетами, чертежами и другими документами называют проектносметной документацией (ПСД). Законодательство России запрещает строительным организациям производить, а учреждениям банков финансировать капитальное строительство без утвержденной в установленном порядке ПСД. Работа по проектированию метрополитенов в нашей стране осуществляется, в основном, проектными организациями. Проекты метрополитенов разрабатываются комплексно, с обеспечением увязки между собой отдельных частей проекта — технологической, строительной и других. Ведущая роль в проектировании принадлежит генеральной проектной организации (генпроектировщику), выполняющей комплекс проектных и изыскательских работ. Генпроекти-ровщик привлекает по мере необходимости специализированные проектные и изыскательские организации для выполнения на договорных началах некоторых частей проектов или видов изыскательских работ. При этом ответственность за проект несет генпроекти-ровщик, который возглавляет проектирование и осуществляет взаимную увязку всех частей проекта. Проектные организации отвечают за техническую и экономическую целесообразность и качество проекта, правильность определения сметной стоимости строительства, разработку ПСД в установленные сроки.
Исходными данными для проектирования объекта являются материалы инженерных изысканий и требования к его потребительским качествам, изложенные в задании на проектирование. Инженерные изыскания. Качество проектирования подземных сооружений метрополитена в значительной степени зависит от уровня организации и проведения технико-экономических изысканий, которые выполняются на всех стадиях проектирования по специально разработанным программам. В процессе экономических изысканий проводят транспортноэкономические обследования, выявляющие потребность района в создании новых, развитии и усилении существующих транспортных связей и объектов; изучают и составляют характеристики природных и экономических ресурсов района. Технические (инженерные) изыскания проводят с целью определения наиболее рациональных вариантов расположения на местности проектируемого объекта. Виды инженерных изысканий весьма разнообразны. Они включают в себя топографо-геодезические, инженерно-геологические, метеорологические и гидрогеологические исследования. В процессе инженерных изысканий согласовывают вопросы размещения проектируемых транспортных устройств и сооружений, примыкания их к действующим путям, подключения коммуникаций, использования природных ресурсов. Решающим этапом изысканий транспортных объектов является трассирование, в результате которого устанавливают наиболее выгодное положение объектов на местности. Выгоднейшее положение определяется сравнением ряда вариантов. Предпочтение отдается варианту с минимальными стоимостями строительных работ и эксплуатации. Трассирование производят камерально по картам и фотосхемам, а также в полевых условиях. Задание на проектирование. После выбора площадки (трассы) для строительства объекта заказчик с участием генерального проектировщика в соответствии с требованиями «Положения об оценке качества ПСД» составляет задание на проектирование — документ, содержащий основные данные для проектирования предстоящего строительства. В задание на проектирование метрополитена включают: сроки выполнения проекта, особые условия строительства (сейсмичность, просадочность грунтов, наличие многолетней мерзлоты и пр.), ва
рианты проектных решений, в том числе архитектурного оформления станций, состав демонстрационных материалов, наименования организаций — генпроектировщика и генподрядчика, составы пусковых комплексов, основные технико-экономические показатели (ТЭП), требования по проектированию объектов жилищно-гражданского назначения и защитных сооружений, по внедрению новой техники и применению передовых методов организации строительства; показатели эффективности капитальных вложений, снижения материалоемкости и трудоемкости строительства и роста производительности труда; долю применения прогрессивных видов СМР; требования по разработке защитных сооружений, по выполнению научно-исследовательских и опытно-экспериментальных работ при строительстве, по применению передовых методов организации строительства. Задание на проектирование должно быть исчерпывающе ясным и кратким. Общие положения о проектировании. В настоящее время в строительной отрасли России существуют две системы проектирования: традиционная, сложившаяся в СССР еще в 1930-е годы, и новая, заимствованная в последние десятилетия в ряде зарубежных стран. При любой системе ПСД должна разрабатываться преимущественно на конкурсной основе, т.е. через торги подряда, проводимые среди проектных организаций (см. п. 4.1). Традиционная система проектирования предлагает порядок разработки ПСД в одну (рабочий проект) или в две (проект и рабочая документация) стадии. Независимо от стадийности разработка проекта осуществляется на основе выполненных проектировщиком и утвержденных заказчиком обоснований инвестиций (ОИ) в строительство сооружения (см. п. 4.2). Проектирование технически несложных объектов, а также объектов, сооружаемых по типовым и повторно применяемым объектам, выполняют в одну стадию. Одностадийное проектирование значительно приближает срок начала строительства, так как оно может развертываться по мере готовности рабочей документации на отдельные объекты и виды работ. Кроме того, существенно сокращаются объемы ПСД, поскольку многие чертежи нет необходимости разрабатывать дважды [82].
При двухстадийном проектировании на первой стадии составляется технико-экономическое обоснование (ТЭО), или проект (П) объекта строительства. Двойное наименование стадии, единой по составу и содержанию документации, принято в целях преемственности действующей законодательной и нормативной базы и совместимости понятий с терминологией, применяемой за рубежом [7, с. 91]. Затем на основе утвержденного в установленном порядке ТЭО (проекта) разрабатывается рабочая документация (РД), структура которой аналогична проекту, но отличается детализацией решений, рабочие чертежи (РЧ) составляются в соответствии с действующими нормативами. Из организационно-технологической документации на этой стадии разрабатывают проект производства работ (ППР) и рабочие чертежи специальных вспомогательных сооружений и устройств (СВС и У). Проектирование метрополитена обычно ведут в две стадии: вначале разрабатывают и утверждают проект линии, а затем на основе утвержденного проекта — рабочую документацию. В проекте линии метрополитена дают решения основных вопросов, касающихся строительства и эксплуатации: необходимая детализация проектных решений, принятых в ТЭО, уточнение ТЭП, в том числе стоимости строительства; положение трассы линии, габаритные требования; особенности местных условий строительства; расположение станций и пересадочных узлов; объемно-планировочные, конструктивные, технологические и другие решения. При этом в проекте приводят данные о соответствии принятых технологий, оборудования, строительных решений, организации производства и труда новейшим достижениям отечественной и зарубежной науки и техники. Применение технологических процессов и оборудования, не отвечающих новейшим достижениям науки и техники, запрещено. Новая система проектирования предполагает разработку ПСД по следующим стадиям: I — программа развития линии метрополитена (ПРЯМ); II — обоснование инвестиций (ОИ); III — инженерный проект (ИП); IV — рабочая документация (РД). Первые две стадии — предпроектные, выполняются на основе целевых федеральных и региональных программ. Задачами ИП являются: выбор оптимальных технических решений; определение объемов работ и необходимых инвестиций; составление комплекта документации для проведения подрядных торгов.
При благоприятном исходе торгов составляется РД аналогично второй стадии «традиционной» системы. В условиях рыночной экономики сместились акценты ответственности участников проектирования и строительства метрополитенов. Заказчик сегодня — это главная сторона, заинтересованная в осуществлении проекта и достижении его результатов. Он определяет требования и масштабы проекта, обеспечивает финансирование, заключает контракты с основными исполнителями проекта, несет ответственность по договорам, координирует взаимодействие всех участников проекта, иначе говоря — несет полную ответственность за исполнение проекта перед обществом и законом. Проектировщик — юридическое лицо, выполняющее по договору проектно-изыскательские работы в рамках проекта. Вступает в договорные отношения непосредственно с заказчиком. Генеральный подрядчик — юридическое лицо, чье предложение принято заказчиком. Несет ответственность за выполнение работ в соответствии с договором. Подбирает субподрядчиков и заключает с ними договора на выполнение отдельных работ и услуг. Роль генподрядчика обычно выполняют строительные или проектностроительные фирмы и организации. Поставщики — субконтракторы, осуществляющие разные виды поставок на контрактной основе. Органы государственной власти — сторона, обеспечивающая надзор за соблюдением экологических, социальных, налоговых и других общественных и государственных требований, связанных с реализацией проекта. Проект метрополитена по классу относят к мультипроектам — комплексным проектам, состоящим из монопроектов и требующим применения многопроектного управления; по масштабу — к крупным; по длительности — к долгосрочным (свыше 5 лет); по сложности — к очень сложным; по в и д у проекта — к инвестиционным и социальным. При разработке проекта линии метрополитена отдельные технологические, конструктивные, архитектурные и другие решения могут быть представлены в нескольких вариантах на конкурсной основе. При проектировании подземных сооружений генеральный проектировщик разрабатывает основные положения на проекти
рование и представляет их заказчику для получения заключения генерального подрядчика. Эти положения должны обеспечивать единство строительных решений и широкое внедрение наиболее экономичных решений, снижение сметной стоимости, трудоемкости строительства и расхода материальных ресурсов. Проектные организации должны обеспечивать патентоспособность, патентную чистоту технических решений и составление патентного формуляра. Технико-экономическое обоснование строительства метрополитена. С целью улучшения качества проектирования и повышения обоснованности строительства крупных и сложных объектов, к которым относятся метрополитены, на предпроектном этапе при традиционной системе проектирования предусмотрена разработка ТЭО предлагаемого к проектированию объекта. В ТЭО обосновывается место размещения объекта, порядок обеспечения ресурсами; приводятся рассмотренные объемно-планировочные, конструктивные и строительные решения; определяются примерные объемы основных работ, ориентировочная стоимость и т.д. При определении стоимости строительства в ТЭО учитывают новизну технических решений, технологию производства и применяемого оборудования, требования к сохранению окружающей природной среды, степень изученности геологических и гидрогеологических условий района, требования к улучшению условий труда и быта работающих. При разработке ТЭО составляют несколько вариантов решения задачи, и на основе их технико-экономического сравнения выбирают лучший. Метод вариантного проектирования широко используется в отечественной практике проектирования подземных сооружений. Применение его страхует от случайных ошибочных выводов, обеспечивает оптимальность принимаемых решений и способствует повышению эффективности капиталовложений в строительстве. Обязательным условием правильного использования этого метода является равноценность сравниваемых вариантов по обеспечению выполнения задач. Нельзя, например, сравнивать двухпутный тоннель с однопутным, но можно сравнивать двухпутный тоннель с двумя однопутными, сооружаемыми в два этапа. Также важны равная степень обследования местных условий и одинаковый уровень технической
разработанности для каждого варианта. Недопустимо, в частности, сравнивать варианты расположения тоннелей, разработанные для одного варианта на основе данных полевых изысканий, а для другого варианта — по карте. Сомнительными получились бы и результаты сравнения работы двух систем вентиляции, из которых одна апробирована практикой, а другая не вышла из стадии лабораторных исследований. Не следует также сравнивать варианты строительства станции в котловане с откосами и траншейным способом, так как при этом предполагаются различные условия городской застройки [20]. При составлении вариантов широкое применение должны находить типовые проекты и унифицированные конструктивно-планировочные решения. Использование типового проекта связано лишь с привязкой его к местным условиям, т.е. с уточнением рабочих чертежей, с разработкой вариантов примыкания к сетям и устройствам. Более 80 % работ, выполняемых в метростроении, осуществляется по типовым проектам. Применение типовых проектов способствует расширению индустриализации, сокращению продолжительности, повышению качества и снижению сметной стоимости строительства. Важным направлением совершенствования типового проектирования является внедрение единых габаритных схем унифицированных подземных сооружений, унификация и сокращение числа типоразмеров строительных деталей и конструкций. Типизацию и унификацию в строительстве осуществляют с учетом правил единой модульной системы (ЕМС). Типовые проекты «стареют» по мере совершенствования техники и экономики строительства, поэтому их периодически пересматривают. При проектировании линий метрополитена, особенно в районах плотной городской застройки, обычно разрабатывают несколько вариантов расположения станций, которые могут различаться своим положением относительно площадей и улиц, количеством входов и выходов, взаимной увязкой с другими станциями. При сравнении таких вариантов наряду с ТЭП важнейшим фактором является создание максимальных удобств для пассажиров. Линии метрополитена мелкого заложения по сравнению с линиями глубокого заложения удобны в эксплуатации — пассажиры теряют меньше времени
на спуск к поездам и подъем на поверхность. Однако в отдельных случаях при необходимости проходки под многоэтажной застройкой или крупными городскими коммуникациями может оказаться более целесообразным строительство линий глубокого заложения со станциями закрытого способа работ. Варианты станций закрытого способа работ должны быть, как правило, однотипными (односводчатые, колонные или пилонные). При этом необходимо учитывать, что в однородных глинистых грунтах твердой консистенции или скальных грунтах, поддающихся механизированной разработке, целесообразно применять односводчатые конструкции; в слабых грунтах с большим горным давлением эффективны станции пилонного типа; в грунтах с коэффициентом крепости 1,5 < f < 6 можно применять пилонные и колонные станции, различающиеся объемами работ, эксплуатационными показателями и архитектурными параметрами. В односводчатых станциях варьируют конструкции опорных частей и свода, решения внутреннего объема; в пилонных станциях — конструкции обделок, ширину проемов, соотношение размеров среднего и боковых тоннелей; в колонных, кроме того, могут быть запроектированы стальные или железобетонные прогоны и колонны, соединенные или сдвоенные клинчатыми перемычками и т.д. Для станций необходимо выбрать материал обделки в зависимости от инженерно-геологических условий. При отсутствии подземных вод или малом гидростатическом давлении (до 0,05 МПа в уровне лотка) рекомендуется применение сборной железобетонной обделки. Не подлежат сравнению варианты обделок одного диаметра, имеющие различные геометрические параметры тюбингов или блоков, но вполне возможно сравнивать в этих условиях обделки из различных элементов, например из ребристых и сплошных блоков. Не следует также сравнивать однотипные конструкции пилонной станции, варьируя только расстояния между смежными тоннелями и ширину пилонов вдоль оси станции. Конструкции обделок перегонных тоннелей метрополитена, сооружаемых закрытым способом, проектируют, как правило, кругового очертания. Для открытого способа строительства конкурентоспособны сборные и цельносекционные конструкции прямоугольного очертания.
