Геодезические работы при строительстве тоннелей метро

Для крепления вертикальных стен котлованов, разрабатываемых в грунтах с  естественной влажностью, чаще всего  применяют металлические сваи. В  качестве свай используют стальные балки двутаврового сечения № 30 - № 60 или трубы диаметром 200 - 400 мм. Кроме того, в качестве свай могут быть использованы железобетонные или бетонные (буронабивные) сваи.

Наиболее распространено временное крепление вертикальных стен котлована металлическими сваями. Металлические сваи забивают на глубину 3 - 5 м ниже основания конструкции тоннеля и погружают вдоль котлована или траншеи на расстоянии 1 - 1,5 м одна от другой. Профиль двутавровых балок зависит от ширины и глубины котлована и числа рядов расстрелов между ними. Наибольшее распространение имеют двутавры № 40 - 55.

Металлические сваи забивают молотами, вибропогружателями, дизель-молотами. Вибропогружателями и вибромолотами обычно оснащают краны-экскаваторы, имеющие большую маневренность. Реже в качестве базовой машины применяют копровые установки. Молот для забивки свай выбирают по методике, изложенной в СНиП III-9-74 «Основания и фундаменты». В данном случае – копровой установкой КО-16. Если расчётная длина свай превышает стандартную, их выполняют сварными из нескольких стандартных секций.

По мере разработки котлована  между сваями за полки двутавров  закладывают доски - забирки (толщиной 5 - 7 см), передающие боковое давление грунта на сваи. Их закрепляют клиньями и рейками, загоняемыми между доской и полками двутавров. Для придания устойчивости сваи распирают в зависимости от глубины котлована и интенсивности бокового давления одним, двумя или тремя рядами расстрелов.

Применяют расстрелы  металлические различных сечений: швеллерные, состоящие из швеллеров № 30 или № 40 с накладками из стальных листов через 0,8 - 1,2 м; трубчатые диаметром 15 - 20 см или и редких случаях в виде сквозных ферм.

Для равномерного распределения  усилий в местах опирания расстрелов к сваям прикрепляют продольные пояса из швеллеров № 24 или № 26.

На одном или двух концах расстрел имеет выдвижные  части длиной 1,7 м из двух швеллеров, которые служат для раскрепления его на сваи посредством металлических клиньев и вкладышей. Боковое давление грунта, воспринимаемое промежуточными сваями, передается на подкосы, имеющиеся по концам расстрелов. Расстояние между расстрелами в продольном направлении составляет обычно 3,6 - 4,5 м, но может быть увеличено до 10 м при условии усиления продольных поясов.

Устройство котлованов с применением временной крепи включает следующие технологические операции: подготовительные работы, забивку свай, разработку грунта, планировку дна котлована, устройство бетонной подготовки, гидроизоляцию лотка, монтаж обделки, гидроизоляцию стен и перекрытия, обратную засыпку конструкции и планировку, извлечение свай.

Различают параллельную и последовательную схемы осуществления  работ (в зависимости от последовательности выполнения технологических операций).

В первом случае одновременно выполняют все технологические  операции на различных участках. Такая  схема организации работ возможна, если подземный объект имеет длину более 100 - 150 м.

Во втором случае каждую технологическую операцию выполняют  после завершения предыдущей на всей длине объекта. Такую схему организации работ применяют при строительстве сравнительно коротких подземных объектов (менее 100 - 150 м) или при невозможности раскрытия широкого фронта работ.

При последовательной схеме  ведения работ сокращается длина  технологического участка, уменьшается потребность в рабочей силе, однако несколько замедляется скорость строительства.

В нашем случае применяем  параллельную схему осуществления  работ. Независимо от организации работ основные технологические операции выполняют аналогичным образом.

При строительстве подземных  сооружений в городских условиях к подготовительным работам относят: перекладку подземных коммуникаций, мероприятия по обеспечению сохранности зданий, фундаменты которых расположены в зоне обрушения котлована, устройство водоотводных канав или отвалообразований, предохраняющих котлован от затопления ливневыми дождями или талыми водами. Для установки свайного ограждения вдоль бровок будущего котлована вскрывают контрольные траншеи глубиной до 1,5 - 2 м и шириной 0,5 - 0,8 м для уточнения мест расположения подземных городских коммуникаций.

Расстояние от места забивки свай до расположения действующих коммуникаций (газопровод, водопровод, канализация и т. д.) должно составлять не менее 3 м, а в зимний период – не менее 5 м.

При значительном (на 1 м  и более) сезонном промерзании грунта целесообразно перед забивкой свай предусмотреть бурение лидерных скважин на глубину промерзания.

