Строительство метрополитенов
Строительство метрополитенов
1987 год
Раздел первый. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТРОПОЛИТЕНАХ, УСЛОВИЯХ ИХ СТРОИТЕЛЬСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛАХ
Глава I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТРОПОЛИТЕНАХ И ИХ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Основные сооружения и устройства метрополитенов
Способы строительства метрополитенов
Основы проектирования метрополитенов
Контрольные вопросы
Глава II. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПО ГЕОЛОГИИ И ГИДРОГЕОЛОГИИ
Виды горных пород
Подземные (грунтовые) воды
Основные физико-механические свойства грунтов
Задачи инженерно-геологических изысканий при проектировании и строительстве метрополитенов
Контрольные вопросы
Глава III. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В МЕТРОСТРОЕНИИ
Каменные материалы
Вяжущие материалы. Бетон и железобетон
Металлические изделия
Лесоматериалы
Контрольные вопросы
Глава IV. КОНСТРУКЦИИ ОБДЕЛОК ПЕРЕГОННЫХ И СТАНЦИОННЫХ ТОННЕЛЕЙ
Тоннельные крепи, обделки и действующие на них нагрузки
Обделки перегонных тоннелей
Конструкции станций метрополитенов
Контрольные вопросы
Раздел второй. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МЕТРОПОЛИТЕНОВ
Глава V. СРЕДСТВА МАЛОЙ МЕХАНИЗАЦИИ, ИНСТРУМЕНТЫ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
Ручные механизмы и инструменты для разработки породы
Механизмы и приспособления для возведения тоннельных конструкций, выполнения гидроизоляционных и путевых работ
Контрольные вопросы
Глава VI. МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕЙ
Проходческие щиты и комбайны
Оборудование для монтажа сборных обделок
Оборудование для бетонирования конструкций в тоннелях
Погрузочные машины
Бурильные установки и агрегаты
Машины для земляных работ, выполняемых открытым способом
Оборудование для шахтного водоотлива и вентиляции
Контрольные вопросы
Глава VII. ТРАНСПОРТ ГРУНТА И МАТЕРИАЛОВ. ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫЕ УСТРОЙСТВА
Тоннельный транспорт
Шахтный подъем и надшахтный горный комплекс
Подъемно-транспортные устройства
Контрольные вопросы
Раздел третий. СПОСОБЫ И ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА МЕТРОПОЛИТЕНОВ
Глава VIII. ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА МЕТРОПОЛИТЕНОВ
Управление строительством метрополитенов
Организация строительства и производства работ
Контрольные вопросы
Глава IX. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ. УСТРОЙСТВО ВРЕМЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ
Строительные площадки. Временные здания и сооружения на поверхности
Временные подземные сооружения
Электро- и воздухоснабжение строительства
Контрольные вопросы
Глава X. БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ
Общие сведения
Взрывчатые вещества и средства взрывания
Виды шпуров и врубов
Порядок выполнения буровзрывных работ
Контрольные вопросы
Глава XI. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ РАБОТ ПРИ ПРОХОДКЕ ТОННЕЛЕЙ И СТВОЛОВ ШАХТ
Назначение и характеристика специальных способов работ
Искусственное замораживание грунтов
Искусственное понижение уровня грунтовых вод
Укрепление грунтов способом цементации
Химическое закрепление грунтов
Проходка тоннелей под сжатым воздухом (кессонный способ)
Контрольные вопросы Глава XII. ПРОХОДКА ШАХТНЫХ СТВОЛОВ
Шахтные стволы и способы их проходки
Проходка шахтных стволов обычным способом
Проходка шахтных стволов способом погружения крепи в тиксотропной оболочке
Контрольные вопросы
Глава XIII. ПРОХОДКА ТОННЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВО КАМЕР ГОРНЫМ СПОСОБОМ
Краткая характеристика способов производства работ
Проходка и крепление штолен
Способ опертого свода
Способ опорного ядра
Способ раскрытия выработки на полное сечение по частям
Виды временных крепей при горном способе работ
Новые методы сооружения тоннелей горным способом
Контрольные вопросы
Глава XIV. ПРОХОДКА ТОННЕЛЕЙ НА ПОЛНОЕ СЕЧЕНИЕ БЕЗ ПРИМЕНЕНИЯ ЩИТОВ
Краткая характеристика способов работ
Сооружение камер для укладки обделки
Проходка тоннелей со сборными обделками способом сплошного забоя
Проходка тоннелей с монолитными об дел нами способами сплошного забоя и уступным
Способ пилот-тоннеля
Контрольные вопросы
Глава XIX. ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ РАБОТЫ
Виды гидроизоляции
Производство работ по гидроизоляции тоннельных обделок
Контрольные вопросы
Раздел первый. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТРОПОЛИТЕНАХ, УСЛОВИЯХ ИХ СТРОИТЕЛЬСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫХ МАТЕРИАЛАХ
Виды горных пород
Земная кора состоит из разнообразных по происхождению и составу горных пород. Горные породы — это минеральная масса более или менее постоянного состава и структуры, образующая самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору. По происхождению различают три большие группы горных пород: магматические, осадочные и метаморфические.