После составления вариантов им необходимо дать технико-экономическую оценку путем составления количественных (натуральных) и качественных (натурных) показателей. К первым относят технические характеристики проектных решений, физические объемы, стоимость и трудоемкость работ. Такие же характеристики, как гидрогеологические условия, плотность и этажность застройки и др., могут быть выражены только качественной оценкой. Основные показатели вариантов сводят в таблицу (табл. 5.1). Таблица 5.1 Основные показатели сравниваемых вариантов Наименование работ Шифр норм по гэсн, ФЕР, ТЕР, ФССЦ и др. Еди ница изме рения Единич ные расценки, руб. (затраты труда, чел. ч) Данные по вариантам 1 вариант 2 вариант Ко личе ство Стой мость, руб. (трудоем кость, чел. ч) Ко личе ство Стой мость, руб. (труде емкость, чел. ч) Проходка выра ботки ... в грун тах ... Устройство об делки с исполь зованием ... Путем умножения основных объемов работ и материалов на единичные расценки (трудозатраты) и суммирования результатов по каждому варианту определяют их стоимость (трудоемкость). К детальной разработке принимают вариант, обладающий лучшими эксплуатационными показателями, наименьшими стоимостью (трудоемкостью) и сроками строительства. При равных ТЭП предпочтение отдают варианту, сооружение которого предполагает наибольшую механизацию технологических процессов. Для определения стоимости вариантов подсчитывают основные объемы работ и расход материалов по следующим главным показателям: при закрытом способе работ — объем грунта по наружному контуру сооружения, объем бетона (железобетона) обделки (отдельно сборного и монолитного), масса металла обделки, скреплений и арматуры, количество сборных элементов в коль
це, ширина конструкции, количество типоразмеров элементов, протяженность швов расчеканки, расход материалов на временную крепь; при открытом способе работ — объем разработки грунта по размерам котлована, объем обратной засыпки, объем монолитного и сборного железобетона (раздельно), расход арматуры, площадь гидроизоляции конструкций, расход материалов на крепление котлована. Дополнительно для станций метрополитена оценивают: длину станции, ширину и площадь посадочной платформы, объем внутреннего пространства на одного пассажира в час пик и т.п. Объемы работ на сооружение тоннелей и метрополитенов определяют на основании чертежей в соответствии с технической частью и номенклатурой параграфов сметных норм, приведенных в ГЭСН-29 (книги 1 и 2), ФЕР-29, ФССЦ (ч. I—V) и др. Все подсчитанные по вариантам объемы работ вносят в ведомость. Трудоемкость работ Тр определяют умножением нормы затрат труда Нзт (чел.-ч) на объемы работ Ор. Нормы затрат труда на строительство тоннелей и метрополитенов определяют по соответствующим сборникам единых, ведомственных типовых местных норм и расценок (ЕНиР, ВНиР, МНиР и др.). Все недоработки и просчеты, допущенные в ТЭО, вызовут впоследствии дополнительные объемы проектных работ, удлинят сроки проектирования и могут изменить ТЭП, а это приведет к иным выводам, а иногда — к бросовым проектно-изыскательским работам. Затраты на строительство в ТЭО должны быть определены с необходимой достоверностью, и в дальнейшем при разработке проектно-сметной документации (ПСД) они не должны быть ухудшены. Оценка рисков и страхование. Осуществление проекта в условиях рыночной экономики происходит в окружении динамичной внутренней и внешней среды, которая оказывает на него большое и разнообразное воздействие: физическое, экономическое, социальное, финансовое, организационное и др. В определенных условиях любое из этих воздействий может оказаться критическим и привести к разрушению объекта (см. раздел VIII). Страхование гражданской ответственности за принесенный ущерб в строительстве является общепринятой во всем мире фор
мой финансового обеспечения по возмещению ущерба от непредвиденных обстоятельств. Строительные фирмы (генподрядчик) заинтересованы в страховании собственных рисков, особенно подземных сооружений как наиболее опасных и подверженных чаще всего влиянию непредвиденных обстоятельств. В этом случае появляется необходимость привлечения страховых компаний, имеющих практику страхования рисков подобных объектов. Оценка технических рисков и возможностей их минимизации осуществляется привлекаемыми для этих целей независимыми экспертами. Основные задачи, которые ставятся перед независимыми экспертами: выявление категорий, факторов риска и их оценка; минимизация последствий возможных аварий и ущерба, нанесенного непредвиденными обстоятельствами; воздействие подземного сооружения на окружающую среду; соответствие генподрядчика и его компетенции уровню и требованиям, предъявленным к сооружаемому подземному объекту, и др. На начальной стадии проектирования определяют основные области возможного риска, готовят исторический обзор международного опыта на подобных проектах, разрабатывают основную проектную схему, проводят первоначальный анализ характера и степени сложности возможных критических ситуаций. К рабочему проектированию приступают после проведения анализа и получения заключения экспертов в области управления рисками. При составлении проекта продолжают детальное изучение и исследование инженерно-геологических и других условий строительства, а также выбор решений из альтернативных вариантов проекта. В качестве распределенного риска как совокупности частных рисков рассматривают: по строительству — срыв плановых сроков, непредвиденные физические (инженерно-геологические, гидрогеологические, метеорологические и пр.) условия, неадекватность способа и некачественное выполнение и удорожание работ; по эксплуатации — перерывы в эксплуатации по причине неисправностей или упущений, заниженная оценка эксплуатационных расходов, организационные сложности, препятствующие своевременному выполнению плановых ремонтов и профилактических мероприятий
текущего содержания и др.; по финансированию — неудачный выбор условий и сроков кредита, повышение процентной ставки, несоблюдение обязательств по долевому участию и т.п.; по извлечению доходов — неточный прогноз. Основными видами глобальных рисков являются: политические — изменения в действующем законодательстве, влекущие за собой изменения условий реализации проекта; коммерческие — колебания рыночной конъюктуры как фактора спроса, угроза экономического спада, информационные процессы, колебания валютных курсов; экологические — угрожающие изменения окружающей среды. Сильно влияющими являются политические, экономические, природные факторы; существенно влияющими — общественные, культурносоциальные, экономические и другие факторы. Доля средств, потраченных на разработку проекта, составляет в среднем 10—12 % от общей стоимости объекта. Небольшое увеличение денег и времени на стадии разработки проекта на определение опасных ситуаций, устранение рисков и разработку возможных методов контроля и управления рисками, несомненно, является необходимым. 5.2. Система нормативных документов в строительстве Виды нормативных документов. Основой действующей нормативной базы в Российской Федерации до недавнего времени были утвержденные ранее Госстроем СССР общесоюзные нормативные документы — строительные нормы и правила (СНиПы) и государственные стандарты (ГОСТы). Общесоюзные (общегосударственные) строительные нормы и правила, многие из которых действуют на территории России до настоящего времени, устанавливают: требования к организации, управлению и экономике в области проектирования, инженерных изысканий и строительства; нормы проектирования, правила организации, производства и приемки работ; методы определения стоимости строительства и сметные нормы; нормы затрат материальных и трудовых ресурсов [78—88, 90—92]. Ведомственные нормативные документы содержат требования к проектированию, инженерным изысканиям, строительству, производству строительных конструкций, изделий и материалов, учи
тывающие особенности отрасли экономики. К ведомственным нормативным документам относятся: ведомственные (отраслевые) строительные нормы (ВСН), ведомственные нормы технологического проектирования (ВНТП), отдельные сметные нормативы [8—13, 94—96]. Ведомственные нормативные документы обязательны для всех организаций ведомства, утвердившего их. Для организаций других ведомств эти документы становятся обязательными, если они введены в действие соответствующим ведомством. Ведомственные нормативные документы обязательны также для организаций, осуществляющих проектирование и строительство объектов данного ведомства. Дополнительно разрабатывались пособия [63, 64], разъясняющие отдельные положения нормативных документов и содержащие алгоритмы и примеры расчетов, другие вспомогательные и справочные материалы для проектирования и строительства. Пособия к нормативным документам разрабатываются и утверждаются организациями, являющимися разработчиками самих нормативных документов. Нормы продолжительности строительства метрополитенов. При проектировании метрополитенов все работы планируют в укрупненном виде по расчетным нормативам продолжительности строительства. Нормы нужны финансирующим банкам, заказчикам, подрядчикам, проектировщикам, органам материально-технического снабжения, контроля и надзора за строительством. Нормы продолжительности строительства объектов охватывают период от начала выполнения внутриплощадочных подготовительных работ до ввода объектов в эксплуатацию. Продолжительность строительства устанавливают с применением поясных территориальных коэффициентов. Сокращение продолжительности строительства возможно при совмещении этапов создания объекта. Так, проектирование, подготовка проекта к рассмотрению и его экспертиза могут быть совмещены с разработкой РД. Инженерные изыскания могут совмещаться с работами предпроектного периода и частично — периода проектирования. Разработку РД для второго и последующих лет строительства можно выполнять параллельно со строительством в первый год.
