ВЫБОР  И  ОБОСНОВАНИЕ  СПЕЦИАЛЬНЫХ  СПОСОБОВ  СТРОИТЕЛЬСТВА  ПРИ  СООРУЖЕНИИ  ПОДЗЕМНЫХ  АВТОДОРОЖНЫХ  ТОННЕЛЕЙ  В  СЛОЖНЫХ  ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ  УСЛОВИЯХ

Камолов  Василий  Викторович

студент  3  курса,  кафедры  строительства  горных  предприятий  и  подземных  сооружений  Национального  минерально-сырьевого  университета  «Горный»,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

Егоров  Никита  Сергеевич

студент  5  курса,  кафедры  строительства  горных  предприятий  и  подземных  сооружений  Национального  минерально-сырьевого  университета  «Горный»,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

Е-mail :  ov_trushko@mail.ru

Трушко  Ольга  Владимировна

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент  Национального  минерально-сырьевого  университета  «Горный»,  РФ,  г.  Санкт-Петербург

Сегодня  во  всем  мире  в  крупных  мегаполисах  большое  внимание  уделяется  освоению  подземного  пространства,  это  и  строительство  сложных  инженерных  сооружений  (тоннели  метро,  автодорожные  и  ж/д.  тоннели)  и  строительство  одноэтажных  или  многоуровневых  паркингов.

Повышение  темпов  урбанизации  неразрывно  связано  с  развитием  и  совершенствованием  автодорожного  комплекса,  строительством  новых  и  реконструкцией  существующих  дорожно-транспортных  сетей.  Постоянный  рост  автомобильного  транспорта  в  крупных  мегаполисах,  дефицит  и  высокая  стоимость  городских  земель  приводит  к  необходимости  сооружения  подземных  автодорожных  тоннелей.

Один  из  наиболее  высоких  в  мире  автодорожных  тоннелей  сооружен  в  Киргизии  на  перевале  Тюя-Ашу,  на  высоте  более  3000  м.  Этот  тоннель  сократил  путь  между  северными  и  южными  районами  республики  более  чем  на  500  км.  Аналогичные  сооружения  построены  с  помощью  советских  специалистов  в  Афганистане.  В  крупных  масштабах  автодорожные  тоннели  строят  в  больших  городах  —  Нью-Йорке,  Токио,  Роттердаме,  Брюсселе,  Будапеште,  Варшаве  и  др.  Примером  может  служить  и  двухъярусный  тоннель,  построенный  в  Париже.  Каждый  ярус  рассчитан  на  4  полосы  движения  в  одном  направлении  [1].

У  подземных  автодорожных  тоннелей  существует  ряд  преимуществ,  в  отличие  от  наземных  инженерных  сооружений,  предназначенных  для  передвижения  автомобильного  транспорта:  занимают  сравнительно  небольшую  территорию,  не  нарушают  ландшафта  и  архитектуру  мегаполиса,  снижают  уровень  шума  и  вибрации,  а  также  практически  исключают  загрязнения  атмосферного  воздуха.

Но,  на  ряду,  с  большим  количеством  преимуществ  существует  и  ряд  факторов,  усложняющих  сооружение  подземных  автодорожных  тоннелей,  это  и  сложные  инженерно-геологических  условиях  района  строительства  (геологическое  строение,  геоморфология,  физико-механические  свойства  грунтов,  тектоника,  гидрогеологические  условия,  геологические  процессы  и  явления  и  т.  п.),  и  существующие  транспортные  связи  и  инженерные  сети,  а  также  климатические  условия.

Сложные  инженерно-геологические  и  гидрогеологические  условия  приводят  к  тому,  что  при  сооружении  тоннелей  применяют  специальные  способы  строительства:  проходка  под  сжатым  воздухом,  способ  опускных  секций,  метод  «стена  в  грунте»  и  способ  продавливания.

Проходку  тоннелей  под  сжатым  воздухом  применяют  в  слабых  водонасыщенных  грунтах,  когда  применение  водопонижения  неэффективно.

Способ  опускных  секций  применяется  при  сооружении  подводных  тоннелей,  в  основном  тогда,  когда  имеется  достаточная  глубина  воды  (от  6  до  40  м),  необходимая  для  транспортировки  секций  на  плаву,  и  грунты,  обеспечивающие  устойчивость  откосов  и  дна  подводной  выемки  (траншеи).

Технология  сооружения  тоннелей  с  использованием  метода  «стена  в  грунте»  целесообразна  при  возведении  подземных  сооружений  в  условиях  плотной  городской  застройки  вблизи  существующих  зданий  и  сооружений,  либо  при  реконструкции  предприятий,  а  также  в  гидротехническом  строительстве.