В некоторых случаях  во избежание шума и вибрации, сопровождающих забивку свай, их устанавливают в заранее пробуренные скважины, закрепляя в донной части (до уровня дна котлована) бетоном. Пространство между стенками скважины и сваей засыпают песком.

При устройстве котлована  с вертикальными стенами его  ширину принимают на 0,3 - 0,5 м больше ширины возводимого сооружения на случай отклонения свай при забивке (погружении) и для того, чтобы при их извлечении не повредить обделку тоннеля. При сборной обделке полное уширение котлована может доходить до 2,2 - 2,4 м по условию устройства гидроизоляции.

При малой глубине  котлованов (не более 10 м) грунт разрабатывают  сразу до проектной отметки с помощью экскаваторов, которые устанавливают на поверхности земли.

Разработанный грунт  грузят в автосамосвалы, и часть  его вывозят в отвал, а часть  используют для обратной засыпки  котлована. При большой глубине  котлованов грунт разрабатывают отдельными ярусами. В этом случае автосамосвалы, для которых в определенных местах устраивают съезды (с уклоном до 0,01), загружают в котловане.

Котлован большой глубины (более 10 м) разрабатывают в заходками. Первую заходку делают с разработкой в средней части котлована траншеи глубиной 2,5 м для пропуска экскаватора под расстрелами. Грунт первой заходки разрабатывают драглайном. Вторую заходку до полной глубины котлована разрабатывают экскаватором (с прямой лопатой) или грейфером (с перемещением его вдоль края котлована). Наиболее целесообразно применять для разработки котлована экскаваторы универсального типа, которые можно использовать как механические лопаты, драглайны и краны.

При этом выемку грунта следует  вести от середины котлована к  бортам с оставлением у свай берм шириной не менее 1 м. Грунт непосредственно у свай срезают вручную заходками на две-три доски затяжки с немедленной их установкой за полки двутавра и тщательной расклинкой, чтобы они были плотно прижаты к грунту. А перемещают его в зону действия экскаватора с помощью бульдозеров, находящихся на дне котлована

При незначительном притоке  подземных вод в процессе разработки грунта выполняют открытый водоотлив  насосами, установленными на поверхности земли или в котловане. Одновременно с разработкой грунта осуществляют тщательное крепление стен котлована досками, заводимыми за полки свай. Дощатая крепь должна быть плотно расклинена между грунтом и сваями и не должна иметь щелей.

Крепление стен котлована  ведут  одновременно с разработкой  грунта. После разработки котлована на определенную глубину по обеим его сторонам между сваями устанавливают продольные горизонтальные связи в виде поясов из швеллерных или двутавровых балок, которые распирают поперечными расстрелами. Монтаж балок поясов и расстрелов осуществляют стреловыми гусеничными или колесными кранами, установленными на бровке котлована, или козловыми кранами.

Подземное сооружение чаще всего выполняют из сборных элементов  или из объемных секций и секций замкнутого сечения, реже – из монолитного железобетона.

Работы по возведению конструкции при свайном креплении  котлована выполняют в следующей последовательности. После разработки и зачистки котлована в его основание укладывают слой бетона толщиной 10 см – так называемую подготовку, затем устраивают стяжку, т. е. на подготовку наносят слой раствора (цементно-песчаного) толщиной 4 см, хорошо выровненный и заглаженный. Раствор выравнивают виброрейкой, полосами 2 м поперёк тоннеля. Одновременно с устройством подготовки вдоль боковых стен котлована возводят защитные стенки для гидроизоляции. Они могут быть возведены из асбоцементных листов толщиной 10 - 12 мм, кирпича (- щуцванд на высоту 0,75 м), шлакоблоков, железобетонных плит толщиной 3 см, армированных двумя сетками из проволоки диаметром 5 - 6 мм.

Защитные стены из железобетонных плит возводят следующим  образом. Вначале на расстоянии 0,5 - 0,7 м от стен котлована и 1 - 1,5 м друг от друга устанавливают стойки, которые связывают между собой досками и раскрепляют распорками, устанавливаемыми по высоте стен. К стойкам прибивают обрешетку из досок толщиной 2,5 и шириной 20 см, к которой крепят железобетонные плиты размерами 120 х 60 х 4 см. Обшивку обрешетки плитами осуществляют снизу вверх, начиная со дна котлована. Поверхность плит в местах, где имеются неровности, а также швы между плитами заполняют цементным раствором и тщательно выравнивают. После устройства подготовки и возведения защитной стенки приступают к гидроизоляционным работам. Для этого по подготовке дна котлована и по всей высоте защитных стенок наносят в два слоя гидроизоляционный материал, главным образом на резинобитумной основе (бризол, изол) с выведением концов на защитные стенки. После окончания изоляционных работ в лотке для предотвращения повреждения изоляции укладывают защитный слой из цементного раствора толщиной 2 - 3 см и приступают к монтажу обделки.