Для первой линии метрополитена нормы установлены, исходя из протяженности первого пускового участка 7—10 км, и учитывают наращивание мощности строительной организации. Нормы устанавливают продолжительность и задел строительства линий в зависимости от категории сложности инженерно-геологических и градостроительных условий, протяженности и глубины заложения линии. Отнесение линии, имеющей участки глубокого и мелкого заложения, к тому или иному заложению производят в зависимости от относительной протяженности этих участков. При наличии на линии участков глубокого заложения свыше 40 % от ее протяженности линию относят к линиям глубокого заложения, менее 40 % — к линиям мелкого заложения. Категорию сложности градостроительных и инженерно-геологических условий (простые, средней сложности и сложные) устанавливают по совокупности факторов. Например, при пересечении линией метрополитена крупной водной преграды, требующей специальных мероприятий при строительстве, или при строительстве метрополитена в городе с сейсмичностью 8 баллов и более, условия относятся к сложным. Если же такие преграды отсутствуют или строительство ведется в городе с сейсмичностью до 7 баллов, категория сложности — простая и т.д. Продолжительность строительства линий, сооружаемых в сложных инженерно-геологических условиях, и первых линий протяженностью свыше 10 км устанавливается в ПОС. Продолжительность и трудоемкость СМР и горно-строительных работ определяют по соответствующим сборникам норм и расценок (ЕНиР, ВНиР и МНиР). Эти нормы предназначены для составления калькуляций затрат труда и других документов, учитывающих передовой опыт организации работ. При применении на стройке более современной организации или технологии строительства, новых более эффективных материалов и конструкций, чем это предусмотрено ЕНиР и ВНиР, должны разрабатываться местные технически обоснованные нормы времени. Сметные нормы и расценки. С 1 сентября 2003 г. осуществлен переход на новую сметно-нормативную базу 2001 г., в основу которой положены единые ресурсные показатели — государственные элементные сметные нормы (ГЭСН-2001), а также нормативы
лимитированных и прочих затрат (накладных расходов, сметной прибыли и др.). На базе единой методологии и ГЭСН разработаны региональные (территориальные) и отраслевые единичные расценки. Однако, как показывает практика, при переходе на новую сметнонормативную базу ценообразования в строительстве возникают трудности, связанные с отсутствием некоторых сборников ГЭСН, особенно на специализированные виды работ, а также с отставанием в разработке территориальных единичных расценок (ТЕР-2001). Для решения проблемы разработан ряд документов, которые позволяют в случае отсутствия необходимых территориальных расценок определять стоимость в новой базе, используя нормативы федерального уровня. Изменились подходы к нормированию затрат (прямых, лимитированных, прочих), к определению средств на оплату труда, эксплуатацию машин и механизмов, материальных ресурсов; к определению нормативов накладных расходов, сметной прибыли, затрат на временные здания и сооружения, на зимнее удорожание и т.д. Появились новые виды прочих затрат. И самое главное — изменилась сама экономическая основа отношений в строительной сфере; теперь она характеризуется многообразием цен, методов и подходов к определению стоимости строительства. Очевидно, что наличие нормативов еще не позволяет полноценно рассчитывать сметную стоимость. Необходимо уметь правильно ими пользоваться. К сожалению, существующие сегодня нормативно-методологические документы (своды правил, указания и пр.) не дают ответов на конкретные вопросы, поскольку носят укрупненный, иногда поверхностный характер. Заполнить методологический вакуум призвано «Практическое пособие по составлению смет в строительстве на основе новой сметно-нормативной базы 2001 года» [65]. В пособии реализуется принцип многовариантного решения задач сметного дела. Ведь в каждом конкретном случае существует несколько подходов, обоснованных и методологически, и законодательно, применение которых возможно при условии согласования соответствующими сторонами. По сути, названное пособие есть не что иное, как свод правил по составлению сметной документации, аналогичный существующим
в Европе нормам FIDIC в отношении договоров подряда на строительство и поставку строительных материалов и оборудования, позволяющий заказчикам и подрядчикам при заключении контрактов юридически закреплять в них обязательные к исполнению и реализации конкретного проекта подходы к определению цены и проведению расчетов за выполненные работы. В пособии выделяются два метода сметных расчетов: ресурсный, основанный на применении элементных сметных норм различного уровня (государственных, территориальных, отраслевых), и базисноиндексный, основанный на использовании единичных и территориальных расценок. Каждому методу посвящены отдельные главы, содержащие большое количество примеров сметных расчетов, составленных в различных вариантах по утвержденным формам. Для большего понимания расчеты снабжены комментариями. Основные направления развития нормативной базы проектирования и строительства метрополитенов. Разнообразие подземных сооружений, подрядчиков, осуществляющих их проектирование и строительство, обусловили существенные различия нормативов: для гидротехнических тоннелей одной из основных нагрузок на обделку является давление воды изнутри тоннеля, для транспортных более существенно внешнее давление подземных вод; подземные сооружения горнодобывающей промышленности допускают большие деформации горного массива, а для городских тоннелей такие деформации недопустимы, и т.д. Все это находит отражение в соответствующих нормах на проектирование и строительство. В то же время различные по назначению подземные сооружения имеют много общего: в любом случае необходимо обеспечить максимально быструю, безопасную и экономически эффективную проходку, крепление выработки, возведение постоянной обделки. Чаще всего материалом для постоянной обделки служат железобетонные или чугунные тюбинги, блоки, монолитный бетон, железобетон или набрызгбетон. Все более широкое применение в различных областях подземного строительства находят такие прогрессивные технологии, как новоавстрийский способ, горнопроходческие комбайны и т.д. Взаимопроникновение прогрессивных технологий, оборудования, способов крепления, конструкций и методов расчета могло быть значительно глубже, если бы не ведомственная разобщенность.
Регламентируя деятельность участников строительного производства, действующие нормы не обеспечивали необходимую полноту в вопросах защиты интересов потребителей продукции строительства и не создавали условия для развития инициативы исполнителей. Необходимость совершенствования нормативной базы не вызывает сомнений. Прежде всего это относится к сметным нормам. Цена на строительную продукцию складывается в зависимости от рыночной ситуации, что ни в коей мере не исключает потребности в разработке аппарата для ее расчета. Заказчик, решая вопрос о необходимости и возможности строительства объекта, должен достаточно достоверно прогнозировать затраты на его возведение. Нормативы содержат удельные затраты на создание единицы строительной продукции, например, стоимость 1 м перегонного тоннеля метрополитена, и могут быть дифференцированными по потребительским качествам продукции. Подрядчик, решив участвовать в торгах, должен достаточно точно определять свои затраты на выполнение работ по заказу и фактические затраты своего предприятия. Для этого каждая строительная организация должна накапливать информацию, позволяющую создавать внутренние нормативы, представляющие его коммерческую тайну. За счет сопоставления будет определяться тот минимум цены, который обеспечивает величину прибыли, определяющей целесообразность участия в выполнении заказа. Чем лучше организовано производство, тем выше конкурентоспособность подрядчика. Повышая качество выполнения работ, подрядчик получает преимущество в торгах. Заказчик может пойти на увеличение цены за счет повышения качества продукции, если это компенсируется снижением эксплуатационных расходов или расширением функциональных возможностей продукции (повышение эксплуатационной надежности, долговечности и т.п.). Для проектных организаций необходимы нормативы, позволяющие сопоставлять варианты решений и выбрать наиболее целесообразные с учетом усредненных региональных особенностей. С 1 июля 2003 г. введен в действие СНиП 10-01-2003 «Система нормативных документов в строительстве. Основные положения» взамен ранее действовавших СНиП 10-01-94. Этот СНиП ставит главной задачей защиту прав и охраняемых законом интересов по
требителей строительной продукции, общества и государства при развитии самостоятельности и инициативы предприятий, организаций и специалистов. Одним из основных средств решения этой задачи является переход к новым методическим принципам международной практики нормирования. При традиционном, так называемом описательном, или предписывающем подходе в нормативных документах приводили подробное описание конструкций, методов расчета, применяемых материалов и технологий. Вновь создаваемые строительные нормативы должны содержать в первую очередь эксплуатационные характеристики сооружений, основанные на требованиях потребителя. Нормативные документы должны устанавливать требования к строительной продукции, которые должны быть удовлетворены, или цели, которые следует достигнуть в процессе проектирования и строительства, а не предписывать, как проектировать и строить. Способы достижения поставленных целей в виде объемно-планировочных, конструктивных или технологических решений могут быть различными. Практически те же принципы целесообразно положить в основу разработки технических регламентов, которые должны содержать в исчерпывающем объеме обязательные требования по безопасности, включая требования, которые ранее устанавливались в нормативных документах различных органов государственного надзора, и приниматься федеральными законами. В это же время, с 1 июля 2003 г. введен в действие Федеральный Закон «О техническом регулировании», который отменил прежние законы «О стандартизации», «О сертификации продукции и услуг», а также положения других законов и постановлений, касающиеся правоотношений в сфере разработки, утверждения и применения нормативно-технических документов, надзора за их соблюдением. Положения этого Закона охватывают все отрасли экономики, в том числе строительство. Как известно, в этой области существует наиболее разветвленная система межведомственных норм, из которых только Своды правил носили рекомендательный характер, а остальные являлись обязательными для исполнения. По новому Закону все многообразие видов обязательных документов заменяется техническими регламентами в виде закона РФ.