Сооружение  тоннелей  способом  продавливания  наиболее  эффективен  при  строительстве  тоннелей  и  прокладке  инженерных  коммуникаций  под  автомобильными  и  железнодорожными  магистралями,  а  также  на  участках  городских  территорий  в  непосредственной  близости  от  существующих  зданий  и  подземных  сооружений  [2].

Так,  например,  при  строительстве  автодорожного  тоннеля,  строительство  которого  планируется  на  участке  СПАД  скоростной  автомобильной  дороги  Москва-Санкт-Петербург  (км  635,1—км  664)  под  действующей  двухпутной  железной  дорогой  (долее  ж.  д.)  Варшавского  направления  на  17  км  ПК  2+67  перегона  Шоссейная-Александровская,  было  рассмотрено  три  варианта  пересечения  в  разных  уровнях  проектируемой  СПАД  с  существующей  двухпутной  железной  дорогой  Варшавского  направления  на  участке  Санкт-Петербург-Гатчина:

·     пропуск  СПАД  над  существующей  ж.  д.  с  учетом  значительной  высоты  насыпи  (более  13,5  м)  необходимая  длина  путепровода  перекрывающего  участок  трассы  с  высотой  насыпи  более  15  м,  составит  около  2  150  м,  включая  пересечение  продолжения  Витебского  проспекта;

·     переустройство  существующей  ж.  д.  с  сооружением  ж.  д.  путепровода  над  проектируемой  СПАД.  С  учетом  категории  существующей  ж.  д.  и  требований  нормативных  документов  длина  переустраиваемого  участка,  который  пройдет  в  высоких  насыпях,  составит  около  1,0  км.  После  сооружения  путепровода  и  переключения  движения  поездов  временный  объезд  подлежит  разборке.  Длина  ж.  д.  путепровода  над  СПАД  с  учетом  косины  составит  около  110  м;

·     пропуск  проектируемой  СПАД  под  ж.  д.  путями  в  автодорожном  тоннеле,  без  переустройства  существующей  ж.  д.  и  прерывания  движения  поездов.  Для  устройства  разгружающих  пакетов  и  их  демонтажа  потребуется  наличие  4  «окон»  продолжительностью  4  часа.  Сооружение  тоннеля  предусмотрено  методом  продавливания  по  направляющим  трубам  с  помощью  батареи  домкратов.  Длина  тоннеля  с  портальными  участками  с  учетом  косины  составит  около  94  м.

После  рассмотрения  и  сопоставления  вариантов,  в  качестве  рекомендуемого  для  сооружения  тоннеля  был  выбран  третий  вариант  с  устройством  под  существующей  ж.  д.  автодорожного  тоннеля  длиной  76,7  м  по  правой  тоннельной  секции  и  73,25  м  по  левой,  сооружаемого  методом  продавливания.

Рисунок  1.  Общий  вид  проектируемого  автодорожного  тоннеля

Выбор  рекомендуемого  варианта  пересечения  был  произведен  с  учетом  габаритов  проезжей  части,  которая  включает  2  полосы  движения  автотранспорта  по  3,75  м,  полосы  безопасности  шириной  2,5  м  и  1,0  м  и  два  служебных  прохода  шириной  по  0,75  м;  поперечного  сечения  тоннеля,  который  состоит  из  двух  тоннелей,  раздельных  под  каждое  направление  движения  автотранспорта  и  в  соответствии  с  материалами  инженерных  изысканий  (железнодорожная  насыпь  сложена  из  песков  мелких,  средней  плотности,  влажных,  грунтовые  воды  в  скважинах,  пробуренных  на  глубину  23,0—25,0  м,  не  встречены,  в  качестве  несущего  слоя  для  основания  тоннелей  принят  ИГЭ-3  -глины  пылеватые,  серовато-голубые,  дислоцированные,  с  обломками  песчаника,  твердые,  залегающие  на  отметках  ниже  30,7—31,8  м  БС). 

Основываясь  на  вышеприведенных  факторах  предлагаются  следующие  этапы  сооружения  тоннеля:

1.            До  начала  строительства  тоннеля  выполняются  подготовительные  работы  по  выносу  и  перекладке  инженерных  коммуникаций  в  зоне  работ;

2.            Сооружение  тоннелей  под  каждое  направление  движения  автотранспорта  производится  раздельно.  Сначала  ведутся  работы  по  сооружению  тоннеля  под  одно  направление  движение  автотранспорта.  При  этом  работы  устройству  разгружающего  моста  под  2-й  ж.  д.  путь  и  по  продавливанию  второго  тоннеля  ведутся  после  окончания  продавливания  первого  тоннеля  и  восстановления  1-го  ж.  д.  пути  на  насыпи.