Вначале укладывают лотковые блоки, затем стеновые (их фиксируют  в вертикальном положении при помощи инвентарных винтовых стяжек – подкосов). После выверки правильности установки лотковых и стеновых блоков стыки между ними бетонируют с предварительной сваркой выпускной арматуры. До укладки плит перекрытия на опорную поверхность стеновых блоков наносят слой цементного раствора, обеспечивающий плотную посадку плит на стены. Зазор между стеновыми блоками и гидроизоляционной стенкой заливают цементным раствором. Монтаж сборной обделки осуществляют при помощи стреловых или козловых кранов.

Готовую конструкцию  засыпают грунтом. За стены отсыпают песчаный грунт слоями 20 - 30 см, каждый слой поливают водой и уплотняют. Засыпку за стены подземного сооружения следует осуществлять одновременно с двух сторон во избежание одностороннего бокового давления грунта. На перекрытие грунт отсыпают слоями 50 - 60 см, уплотняя его послойно.

После засыпки грунта за стены подземного сооружения демонтируют расстрелы, пояса обвязки и извлекают сваи.

В последнюю очередь  выполняют отделочные и монтажные  работы в подземном сооружении, осуществляют восстановительные работы на поверхности и ликвидируют строительную площадку (снос временных сооружений и планировка).

3. Траншейный способ.

Траншейным называют способ работ, при котором сначала  в узких траншеях возводят стены подземного объекта (тоннеля, камеры), а затем вскрывают поверхность земли на всю ширину (иногда на всей площади) подземного объекта, устраивают перекрытие и осуществляют обратную засыпку котлована. Затем под защитой перекрытия разрабатывают породу в центральной части и возводят бетонную подушку.

Траншейный способ применяют  в условиях плотной городской закройки под узкими улицами с целью быстрейшего восстановления движения городского транспорта.

Основными технологическими операциями при траншейном способе являются: прокладка траншей, монтаж основных несущих элементов подземного сооружения, разработка грунта внутри подземного сооружения.

Прокладку траншей и  монтаж основных несущих элементов  подземного сооружения в последние годы осуществляют в основном способом «стена в грунте». Сущность способа заключается в том, что вначале по контуру на всю глубину заложения сооружения в грунте отрывают траншею шириной 0,4 - 1 м. Для удержания стенок от обрушения траншею по мере выемки из нее грунта заполняют высокотиксотропным глинистым раствором. Тиксотропный глинистый раствор, имея низкую вязкость и высокую глинизирующую способность, проникает в грунт и кольматирует стенки траншеи, образуя на их поверхности тонкую (0,5 – 30 мм) и достаточно плотную и прочную корку. Наличие такой корки предотвращает избыточную фильтрацию глинистого раствора в грунтовый массив и удерживает от обрушения стенки траншеи. Глинистая корка является также своеобразным экраном, обеспечивающим передачу на грунт статического и динамического давлений глинистого раствора. Для устойчивости траншейных стен необходимо, чтобы давление глинистого раствора превышало активное давление грунта и воды. Из этого условия находят требуемую плотность глинистого раствора, которая обычно колеблется в пределах 1,05 - 1,2 г/см³. После того как траншея будет отрыта на проектную глубину, глинистый раствор заменяют постоянной крепью. Под защитой возведенных стен в дальнейшем разрабатывают грунт внутри сооружения. В этом случае предварительно возведенная в грунте постоянная крепь чаще всего играет роль грузонесущей конструкции подземного сооружения.

Постоянная крепь по контуру подземного сооружения при использовании этого способа может быть выполнена из монолитного железобетона (бетона) или из сборного железобетона.

Конструктивно монолитная железобетонная (бетонная) крепь по периметру подземного сооружения может быть выполнена из стыкующихся между собой буронабивных свай или отдельных отрезков траншей.

При возведении стен в  грунте из отрезков траншей работы ведут в отдельных секциях (захватках) длиной 3 - 6 м последовательно или в шахматном порядке, что зависит от принятого оборудования и условий проведения работ. Способом стена в грунте можно возводить подземные сооружения как с прямолинейным, так и криволинейным контуром.

Как показал опыт, применение способа стена в грунте наиболее эффективно в сложных гидрогеологических условиях: при наличии высокого уровня грунтовых вод и водоупора на практически достижимой глубине, а также при устройстве подземных помещений и ограждений котлованов в городских условиях вблизи существующих зданий.