Разработка технических регламентов по новому Закону может осуществляться любым лицом. Одновременно предусматриваются утверждение правительством РФ программы разработки технических регламентов создание федерального органа исполнительной власти по техническому регулированию, на который возлагаются обеспечение работы экспертных комиссий для проведения экспертизы технических регламентов и другие организационные задачи. Таким образом, согласно Закону, любые заинтересованные ведомства, организации и физические лица могут самостоятельно разрабатывать и вносить законодательные инициативы в Государственную Думу через соответствующие субъекты права. Это требует принятия мер по обеспечению единства нормативно-технической базы проектирования и строительства, систематизированное обновление которой сдерживалось недостаточностью финансирования. Другой вопрос — о системе строительных норм и правил. В соответствии с Законом, технические регламенты должны охватывать полные перечни продукции и процессов, к которым предъявляются обязательные требования по безопасности. Очевидно, регламентация в существующем виде и в исчерпывающем объеме всех необходимых требований к застройке, сооружениям, строительным процессам, материалам, изделиям, оборудованию на уровне законодательной власти невозможна. Тем более что безопасность строительных объектов регламентируется, как правило, большим количеством косвенных характеристик. Кроме требований по безопасности, сохраняется необходимость установления норм по созданию условий жизнедеятельности населения, эксплуатационной пригодности и долговечности сооружений, энергосбережению и многим другим, которые в составе технических регламентов Законом не предусматриваются. Многие из этих вопросов необходимо будет решать в форме добровольных норм. Закон не запрещает разработку на федеральном уровне добровольных нормативно-технических документов. Нет также прямого запрещения территориальных строительных норм в качестве обязательных документов. Между тем представляется, что статьи 73 и 76 Конституции РФ дают субъектам РФ право принимать собственные обязательные нормативные документы. Наряду с этим
целесообразно сохранить в какой-то форме строительные нормы и правила как традиционную для России и известную за рубежом систему нормативных документов по строительству, постепенно создавая законодательную основу в виде технических регламентов. При этом принятые Госстроем России добровольные нормы по ряду аспектов могут стать основой для соответствующих территориальных норм. Согласно Закону, существующие ныне государственные стандарты переходят в разряд национальных, приобретают добровольный характер и будут утверждаться национальным органом по стандартизации. Федеральный орган РФ по стандартизации сформирует технические комитеты по стандартизации, будет принимать программы разработки стандартов, организовывать их экспертизу, утверждать и издавать их. Кроме национальных стандартов, в стране будут также разрабатываться для добровольного применения и самостоятельно утверждаться стандарты организаций: коммерческих, научных, общественных, саморегулируемых, а также объединений юридических лиц. Единственное ограничение: стандарты организаций не должны противоречить техническим регламентам. Технические условия, по которым поставляются строительные материалы и изделия, широко применявшиеся в строительстве, в качестве нормативных документов Закон не предусматривает. Необходимые технические регламенты должны быть приняты в течение 7 лет со дня вступления в силу Закона, но не позднее 1 июля 2010 г. Обязательные требования действующих нормативных документов, соответствующие целям Закона по безопасности, при отсутствии регламентов будут действовать в течение этого срока, а затем утратят силу. В связи с этим корпорацией «Трансстрой», Тоннельной ассоциацией России, ОАО «Метрогипротранс», ЦНИИСом с привлечением других компетентных организаций разработаны новые нормативные документы: СНиП 32-02-2003 «Метрополитены» и СП 32-105-2004 «Свод правил по проектированию и строительству метрополитенов». СНиП 32-02 утвержден постановлением Госстроя России от 27.06.2003 г. № 120 к принятию и введен в действие с 1 января 2004 г. Согласно новым принципам построения нормативных до
кументов, в СНиП отражены обязательные требования, определяющие цели, которые должны быть достигнуты, и принципы, которыми необходимо руководствоваться в процессе создания объектов. В своде правил устанавливаются рекомендуемые положения для развития и обеспечения обязательных требований СНиП. Названные документы по метростроению впервые носят комплексный характер. В них отражаются требования по проектированию, а также по инженерным изысканиям, строительству, приемке устройств и сооружений в эксплуатацию. В главе «Инженерные изыскания» изложены требования не только по геологическим и геодезическим, но и по экологическим разделам. В главу «Проектирование» введены разделы, отсутствовавшие в предыдущих редакциях нормативных документов: «Сооружения городской инфраструктуры», «Гигиена и экология», «Пожарная безопасность», «Охрана окружающей природной среды», «Защита от шума, вибраций и блуждающих токов», «Организация строительства». В главе «Строительство» излагаются требования по подготовке и инженерному обеспечению строительства; производству строительных работ открытым и закрытым способами, включая специальные методы работ в водонасыщенных грунтах с использованием водопонижения и укрепления грунтов; по применению механизированных комплексов, новоавстрийского метода тоннельного строительства, работ по монтажу пути и контактного рельса, эскалаторов, инженерного оборудования. В главе «Приемка» отражены требования по видам, составу и обязанностям приемочных комиссий, стадиям и последовательности приемочных работ. Приводятся данные по допустимым отклонениям от проектных параметров при ведении строительных работ, перечисляются параметры, которые должны проверяться при приемке оборудования, даются образцы отчетных документов. 5.3. Проектирование организации строительства и производства работ Проектирование организации строительства. ПОС является обязательной и неотъемлемой частью проекта любого сооружения. Это один из важнейших документов в области организации и планирования строительства, обеспечивающих своевременный ввод объек
тов в эксплуатацию с наименьшими затратами и высоким качеством [16; 18, ч. II; 91]. Кроме того, ПОС призван способствовать повышению организационно-технического уровня строительства на базе использования новейших достижений науки и техники. В ПОС разрабатывают рекомендации по выполнению работ с учетом местных условий и особенностей технических решений, принятых в проекте. В нем должны содержаться организационно-технологические схемы, определяющие рациональную последовательность выполнения работ, решения о размещении баз материально-технического снабжения, производственных предприятий, объектов энергетического обеспечения. В ПОС устанавливают мощности, оснащение и дислокацию привлекаемых строительных организаций, источники получения материально-технических ресурсов, транспортные схемы их доставки с расположением пунктов разгрузки, промежуточных складов и временных дорог. В ПОС определяют источники обеспечения строительства электроэнергией, водой, теплом, паром. Проектирование организации строительства является основой распределения капитальных вложений и объемов СМР по срокам строительства, а также обоснования его сметной стоимости. В нем отражают вопросы опережающего развития производственной базы строительной организации. ПОС разрабатывают с учетом необходимости соблюдения нормативных сроков продолжительности строительства, первоочередного выполнения работ подготовительного периода, максимального расширения фронта работ, обеспечения непрерывности и поточности строительных процессов, равномерного использования во времени ресурсов и производственных мощностей, внедрения комплексной механизации работ и широкого применения средств малой механизации, соблюдения правил производственной санитарии, производственной безопасности и охраны труда, обязательного выполнения мероприятий по охране окружающей природной среды, рекультивации земель, нарушенных при производстве СМР. ПОС должен учитывать природно-климатические, инженерно-геологические, гидрогеологические и другие местные особенности района строительства сооружений. ПОС составляет генеральная проектная организация одновременно с разработкой других разделов рабочего проекта. Отдель
ные части ПОС метрополитена могут разрабатываться специализированными организациями по заданию генпроектировщика на договорных началах. ПОС является обязательным документом для заказчика, подрядных организаций, а также организаций, осуществляющих финансирование и материально-техническое обеспечение строительства. Исходные данные для составления ПОС должны обеспечивать возможность разработки нескольких вариантов организации строительства с целью выбора наиболее оптимального из них на основе технико-экономической оценки. ПОС должен разрабатываться на полный проектный объем строительства. В его состав включают: календарный план строительства; строительные генеральные планы подготовительного и основного периодов; организационно-технологические схемы; ведомости объемов основных СМР, потребности в строительных конструкциях, изделиях, материалах и оборудовании; графики потребности в основных строительных машинах и транспортных средствах, кадрах. Указанные документы снабжают пояснительной запиской. Проектирование производства работ. ППР составляют на основе и в развитие ПОС на выполнение отдельных видов СМР основного и подготовительного периодов в соответствии с принятыми технологическими решениями и планом организационно-технических мероприятий метростроительной организации. ППР разрабатывают подрядные строительные организации за счет средств накладных расходов, с привлечением (в случае необходимости) специализированных организаций. Для сложных подземных сооружений ППР разрабатывают специализированные конструкторские бюро по договорам с генпроект-ной организацией за счет средств на проектные работы. ППР имеет целью определение наиболее эффективных методов выполнения горнопроходческих работ, снижение себестоимости и трудоемкости, сокращение продолжительности строительства сооружения, повышение степени использования проходческих машин и оборудования, улучшение качества проходческих работ. Осуществление строительства без ППР не допускается. По решению строительной организации в зависимости от сроков строительства объектов и от объемов работ ППР разрабатывают на строительство сооружения в целом или отдельных его частей; на
выполнение сложных CMP, горнопроходческих и специальных строительных работ, а также работ подготовительного периода, и передают на стройплощадку за 2 месяца до возведения тех частей сооружения или выполнения тех работ, на которые ППР составлен. Исходными материалами для разработки ППР служат: задание на разработку, выдаваемое строительной организацией как заказчиком ППР, с обоснованием необходимости разработки его на сооружение в целом, его часть или вид работ и указанием сроков разработки; ПОС с необходимой рабочей документацией; условия поставки конструкций, изделий, материалов и оборудования; данные об использовании строительных машин и транспортных средств, обеспечении рабочими кадрами строителей по основным профессиям; производственно-технической комплектации и перевозке строительных грузов. В состав ППР включают: календарный план производства работ по объекту или комплексный сетевой график; стройгенплан; графики поступления на объект строительных конструкций, изделий, материалов и оборудования; графики движения рабочих кадров и основных строительных машин по объекту; технологические карты (схемы) на выполнение отдельных видов работ; решения по производству геодезическо-маркшейдерских работ; решения по производственной безопасности и охране труда; мероприятия по выполнению работ поточным методом; при необходимости — мероприятия по выполнению работ вахтовым методом; решения по прокладке временных сетей водо-, тепло- и энергоснабжения, освещения стройплощадки и рабочих мест; перечни технологического инвентаря и оснастки, схем строповки грузов; пояснительную записку. При составлении проекта возникает необходимость выбора варианта схемы производства работ. Например, при возведении трехсводчатой станции пилонного типа с обделкой из чугунных тюбингов в обводненных неустойчивых грунтах рекомендуется применять щитовой способ проходки. При расположении станции того же типа в более благоприятных гидрогеологических условиях, т.е. когда предусматривается применение железобетонных блоков, также целесообразен щитовой способ, а при проходке тоннелей такой же станции в крепких неводоносных грунтах вполне оправдано применение бес-щитовой проходки с помощью укладчиков. При этом одновременно с основной проходкой станционных тоннелей осуществляют работы
по установке элементов проемных рам с временным заполнением проемов нормальными и фасонными тюбингами. Сооружение трехсводчатых станций колонного типа отличается особенностями монтажа колонно-прогонного комплекса из стали или железобетона (колонны с опорами, прогоны распорки и пр.). Возведение средней части таких станций требует сохранения грунтового ядра, что вызывает необходимость использования повышенного по сравнению с боковыми тоннелями уровня откатки (по верху ядра) и устройства переподъема для грунта и грузов, что обычно осуществляют в монтажной щитовой камере. При сооружении односводчатой станции возможны несколько производственных решений в зависимости от геологических условий. В прочных трещиноватых грунтах, когда возможно опирание пят свода непосредственно на грунт, целесообразен горный способ работ с применением укладчика того или иного типа. В мягких грунтах, где возникает необходимость возведения опорных элементов и обратного свода, целесообразно применение полущита при обделке как из чугунных тюбингов, так и из железобетонных блоков. Для возведения опорных частей возможны, в свою очередь, два варианта ведения работ: в штольнях и в тоннеле малого диаметра, с применением бетононасосов в обоих случаях. При возведении односводчатой станции в скальных грунтах иногда сооружают свод из монолитного бетона (без армирования). В таких случаях целесообразно применение анкеров как для временного крепления выработки, так и для подвески опалубки. В равной степени возможно применение арматурного каркаса, поддерживающего опалубку и используемого на первом этапе в качестве временной крепи. Подвесная опалубка может быть представлена в виде инвентарных элементов или железобетонных плит, оставляемых в конструкции свода. Последней конструкции может быть придан любой архитектурный вид. Разработанные варианты организации производства работ по сооружению станции сравнивают по следующим показателям: объемы работ (подготовительных и основных); степень механизации процессов; денежные затраты на 1 м и на всю длину станции (одинаковые элементы, входящие во все варианты, могут исключаться); сроки строительства; потребность в рабочей силе и др. Результаты
сравнения рекомендуется представлять в табличной форме. К дальнейшей разработке принимают вариант, который обеспечивает наилучшие показатели. При этом следует иметь в виду, что денежные затраты не всегда являются решающими. Необходимо учитывать технико-экономические показатели в более широком смысле. Изложенное рассмотрим на конкретном примере строительства станции пилонного типа в скальных грунтах с помощью укладчика. К рассмотрению приняты две схемы производства работ. Первая схема предусматривает использование наклонного эскалаторного тоннеля для выдачи разработанного грунта и подачи материалов (рис. 5.1). Рис. 5.1. Схема организации строительства станции с использованием эскалаторного тоннеля: 1 тюбингоукладчик; 2 тупиковые пути; 3 обделка из чугунных тюбингов; 4 тележка для нагнетания; 5 тележка для тюбингов; 6 скип; 7 ось на клонного хода; 8 тюбинг; 9 передовая штольня; 10 поворотный круг; 11 переподьемник; 12 скребковый транспортер; 13 бункер; 14 порожняк; 15 груженый состав; 16 ось среднего станционного пути; 17 опрокидывающее устройство; 18 конец среднего тоннеля; 19 лебедка; 20 вагонетка с породой; 21 натяжная камера; 22 таранты; 23 груженая вагонетка; 24 трос
После сооружения наклонного хода, примыкающего к торцу среднего станционного тоннеля, начинают проходку последнего и опережающих штолен по осям боковых тоннелей. Затем сооружают короткие (на длину укладчика) участки боковых тоннелей со сборкой их обделки при помощи лебедок. После монтажа укладчика ведут основную проходку боковых тоннелей с опережением одного из них на 25 30 м. Разработку грунта осуществляют буровзрывным способом, откатку вагонетками. В среднем тоннеле устраивают бункер с опрокидывающим устройством над ним, где производят разгрузку вагонеток. Далее при помощи скребкового транспортера грунт выдают на поверхность в бункер эстакады. Подачу элементов обделки осуществляют также по наклонному тоннелю в специальных тю-бинговозках при помощи лебедок, по путям, уложенным на гарантах. Для перемещения тюбинговозки непосредственно на уровень путей штольни применяют переподъемник, который доставляет тюбинговозку на поворотный круг, откуда ее перемещают к забою бокового тоннеля. Достоинством данного варианта является возможность рационального использования наклонного хода как для строительства, так и для эксплуатации станции. К недостаткам следует отнести наличие опережающих штолен и перепогрузочного узла, увеличивающих стоимость работ. Вторая схема предусматривает ведение работ через шахтный ствол и околоствольные выработки (рис. 5.2). От ствола проходят транспортную штольню, пересекающую боковые тоннели в начале станции. Сооружение станции начинают с проходки бокового тоннеля. В пределах небольшого участка на длину укладчика вначале возводят тоннельную обделку при помощи лебедок. После этого монтируют укладчик и ведут основную проходку. С некоторым отставанием (25 30 м) осуществляют монтаж укладчика во втором тоннеле и его последующую проходку. Грунт разрабатывают буровзрывным способом с механизированной погрузкой в вагонетки. Откатку производят электровозом к стволу шахты с дальнейшей выдачей на поверхность. Подачу элементов обделки осуществляют при помощи тюбинговозок на пониженном уровне. После сооружения первого бокового тоннеля монтируют укладчик в среднем тоннеле и начинают его проходку. Грунт через частично раскрываемые проемы выдают в боковые тоннели и далее к стволу шахты. Достоинством данного варианта является относительная простота и надежность работ. К недостаткам следует отнести дополнительные затраты на сооружение ствола и подходных штолен, а также увеличенный срок строительства. Для экономического сопоставления вариантов производства работ следует выполнить сметные расчеты.