Рисунок  2.  Технологическая  схема  сооружения  тоннеля

3.  Основные  работы  ведутся  в  следующей  последовательности:

I  очередь:

·     разборка  участков  существующих  ж.  д.  путей  над  тоннелем;

·     срезка  балласта  бульдозером;

·     разработка  грунта  насыпи  бульдозером;

·     сооружение  устоев  диванного  типа  из  сборных  ж.  б.  блоков;

·     засыпка  устоев  щебнем;

·     установка  на  устои  разгружающего  моста  с  расчетным  пролетом  45,0  м.  Работы  по  установке  разгружающего  моста  производятся  в  «окна»,  продолжительность  которых  устанавливается  проектом  производства  работ  и  согласовывается  с  управлением  Октябрьской  железной  дороги;

·     устройство  на  мосту  верхнего  строения  пути  старогодними  рельсами.

II  очередь:

·     устройство  шпунтового  ограждения  рабочего  котлована  вдоль  ж.  д.  путей;

·     разработка  грунта  котлована  открытым  способом;

·     продавливание  направляющих  труб  Ø1420х16  мм  с  извлечением  грунта;

·     заполнение  труб  бетоном  В20.

·     устройство  бетонных  упоров  со  свайными  фундаментами  из  наклонных  металлических  труб  диам.  Ø720х12  мм  с  дополнительным  упиранием  в  металлические  горизонтальные  трубы  диам.  1,42  м;

·     монтаж  силовой  домкратной  установки  из  батареи  домкратов  4х1100  т;

·     устройство  направляющих  из  старогодних  рельсов  Р50.

Выбор  и  расчёт  рельс  для  направления  секции  тоннеля  при  продавливании  выполнялся  по  помощи  программного  продукта  SCAD.

Рисунок  3.  Рас чёт  рельс  для  направления  секции  тоннеля  при  продавливании

III  очередь:

·     изготовление  продавливаемой  секции  тоннеля;

·     монтаж  ножевой  части  тоннельной  секции;

·     устройство  гидроизоляции  и  ее  защиты  на  перекрытии  и  стенах;

·     продавливание  секции  тоннеля  под  ж.  д.  путями  с  разработкой  грунта  закрытым  способом  без  перерыва  движения  поездов  с  обеспечением  в  ножевой  части  пробки  грунта,  исключающей  деформацию  насыпи  во  время  проходки;

·     бетонирование  и  продавливание  последующих  секций  тоннельной  части.

IV  очередь:

·     разработка  грунта  под  портальные  участки  тоннеля  открытым  способом;

·     сооружение  фундаментов  и  подпорных  стен  портальных  участков  тоннеля;

·     сооружение  примыкающих  к  порталам  подпорных  стен;

·     устройство  водоприемных  лотков,  служебных  проходов,  дорожной  одежды  в  тоннеле.

V  очередь:

·     демонтаж  разгружающего  моста;

·     обратная  отсыпка  ж.  д.  насыпи  до  проектных  размеров;

·     отсыпка  щебеночного  балласта;

·     укладка  верхнего  строения  пути.

Работы  по  надвижке  центральной  части  тоннеля  производятся  в  «окна».  Предварительно  участки  действующих  ж.  д.  путей  над  тоннелем  демонтируются  и  укладываются  на  разгружающие  мосты  с  расчетным  пролетом  45,0  м.  Работы  по  установке  разгружающих  мостов  производятся  в  «окна,  точная  продолжительность  которых  устанавливается  проектом  производства  работ  и  согласовывается  с  управлением  Октябрьской  железной  дороги.

Скорость  движения  поездов  на  время  сооружения  остальной  части  тоннеля  не  должна  превышать  25  км/час. 

Учитывая  инженерно-геологические  условия  и  выбранную  технологию  строительства  автодорожного  тоннеля  в  период  его  сооружения  необходимо  обеспечить  постоянное  наблюдение  за  состоянием  разгружающих  мостов  и  проводить  мониторинг  за:

·     перемещением  и  деформациями  грунта  насыпи  под  опорой  разгружающего  моста  на  момент  продвижки  тоннельной  секции; 

·     состоянием  опоры  разгружающего  моста;

·     состоянием  железнодорожного  полотна.

После  окончания  работ  по  продавливанию  тоннелей  необходимо  выполнить  работы  по  разборке  упоров,  рабочих  котлованов,  извлечению  шпунта,  также  устройству  водоотвода  в  зоне  тоннеля.

Список  литературы:

1.Энциклопедия  современной  техники.  Строительство.  Тоннель.  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://bibliotekar.ru/spravochnik-181-4/301.htm   (дата  обращения  25.03.2015).

2.Joomla.  Open  Source  Content  Management.  Способ  продавливания  пешеходных  и  коммуникационных  тоннелей  небольшого  диаметра .  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://cities-blago.ru/lektsii-po-osvoeniyu-podzemnogo-prostranstva-krupnykh-gorodov/167-sposob-prodavlivaniya-peshexodnyx-i.html   (дата  обращения  25.03.2015).