a б Рис. 5.2 . Схема организации строительства станции через шахтный ствол: а — проходка боковых тоннелей; б — проходка среднего тоннеля; I — погрузочная машина; 2 — тележка для нагнетания; 3 — пути; 4 — тюбингоукладчик; 5 — ось среднего станционного тоннеля; 6 — то же бокового; 7 — ствол и рудничный двор; 8 — штольня; 9 — тюбинги на тюбинговозках
5.4. Календарное планирование К календарным планам строительства относят документы по планированию, охватывающие весь комплекс СМР на объекте. Этот документ является основой для определения сроков работ, объемов финансирования, планирования и использования производственных ресурсов, материально-технического обеспечения и должен служить организующим на всех этапах строительства. Структура, состав и степень детализации календарного плана зависят от назначения проектной документации, в состав которой он входит, и определяются периодом работ, для которого предназначен. Например, в календарном плане строительства, входящем в состав ПОС, таким периодом является год, квартал и месяц; в календарном плане производства работ по объекту (виду работ) в составе ППР — месяц, декада, неделя и сутки; в графике выполнения работ в составе технологической карты — сутки, смена и час, а в транспортно-монтажных графиках — час и минута. Существование разрыва на двух стадиях календарного планирования (в периоды постановки задач и их реализации) определяет различие требований к составу и содержанию ПОС и ППР. В ПОС включают календарный график на строительство и, на его основе, сводный календарный план распределения капитальных вложений по годам строительства и по исполнителям. ППР ограничивают конкретным производством работ в пределах строительства одного сооружения с учетом реально сложившейся производственной обстановки. График строительства в разделе ПОС на первый год должен разрабатываться подробно, с месячной разбивкой, расчетом потребности вплоть до каждой конструкции. При составлении строительных графиков важно учитывать сезонный характер тех или иных работ. В осенне-зимний период упор следует делать на свайные и земляные работы, проходку подземных выработок; в весенне-летнее время — планировать бетонные процессы, оклеечную изоляцию, отделку и облицовку и т.п. Это позволяет снизить фактические расходы и повысить качество работ, особенно при возведении сложных объектов. Тем самым создаются необходимые предпосылки для повышения производительности труда, сокра
щения сроков строительства. Для грамотной разработки ППР имеются комплекты типовых технологических карт по всем отраслям транспортного строительства, в том числе по метро- и тоннелестроению. К технологическим картам прилагается необходимая документация на оснастку, оборудование и приспособления. Календарные планы ПОС. Документацию, входящую в ПОС, в прошлом, как правило, составляли вручную, что отнимало много времени и не гарантировало выбор оптимального варианта. В настоящее время осуществляется переход на автоматизированные системы проектирования. Это требует создания информационной базы (базы данных) в виде формализованных структур, которые позволяют обеспечить доступность для многих пользователей и исключение дублирования. Пример структуры базы данных подсистемы ПОС автоматизированного проектирования показан на рис. 5.3. База данных состоит из сегментов, содержащих информацию об объектах строительства (1-й уровень), способах их сооружения (2-й уровень) и требуемых для этого материалах и оборудования (3-й уровень). Связь между сегментами осуществляется при помощи И-сегментов, содержащих информацию о параметрах этой связи. Каждый сегмент состоит из строки, содержащей ключ, идентифицирующий строку, и полей, содержащих текстовую или цифровую информацию. Рис. 5.3. Структура базы данных подсистемы ПОС
Например, при разработке ПОС ст. «Тимирязевская» Московского метрополитена было разработано 8 вариантов календарного графика. Его оптимизацию проводили на основе вычисленных значений минимизируемых функций (табл. 5.2). Таблица 5.2 Значения минимизируемой функции для различных вариантов графика Вариан ты опти мально го кален дарного графика по ресурсу Значения минимизируемой функции для ресурсов 1 й ресурс: разра ботка грунта, тыс. м3 2 й ресурс: обрат пая засыпка и забу товка, тыс. м3 3 й ре сурс: монтаж сборного железобе тона, тыс. м3 4 й ресурс: укладка моно литного железо бетона, тыс. м3 5 йре сурс: укладка моно литного бетона, тыс. м3 6 й ресурс: уста новка чугун ных тюбин гов, тыс. т 7 й ресурс: уста новка стально го про ката, тыс. т 8 й ресурс: расход рабочей силы, чел. 1 7,05 1,6 3,84 0,4 0,87 0,039 36 2 7,05 1,6 3,84 0,4 0,87 0,039 36 3 7,05 1,22 3,72 0,34 0,87 0,039 47 4 4,82 1,6 3,72 0,34 0,87 0,039 43 5 7,05 1,6 3,72 0,34 0,87 0,039 42 6 7,82 1,6 3,95 0,4 0,87 0,039 42 7 7,82 1,6 3,83 0,38 0,87 0,039 36 8 7,82 1,6 3,76 0,34 0,87 0,039 34 На основе анализа результатов расчета к дальнейшему рассмотрению принят первый вариант графика, поскольку в нем колебания таких ресурсов, как разработка грунта, укладка сборного железобетона, чугунных тюбингов минимальны, а остальных не намного больше минимальных. Для этого варианта составлена таблица параметров (табл. 5.3). Информация об объемах материалов и основных работ основывается на конструкторских разработках; объемы подготовительных работ определяются расположением стройплощадки и необходимостью переноса городских сетей и коммуникаций. Исходная информация для ст. «Тимирязевская» приведена в табл. 5.4. При вводе в ЭВМ информации об объекте производятся ее сопоставление с содержанием сегмента «Тип объекта» базы данных и автоматизированный выбор строки в сегменте, соответствующей вводимой информации. Аналогичные процедуры проводятся с информацией о подготовительных и других работах.
Таблица 5.3 Расчетные параметры календарного графика строительства ст. «Тимирязевская» Код Строительные процессы Время начала, мес. Время окон чания, мес. 1 Подготовительные работы 4 10 2 Сооружение шахтного ствола 5 11 3 Сооружение околоствольного двора 11 16 4 Сооружение склада ВМ 16 18 5 Сооружение подходной штольни 16 18 6 Сооружение дополнительной штольни 17 21 7 Сооружение 1 й монтажной камеры 18 19 8 Сооружение 2 й монтажной камеры 19 20 9 Монтаж укладчика обделки 19 20 10 Проходка опоры тоннеля (левого) 20 24 И Демонтаж укладчика 24 25 12 Бетонирование опоры (левой) 25 29 9 Монтаж укладчика 20 21 10 Проходка опоры тоннеля (правого) 21 25 И Демонтаж укладчика 25 26 12 Бетонирование опоры (правой) 26 30 9 Монтаж укладчика 28 30 13 Сооружение сводовой части 30 52 14 Разработка грунтового ядра 30 52 15 Проходка и монтаж обратного свода 52 67 16 Чеканка обратного свода 53 68 17 Монтаж внутритоннельных конст рукций 54 69 18 Отделка станции 57 71 Исходная информация об объемах Таблица 5.4 Название объекта Единица измере НИЯ Способ сооруже НИЯ Спец СПО собы Тип кон струкции обделки Заложе ние Грун ТЫ Станция односвод чатая 1 м дли ны Горный с укладчи ком Ж. б. сборная Глубокое IV труп па
Каждая строка сегмента «Тип объекта» в базе данных связана И-сегментами со строками сегментов «Виды работ» и «Обслуживающие процессы», причем каждая работа или обслуживающий процесс, используемые на объекте, соединены отдельным И сегментом. Таким образом производится извлечение из базы данных списка работ и обслуживающих процессов, относящихся к данному объекту, с соответствующими параметрами, такими как сметная стоимость работы, нормативная и максимальная производительности и пр. Аналогично при помощи И-сегментов, связывающих сегменты 2-го уровня с сегментами 3-го уровня, извлекается информация о необходимых материалах, оборудовании и машинах с указанием объемов, стоимостей, производительностей и других параметров. Кроме того, в базе данных содержится нормативно-справочная информация, необходимая для расчета четырех форм ПОС: календарного плана строительства, содержащего распределение капитальных вложений и объемов СМР по годам строительства; ведомости объемов основных строительных, монтажных и специальных работ; ведомости потребности в строительных конструкциях, изделиях, материалах и постоянном оборудовании; ведомости обслуживающих процессов. При помощи специального пакета прикладных программ (ППП) производятся выбор и построение оптимального варианта календарного графика. Критерием оптимальности является равномерность использования ресурсов. Этот критерий аналитически выражается формулой п W(t, t0, t02... ton) = max I (Sk (t, - S/T) | -> min, (5.1) k=l где S^. (t, необходимость в данном ресурсе в каждый месяц t на объекте к при условии начала строительства на нем во время t^; S полная потребность данного ресурса на объекте; Т срок строительства объекта, мес.; п число объектов на линии строительства. Для каждого календарного графика выделяют значения минимизируемых функций по всем ресурсам. Выбор варианта оставлен проектировщикам.
Оптимальный календарный график, а также рассчитанные на его основе четыре формы ПОС, построенные на графопостроителе, представляют собой готовую проектную документацию. База данных не является неизменяемым набором информации и может дополняться при разработке новых типов объектов, способов строительства, материалов и оборудования. Календарные планы ППР. По выбранному к проектированию варианту разрабатывают и составляют календарный план производства работ. В календарном ППР устанавливают: последовательность и сроки выполнения работ с максимально возможным их совмещением, нормативное время работы строительных машин, потребность в трудовых ресурсах и средствах механизации; выделяют этапы и комплексы работ, поручаемые бригадам, и определяют их количественный, профессиональный и квалификационный состав. При разработке курсовых и дипломных проектов по тоннельной тематике календарный план производства работ целесообразно представлять в форме, приведенной в табл. 5.5 (вклейка), что не противоречит требованиям СНиП 3.01.01-85* [79]. В табл. 5.5 принято: tc — продолжительность рабочего времени в смену (6 ч и 7,2 ч при продолжительности смен 6 ч и 8 ч соответственно). График работ, особенно для станций метрополитена, желательно представлять в сетевой форме. Для линейных объектов (перегонные и эскалаторные тоннели, шахтные стволы и т. д.) составляют линейные графики (см. табл. 5.5, столбец 16). На основе сетевых графиков разрабатывают системы сетевого планирования и управления (СПУ), которые охватывают все процессы строительства сооружения, начиная от проектирования и до сдачи в эксплуатацию. Система СПУ в сочетании с диспетчеризацией и ЭВМ является составной частью автоматизированной системы управления строительством (АСУС), при которой контроль выполнения графика ведется из единого центра, куда поступает информация со строительных площадок. Основой для составления календарного плана ППР являются производственные нормы (ЕНиРы, ВНиРы) и циклограммы работ, носящих повторяющийся характер. В каждый цикл включают обычно все виды работ, обеспечивающих создание законченного участка сооружения (1 м длины тоннеля, заходка, типовой участок и т.д.).
Продолжительность цикла определяет темп строительства (скорость проходки). Работы, включаемые в циклограмму, увязывают исходя из технологической последовательности и возможности совмещения; продолжительность выполнения каждой технологической операции устанавливают в соответствии с нормами времени. В графиках поступления на объект строительных конструкций, материалов и оборудования указывают данные о поступлении этих ресурсов по месяцам, неделям и дням по каждой бригаде с приложением комплектовочных ведомостей (при наличии службы производственно-технологической комплектации (ПТК) — унифицированной документации по технологической комплектации), а в случаях строительства комплектно-блочным методом составляют графики комплектной поставки блоков. В графиках движения рабочих кадров и основных машин соответственно приводят данные о среднесуточной численности рабочих и машин по каждому дню, неделе и месяцу. График работы основных машин следует разрабатывать, исходя из своевременного выполнения бригадой работ. Потребность в машинах на земляные работы определяют из условия выполнения работ преимущественно комплексными механизированными подрядными бригадами. ППР рассматривается техническим (технико-экономическим) советом генподрядной строительной организации и утверждается главным инженером, а разделы проекта по специальным строительным работам — главными инженерами соответствующих субподрядных организаций по согласованию с генподрядной организацией. Утвержденный ППР должен быть передан производителю работ до начала работ по объекту. Ответственность за внедрение ППР несут главный инженер и линейный персонал строительной организации. 5.5. Проектирование стройгенплана Строительный генеральный план (стройгенплан, СГП) объекта является одним из важнейших документов ПОС и ППР. Качество его разработки во многом определяет основные ТЭП строительства, включая себестоимость СМР, качество выполнения работ, сроки строительства и т.д. Значение СГП обусловлено неоднозначностью
возможных инженерно-технических решений по организации строительного хозяйства на стройплощадке, т.е. возможной многовариантностью решений [18; 93, гл. 26, 27; 120, гл. 3]. Работы по строительству сооружений метрополитена в зависимости от сложности строящихся объектов следует вести с базисных или участковых строительных площадок. На базисной строительной площадке, являющейся строительной площадкой линии метрополитена, станционного комплекса или специализированного подразделения, размещают все временные здания и сооружения, необходимые для обеспечения нормальных условий производства строительных и горнопроходческих работ. Участковые строительные площадки размещают у порталов перегонных или эскалаторных тоннелей, устьев шахтных стволов на территории, допускающей безопасный подъезд транспорта и удобной для расположения портального или надшахтного хозяйства. На СГП такой площадки в масштабе 1:500 должны быть представлены: трасса подземного сооружения, порталы и примыкающие к ним устройства, подходные и вспомогательные выработки, транспортная сеть и инженерные коммуникации, производственные и административные помещения и др. Под строительную площадку выбирают участок, освоение которого требует наименьших затрат рабочего времени и средств. Размеры площадки зависят от назначения строящегося сооружения, его длины, объемов, способов ведения горнопроходческих работ и СМР и колеблются в пределах от 500 до 5000 м2. Разработать универсальные правила проектирования строительных площадок на все случаи невозможно. Однако следует придерживаться некоторых рекомендаций, сводящихся к следующему. На территории стройплощадки следует размещать только те временные здания, сооружения и сети, которые непосредственно связаны со строительством объекта. Все они должны быть размещены удобно для обслуживания строительства с учетом максимально возможного сохранения действующих строений, зеленых насаждений, обеспечения нормальных условий производства строительных работ и жизни населения в прилегающих к строительной площадке районах, сохранения работы городского хозяйства, соблюдения противопожарных и санитарных требований. При этом расстояние транс
портирования грунта, материалов и других грузов должно быть минимальным, а производственные предприятия и вспомогательные хозяйства (механические и ремонтные мастерские, центральные склады и прочие объекты производственной базы) располагают вне строительной площадки с тем, чтобы они могли одновременно обслуживать другие близко расположенные объекты строительной организации. В общем случае в состав подготовительных работ по освоению строительной площадки входят: изменение схем движения наземного городского транспорта; устройство ограждений; снос зданий и сооружений; пересадка зеленых насаждений; устройство подъездных путей; возведение горного комплекса, временных зданий и сооружений; обеспечение строительства электроэнергией, водой, сжатым воздухом; перекладка и подвеска городских подземных и наземных коммуникаций; оборудование мест складирования элементов конструкций и материалов и т.п. Вдоль линий метрополитена мелкого заложения предусматривают: техническую зону шириной 40 м, в которой до окончания строительства метрополитена не допускаются возведение капитальных зданий, сооружений и посадка деревьев, а размещение подземных инженерных сетей возможно лишь по согласованию с организацией, проектирующей метрополитен; мероприятия по снижению шума и вибрации в соответствии с требованиями санитарных норм. На СГП базовой строительной площадки (рис. 5.4) указывают: границы строительной площадки и виды ее ограждения; действующие (в том числе временные) подземные, наземные и воздушные сети и коммуникации; постоянные и временные дороги, схемы движения средств транспорта и механизмов; места установки строительных и грузоподъемных машин с путями их перемещения и зонами действия; постоянные и временные здания и сооружения; опасные зоны, пути и средства спуска и подъема людей на рабочие ярусы; проходы и подъезды к зданиям и сооружениям; размещение источников и средств энергоснабжения, освещения строительной площадки и мест производства работ, заземляющих контуров, мест расположения противопожарного инвентаря, площадок и помещений складирования материалов и конструкций; расположение помещений санитарно-бытового обслуживания строителей, питьевых ус-
0Б+50 Рис. 5.4. Пример оформления сводного стройгенплана строительной площадки: 1 — ствол шахты; 2 — бункерная эстакада; 3 — тельферная эстакада в 8 секций; 4 — соединительный мостик между копром и бункером; 5 — переходный мостик между копром тельферной эстакады и тупиковым мостиком; 6 — тупиковый мостик; 7 — вспомогательный подъемник; 8 — эстакада для разгрузки бетона; 9 — склад цемента; 10 — склад песка; 11 — КТП; 12 — механический цех; 13 — арматурный цех; 14 — помещение сторожевой и пожарной охраны; 75 — маркшейдерская; 16 — контора участка, душкомбинат; 17—инструментальная; 18 — столярная; 19—санузел; 20—склад ГСМ; 21 — площадка для складирования длинномеров; 22 — машинное здание (подъемная машина 2БЛ-2000/830); 23 — трансформаторная подстанция
тановок и мест отдыха; строительную геодезическую сетку или разбивочный базис; условную границу, отделяющую территорию, предназначенную под застройку; геодезические реперы и другие знаки; «розу ветров» (в верхнем углу листа). На СГП должны быть также четко показаны соответствующими условными знаками и надписями въезды и выезды транспорта, направления движения, места разъездов и стоянок при разгрузке, а также места установки знаков, обеспечивающих безопасность движения. При составлении СГП необходимо предусматривать внеплоща-дочные и внутриплощадочные устройства и мероприятия по защите площадки и котлованов станций от поверхностных (ливневых и паводковых) вод. Внутриплощадочные устройства включают в себя систему водоотводных канав: общеплощадочных, для защиты путей козлового крана, канав на дне котлована с водоприемниками. Разрабатываемые котлованы защищают от поверхностных вод, поступающих с территории стройплощадки, устройством бетонных бортиков или обваловкой вдоль верхней бровки котлована. Размещение монтажных кранов и экскаваторов на строительной площадке необходимо производить с учетом безопасности ведения работ выбранными механизмами. В процессе привязки выявляют факторы влияния устанавливаемого крана или экскаватора на работу механизмов, расположенных на смежных участках, а также на другие элементы строительного хозяйства [14, ч. II, п. 3, 6]. При устройстве подкранового пути у неукрепленного котлована глубиной Нк наименьшее расстояние /к по горизонтали от основания откоса (края дна котлована) до оси рельса согласно СНиП 3.08.01-85 должно соответствовать размерам (рис. 5.5, а): для песчаных и супесчаных грунтов /к > 1,57/к + 0,4 + /р; для глинистых и суглинистых грунтов /к > Нк + 0,4 + /р; где /р — расстояние от края балластной призмы до оси рельса, / = 1,03 м. Установку самоходных кранов и экскаваторов вблизи котлованов производят, исходя из тех же соображений, с учетом требований СНиП 12-04-2002 [84]. При работе без аутригеров (выносных опор) это расстояние принимают до ближайшей оси колеса, а при работе с аутригерами — до оси опор. При котлованах с креплением указанное расстояние следует принимать равным 1 м для любых грунтов.
I. Путь для рельсовых копров II. Путь для козловых кранов а у котлована с откосами б у котлована с креплением ж с ограждением балластной призмы з с ограждением насыпи Рис. 5.5. Поперечные профили подкранового рельсового пути: 7 рельс; 2 опорный элемент (полушпала или железобетонная балка); 3 балластная призма
Расчет обеспечивает расположение строительных машин за пределами призмы обрушения. На его основании обозначают на плане строительной площадки ось движения крана, экскаватора или подкрановых путей. Длину подкрановых путей определяют из условия: L >L + 4 <6,25 и, (5.2) 1111 К z v z где LK длина котлована, м; 4 суммарная длина тормозного пути (LTop -= 1,5 х 2 = 3,0 м) и расстояния до тупиков (Гтуп = 0,5 х 2 = 1,0 м); п число полузвеньев. Полученную длину подкрановых путей корректируют в сторону увеличения с учетом кратности длины полузвена, т.е. 6,25 м. Система высотных отметок, принимаемых в рабочих чертежах СГП, должна соответствовать системе отметок, принятой на топографическом плане. Размеры, координаты и высотные отметки указывают в метрах с точностью до двух знаков после запятой, за исключением отметок реперов, указываемых с точностью до трех знаков после запятой. Величину углов указывают с точностью до минуты, а при необходимости —до секунды. Величины уклонов указывают в промилях (%о) без обозначения единицы измерения. Крутизну откосов указывают в виде отношения, например 1:1,5; 1:2 и т.д. На плане стройплощадки приводят экспликацию зданий и сооружений по форме, приведенной в табл. 5.6. Контуры проектируемых зданий и сооружений на СГП наносят, принимая координационные оси зданий и сооружений совмещенными с внутренними гранями стен. Строительная геодезическая сетка должна перекрывать весь рабочий план в виде квадратов со сторонами 10 см. Начало координат принимают в нижнем левом углу листа. Оси строительной геодезической сетки обозначают арабскими цифрами, соответствующими числу сотен метров от начала ко- Таблица 5.6 Экспликация зданий и сооружений Номер по генплану Наиме нова ние Шифр типового проекта Коор динаты Площадь, м Строитель ный объем, м3 застрой ки рабо чая 1 2 3 4 5 6 7
ординат, и прописными буквами русского алфавита. Например: ОА и ОБ — начало координат; 1А, 2А, ЗА — горизонтальные оси; 1Б, 2Б, ЗБ — вертикальные оси. Для чертежей, выполняемых в масштабе 1:500, следует вводить промежуточные оси строительной геодезической сетки через 50 м. Например: ОА и ОБ — начало координат; 0А+50, 1А, 1А+50, 2А, 2А+50; 0Б+50, 1Б, 1Б+50, 2Б, 2Б+50 и т.д. При необходимости допускается применение отрицательных значений осей строительной геодезической сетки. Например, ОА (начало координат); -1 А, -1А-50, -2А, -2А-50; ОБ (начало координат); 0Б-50, -2Б, -2Б-50 и т.д. Машины, механизмы и устройства показывают в соответствии с принятыми условными обозначениями с указанием марки. Инженерные сети, дороги и устройства наносят на СГП соответствующими условными обозначениями, при необходимости — с указанием диаметров трубопроводов и сечений проводов и их привязок в плане к другим объектам СГП. Для наглядности изображения сети коммуникаций могут быть нанесены разными цветами при соблюдении принятых условных обозначений, которые обязательно расшифровывают на СГП. Кроме того, следует указывать места расположения пожарных постов и места, где разрешается работа с открытым огнем. При изображении на СГП основных строительных машин (экскаваторов, кранов, подъемников) показывают их привязку в плане к строящимся объектам, места электрозаземления, зоны монтажа и опасные зоны, ограниченные соответствующими линиями, штриховкой и т.п. Мобильные стреловые краны показывают с указанием направления их движения, а также направления движения транспортных средств, осуществляющих перевозку крупногабаритных конструкций при их монтаже с транспортных средств. Ограждение стройплощадки выполняют с заборными элементами (защитным козырьком, тротуаром, перилами, подкосами) или без них. В качестве ограждения без заборных элементов применяют железобетонные панели, панели-стойки и стойки. Панели ограждений могут быть сплошными и разреженными. Защитно-охранные ограждения должны быть только сплошными. Для открытых участков метрополитена допускается применять ограды из стальной сетки или решетчатые железобетонные, высотой не менее 1,6 м.
5.6. Проблемы финансирования строительства метрополитенов В 1991 г. Постановлением Верховного Совета Российской Федерации «О разграничении государственной собственности в Российской Федерации...» метрополитены из государственной собственности были переданы в муниципальную. Соответственно, финансирование их развития также предусмотрено осуществлять за счет средств субъектов Российской Федерации и муниципальных образований, в которых ведется строительство метрополитенов. Учитывая социальную значимость метрополитенов в жизнеобеспечении крупных городов, а также то, что метрополитены являются сложнейшими инженерными сооружениями, правительство Российской Федерации приняло в 1996 и в 2000 гг. распоряжения, в которых определило уровень федеральной поддержки строительства метрополитенов в стране. Во исполнение указанных распоряжений в Госстрое России в 1996 г. создана Комиссия по рассмотрению и определению технологически обоснованной потребности в средствах на строительство метрополитенов, в состав которой входят представители всех заинтересованных организаций. Основополагающими принципами работы Комиссии являются поиск и определение совместно с субъектами Российской Федерации мер по концентрации финансовых ресурсов для обеспечения ввода в действие объектов и сооружений метрополитенов, технологической безопасности подземных выработок, сохранности выполненных конструкций и объектов метрополитенов, а также зданий и сооружений городской инфраструктуры, предотвращения аварийных ситуаций и техногенной опасности, связанных с производством работ. В марте 2003 г. состоялось заседание этой Комиссии, на котором были рассмотрены предложения 11 субъектов Российской Федерации, ведущих строительство метрополитенов, о технологически обоснованной потребности в средствах на строительство метрополитенов на 2004 г. Из защищенных средств было направлено: 16 % на введенные в эксплуатацию в 2004 г. пусковые комплексы (6,53 км) в Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске, Самаре и Омске; 51,5 % — на вводимые в эксп
луатацию в 2005 г. пусковые комплексы в Москве, Казани, Нижнем Новгороде; 30,2 % — на продолжение строительства вводимых в эксплуатацию пусковых комплексов 2006—2007 гг. и ликвидацию предаварийного состояния выработок, находящихся в незавершенном строительстве. Одновременно Комиссия предложила субъектам Российской Федерации, в которых осуществляется строительство метрополитенов, направлять выделяемые на строительство метрополитенов средства федерального бюджета, бюджетов субъектов Российской Федерации и муниципальных образований в первоочередном порядке на вводимые в эксплуатацию пусковые объекты и поддержание подземных выработок в безаварийном состоянии, а также продолжить работу по изысканию дополнительных источников финансирования развития метрополитенов. Из общей суммы финансирования 78,8 млрд руб. (20 %) планировалось выделить из федерального бюджета, остальные 80 % — из бюджетов субъектов Российской Федерации. Строительство других видов скоростного внеуличного транспорта предусмотрено осуществлять полностью за счет средств субъектов страны. Метрополитены в настоящее время стали главным видом массового пассажирского транспорта — ежегодно они перевозят свыше 4,2 млрд чел., что более чем в 2 раза превышает пассажиропоток всей сети железных дорог России. Вместе с тем из-за жестких финансовых ограничений в метростроении на сегодняшний день произошло 4-кратное сокращение СМР, а объемы незавершенного строительства достигли 68,3 млрд руб. На август 2003 г. во всех строящихся метрополитенах было открыто 103 забоя, протяженность недостроенных выработок составляла 68,5 км, в производстве строительных работ находились 28 станционных комплексов. Особенно тяжелое положение в этом отношении сложилось в Москве и Санкт-Петербурге. Распоряжением правительства РФ в 2001 г. выделение федеральных средств по метростроительной отрасли с 2001 г. было снижено до 20 %, в то время как за рубежом финансирование строительства метрополитенов осуществляется за счет доли государства, в Италии, Австрии и Германии оно составляет соответственно 70, 50 и 45 %, в США — до 75 %, а в Бельгии и Нидерландах — 100 % .
Как показывает отечественная и зарубежная практика, развитие метрополитенов без стабильной государственной поддержки невозможно. После ликвидации в МПС Главного Управления метрополитенов (май 1992 г.) вместо единого государственного Заказчика было образовано 11 структур при правительствах и администрациях городов, в которых осуществляется строительство. По мнению специалистов Госстроя РФ, такое положение в отрасли не могло сохраняться в дальнейшем, и в целях усиления государственного надзора за целевым и эффективным использованием средств, выделяемых на метростроение, следовало бы передать ему (Госстрою России) функции главного распорядителя средств федерального бюджета. В связи с этим Коллегией Госстроя России было принято решение: поручить Госстрою России доработать Программу развития метрополитенов и других видов скоростного внеуличного транспорта в Российской Федерации до 2015 г. с приданием ей статуса Федеральной целевой программы, с возложением функций государственного Заказчика Госстрою России; принять постановление об осуществлении, начиная с 2004 г., финансирования развития и строительства метрополитенов за счет средств федерального бюджета и соответствующих бюджетов субъектов страны в равных долях — по 50 % от ежегодной потребности, определенной комиссией Госстроя; о возложении на Госстрой России функций главного распорядителя средств федерального бюджета, выделяемых на развитие метрополитенов в городах Российской Федерации, в которых осуществляется строительство метрополитенов. Также было рекомендовано органам исполнительной власти субъектов Российской Федерации, в которых осуществляется строительство метрополитенов, направлять выделяемые на строительство метрополитенов средства федерального бюджета и бюджетов субъектов Российской Федерации в первоочередном порядке на пусковые объекты метрополитенов и поддержание строительства остальных в безаварийном состоянии. Современный опыт освоения подземного пространства с учетом глобализации экономики характеризуется применением эффективной схемы инвестирования строительства «строй — владей — эксплуатируй — передай» (build — own — operate — transfer — BOOT) за счет источников внебюджетного финансирования.
В соответствии с коммерческой схемой BOOT концессионер получает от принципала концессию на осуществление строительства, финансирования, эксплуатации и текущего содержания данного подземного сооружения в течение концессионного периода, по истечении которого объект безвозмездно передается во владение принципала. В течение концессионного периода концессионер пользуется доходами от коммерческой эксплуатации сооружения для покрытия расходов по его текущему содержанию и возврата кредитов, получая излишек в виде чистой прибыли. Строительство подземных сооружений, в том числе тоннелей и метрополитенов, с применением коммерческой схемы BOOT практически целесообразно при наличии ряда благоприятных условий. В мире накоплен большой опыт реализации схем инвестирования, позволяющий разделить ответственность в отношении риска и осуществлять контракты по схеме BOOT. Недавними примерами крупных тоннельных сооружений, финансируемых по схеме BOOT, могут служить железнодорожный тоннель под проливом Ла-Манш, строительство нового радиуса Юбилейной линии Лондонского метрополитена, строительство новых линий Мадридского метрополитена, строительство Лиссабонского метрополитена, строительство высокоскоростной железнодорожной магистрали от Стокгольма до аэропорта Арланда и др. В итоге реализации схемы BOOT были достигнуты значительные результаты, свидетельствующие о прорыве в освоении подземного пространства на коммерческой основе с использованием внебюджетных источников финансирования. Для строительства тоннелей и подземных сооружений по схеме BOOT в России необходимо изменить существующий инвестиционный климат в стране, для чего следует утвердить новый закон о разрешении строить подземные объекты в России по схеме BOOT и принять постановление правительства о внесении соответствующих изменений в банковскую систему. Контрольные вопросы к главе 5 1. Какие виды работ выполняют на предпроектном этапе? 2. Каковы наиболее общие правила исчисления объемов работ при проектировании объектов? 3. Как осуществляют сравнение вариантов и выбор наиболее оптимального?
4. Назовите основных участников проектирования и строительства метрополитена и определите их роль в процессе трудовой деятельности. 5. Какие типы рисков следует учитывать при проектировании и строительстве метрополитенов? 6. Какие нормативные документы в строительстве действуют на территории Российской Федерации? 7. По каким параметрам устанавливаются нормы продолжительности строительства линий метрополитена? 8. Что положено в основу новой сметно-нормативной базы? 9. Перечислите основные направления развития нормативной базы проектирования и строительства метрополитенов. 10. Что устанавливает Закон РФ «О техническом регулировании», введенный в действие с 1 июля 2003 г.? 11. Как составляются и что включают в себя календарные планы? 12. В чем заключается многовариантность решений при проектировании стройгенплана объекта? 13. Как осуществляется финансирование строительства метрополитенов в нашей стране и за рубежом? 14. В чем заключается сущность инвестирования строительства по схеме BOOT?
Глава 6. ОРГАНИЗАЦИЯ ТРУДА В МЕТРОСТРОЕНИИ 6.7. Основные направления развития и совершенствования организации труда в подземном строительстве Общие сведения об организации труда. Организация труда в метростроении в значительной степени зависит от уровня организации строительного производства, тесно связана с ним и является его производной [7, 17]. К метростроению в полной мере применимы общие критерии эффективности производства: повышение производительности труда, улучшение использования основных производственных фондов и оборотных средств, устранение всякого рода потерь и непроизводительных затрат, обеспечение режима экономии ресурсов и рентабельность работы строительной организации. Условием эффективной организации труда является тщательный и всесторонний учет всех особенностей работы, материально-технических и социально-психологических аспектов. Она не может быть достигнута стихийно и возможна только на основе научных методов анализа, классификации, отбора, технико-экономической оценки всех факторов трудового процесса. Разделение и кооперирование труда. Под разделением и кооперированием труда в строительстве понимают специализацию рабочих и установление взаимосвязи между ними в процессе работы. Различают следующие формы разделения труда: функциональное, технологическое, квалификационное, пооперационное. Функциональное разделение труда зависит от его роли в производственном процессе. Оно позволяет определить необходимую численность основных и вспомогательных рабочих. Технологическое разделение производится по видам работ в соответствии с классификацией операций. Квалификационное разделение труда — это разделение в соответствии с квалификационными характеристиками, позволяющее определить необходимую численность рабочих каждой профессии и разряда. Пооперационное разделение предполагает
закрепление за каждой операцией технологического цикла конкретных исполнителей. Производственная операция является основной составной частью производственного процесса и основной единицей разделения труда. Разделение проходческих процессов на операции позволяет отделить основные работы от вспомогательных и подсобных, что способствует осуществлению специализации работ, следовательно, повышению производительности труда. Пооперационное разделение труда позволяет также более обоснованно организовать оплату труда, планировать и учитывать выполнение показателей по труду. В проходческом цикле операции следуют одна за другой или выполняются параллельно, в результате чего отдельные проходчики, как правило, выполняют только часть общего объема работ. Поэтому важно установить взаимосвязь между исполнителями операций. Совместное участие многих рабочих в одном процессе или в разных, но связанных между собой процессах, называют кооперацией. Основными формами кооперации труда в подземном строительстве в зависимости от назначения сооружения, применяемого оборудования, характера и методов организации проходческих процессов, системы разделения труда являются: внутриучастковая, внут-ризабойная и внутрибригадная. Внутриучастковая кооперация представляет собой совместное участие проходческих звеньев или бригад в одном или разных, но связанных между собой производственных процессах по сооружению объекта. Внутризабойная кооперация устанавливает связь между отдельными рабочими, занятыми в забое (разработка грунта, устройство временной крепи и т. д.), а также между ними и рабочими, занятыми на сооружении постоянной обделки. Внутрибригадная кооперация объединяет группу рабочих в выполнении определенного задания и является простейшей из всех. С позиции научной организации труда (НОТ) основные работы (разработка забоя, возведение обделки) целесообразно совмещать с сопутствующими работами (установка временной крепи, помощь взрывникам при заряжании и др.), т.е. проходческие работы желательно выполнять силами комплексной бригады, кооперирующей труд и допускающей совмещение профессий. Применение специализированных подразделений дает экономический эффект при по
точном методе организации работ на строительстве крупных подземных сооружений, в том числе метрополитенов. Бригадная форма организации труда. Назначение численности и состава бригады является одним из элементов НОТ. Количественный состав бригады можно определить расчетом, исходя из следующих позиций: 1) определение объемов работ, подлежащих выполнению, по номенклатуре действующих производственных норм (ЕНиР, ВНиР); 2) расчет нормативной трудоемкости каждого вида работ на основе производственных норм; 3) расчет плановой трудоемкости Тп с учетом фактически сложившегося уровня производственных норм Тн и расчетной производительности труда П с учетом запланированных мероприятий по ее повышению: Т =Т (1-П 100); п и П (6.1) 4) разделение общей величины затрат труда на выполнение всего комплекса работ по отдельным профессиям и разрядам с учетом составов звеньев в соответствии с ЕНиР; 5) установление характера работ в их технологической последовательности; 6) объединение работ в комплексы, поручаемые отдельным исполнителям с учетом рационального разделения и кооперирования труда, установление плановой величины затрат по каждому комплексу работ; 7) определение профессионального состава рабочих по каждому комплексу работ и необходимости совмещения профессий; 8) расчет плановой численности рабочих Чп по каждому комплексу работ с подразделением по профессиям и разрядам, исходя из установленного директивного срока выполнения работ С: Чп = тп/С. (6.2) Оценку результатов расчета производят исходя из двух критериев: удельного веса работ, выполняемых рабочими основных профессий в порядке совмещения отдельных операций, свойственных
другим профессиям (не должен превышать 20 % общей трудоемкости работ); среднего тарифного разряда рабочих в бригаде Рбр (дол-ср жен соответствовать среднему разряду выполняемых работ Рр ). ср Уровень использования квалификации рабочих у = рбр. рР ср ’ ср • (63) В случае У < 1,0 квалификация рабочих недостаточна, при У > 1 избыточна. Средний разряд рабочих бригады определяют по среднему тарифному коэффициенту Кср: рбр _ р ср м к -к ср м к, -к б м (6.4) где Рм разряд, соответствующий меньшему из двух тарифных коэффициентов (Км меньший, Кб больший), между которыми находится Кср. Средний тарифный коэффициент для звена или бригады определяют по формуле Kcp'ZXvL»,. <6-5> i где Кг- и щ тарифные коэффициенты и число работников соответствующих разрядов i (i = 1...6). Средний тарифный разряд работ Рр , поручаемых бригаде, опер ределяют через среднюю часовую тарифную ставку С^, равную частному от деления суммы сдельной заработной платы 3, определенной по расценкам, на суммарную норму времени Т, выраженную в чел.-ч, для соответствующего комплекса работ, т. е. Сср = 3/Т. При этом в соответствии со ст. 49 Трудового кодекса Российской Федерации принято решение внести следующие изменения и дополнения в Отраслевое тарифное соглашение по строительству и промышленности строительных материалов Российской Федерации:
- пункт 2.3 «Установить с 1 квартала 2004 года минимальную месячную тарифную ставку (оклад) рабочих 1 разряда при работе в нормальных условиях труда, отработавших полностью норму рабочего времени и выполнивших нормы труда, не ниже величины прожиточного минимума для трудоспособного населения, официально установленного в соответствующем субъекте Российской Федерации»; - пункт 2.7 дополнить третьим абзацем следующего содержания: «При этом доля заработной платы рабочих в себестоимости строительной продукции (работ, услуг) не может быть ниже ранее достигнутого уровня, а темпы ее роста должны соответствовать темпам роста цен на потребительские товары и услуги в соответствующем регионе»; - пункт 2.28 излагается в следующей редакции: «В случае приостановки работы в порядке, установленном статьей 142 Трудового кодекса РФ, работодатель обязан произвести работнику оплату за весь период приостановки работы в размере не ниже 2/3 тарифной ставки установленного ему разряда (оклада)». При формировании проходческих бригад необходимо учитывать не только профессиональную пригодность рабочих, но и психофизиологические и социальные факторы. С этой целью с помощью профессиограмм определяют необходимые качества работника. Например, в зависимости от вида работ индивидуальные качества проходчиков должны отвечать следующим требованиям. 1. При управлении проходческими машинами и механизмами уметь быстро и точно реагировать на световые и звуковые сигналы, оценивать и различать скорости и направления движущихся предметов, иметь способность продолжительно наблюдать одновременно за несколькими предметами или их отдельными частями, воспринимать звуковую информацию и дифференцировать разнообразные производственные шумы, уверенно узнавать предметы по форме и размерам при монтаже конструкций и оборудования. 2. При проходке подземных выработок оперативно узнавать отклонения от заданного направления и предписанной формы, определять углы, уметь точно соизмерять свои движения, силу и направление ее приложения; при передвижении по выработкам, определении движения подземного транспорта в условиях плохой освещенности воспринимать и быстро узнавать слабо освещенные и удаленные предметы, определять расстояния между ними. 3. При выполнении работ по ликвидации аварий и завалов иметь способ- ность в отдельные моменты переносить значительные физические и нервно
эмоциональные напряжения, быстро переключать внимание, быть готовым воспринимать все новые ощущения, надежно помнить расположение машин и механизмов в забое. При выполнении предписанных действий в опасной ситуации и ликвидации неблагоприятных последствий аварии иметь способность быстро и точно совершать действия, четко ориентироваться в подземных выработках, сохранять устойчивость двигательных актов под влиянием экстремальных факторов в условиях дефицита времени и высокой ответственности. 4. При постоянном пребывании в условиях резко выраженных вредных факторов среды иметь способность переносить неприятные ощущения от интенсивного шума, высокой запыленности и загазованности воздуха, воздействия вибрации (затруднение дыхания, раздражение кожи лица при пользовании респиратором и т. д.) без выраженного эмоционального напряжения. 5. При работе в ночные смены иметь способность подавлять сонливость, эффективно работать в разные часы суток. 6. При выполнении работ по обеспечению безопасности коллег в условиях личной угрозы (риска) быть добросовестным, иметь чувство долга, ответственности, коллективизма, выдержки, самообладания. 7. При выполнении предписаний технологического паспорта иметь способность запоминать и выполнять сменное задание, пунктуально работать по схеме, быстро принимать решения при изменении ситуации и самостоятельно вносить изменения. Анализ профессиограмм свидетельствует, что горнорабочие представляют собой категорию, в состав которой могут входить лица только с определенными психофизиологическими данными. Весьма важно при формировании бригады учитывать человеческий фактор. Это понятие включает в себя социальные, демографические, психологические и другие факторы. При выполнении горнопроходческих работ человеческий фактор приобретает особую значимость, так как они характеризуются повышенной опасностью, тяжелыми физическими нагрузками и неблагоприятными санитарно-гигиеническими условиями. Социально-психологический климат проходческих бригад может оцениваться такими показателями, как удовлетворенность трудом, соответствие работы физическим возможностям, степень сплоченности коллектива и др. Возникновение конфликтов в коллективах связано, в основном, с выполнением производственных заданий, начислением заработной платы, межличностными отношениями. В передовых, хоро
шо работающих и зарабатывающих бригадах, как правило, имеют место более высокие социально-психологические показатели и низкий уровень травматизма. Следовательно, социально-психологический климат в бригаде, оказывая влияние на производственные показатели, сам является производной материально-технического обеспечения, организации труда и быта работающих. Поэтому важно повышать уровень механизации труда, надежность проходческого оборудования, улучшать санитарно-гигиенические условия и организацию труда. Одно из важных условий правильного подбора состава бригады — соблюдение оптимального соотношения кадровых и молодых рабочих. По мнению специалистов, оптимальным является разнородный состав по возрасту, образованию и стажу работы. Подобранный таким образом коллектив обладает большими возможностями для обмена опытом и знаниями. Таким об