Магматические (или изверженные) горные породы образовались в результате остывания и затвердевания расплавленной магмы, поднявшейся из глубин земли.
В результате остыванця магмы, не достигнувшей земной поверхности, образовались глубинные изверженные породы — граниты, диориты, гранодиориты, сиениты. Магма, излившаяся на поверхность земли при вулканических извержениях, при остывании образовала изверженные породы —базальты, диабазы, порфиры, туфы, пемзу.
Осадочные горные породы широко распространены в верхних частях земной коры. Эти горные породы являются продуктом разрушения других пород, а также результатом жизнедеятельности организмов и выпадания из воздушной или водной среды материалов любого происхождения. Осадочные породы в зависимости от условий их образования делят на три группы: обломочные, химические, органогенные.
Обломочные породы образовались в результате механического разрушения других под действием ветра, воды, суточных и сезонных колебаний температуры воздуха. К обломочным породам относят щебень, гальку, гравий, песок. В природных условиях рыхлые обломочные породы могут подвергаться связыванию частицами глины и других пород, образуя сцементированные обломочные породы. К ним относятся песчаники, алевролиты, аргиллиты, конгломераты, а также другие породы.
Осадочные породы химического происхождения образовались в результате выделения из водных растворов кристаллов различных минералов и осаждения их на дне водоемов. К таким породам относятся каменная соль, ангидрид, гипс и др.
Осадочные породы органического происхождения образовались из остатков древней растительности и живых организмов — это каменный уголь, известняк, доломит, торф.
Метаморфические горные породы образовались из магматических или осадочных пород на больших глубинах при воздействии на них высоких температур и давлений. К метаморфическим породам относят сланцы, гнейсы, кварциты, мраморы.
История Земли делится на несколько очень длительных эр, каждая из которых состоит из нескольких геологических периодов (их продолжительность исчисляется миллионами лет).
Верхний слой земной коры имеет покров из маломощных отложений четвертичного периода, представленных суглинками, супесями, глинами и другими рыхлыми породами. К ним относятся также моренные отложения, образовавшиеся из обломков горных пород, перенесенных и отложенных древними ледниками (валуны, щебень, песок), озерно-ледниковые отложения, образовавшиеся после таяния ледников на дне озер (перемежающиеся песчаные и глинистые прослойки).
Отложения продуктов выветривания горных пород, залегающие на месте своего первоначального образования, называют элювиальными. К таким породам относится, например, дресва — слабоцементированный грубозернистый материал, являющийся продуктом выветривания гранита. Обломочные отложения в долинах и. руслах рек, образовавшиеся из рыхлых продуктов выветривания горных пород, носят названия алювиальных. Они представлены гравием и галькой, песком различной крупности, глинами и суглинками (глинами с примесью песка). Отложения, возникшие в результате накопления рыхлых продуктов выветривания, смытых со склонов гор атмосферными водами, называют делювиальными. Породы, отличающиеся отсутствием слоистости, малой связностью, наличием большого количества крупных пор (макропористые), относят к лессовым.
В результате деятельности человека в местах его поселений образовался культурный слой, мощность которого в больших городах достигает 10 м.
Для каждого вида горных пород характерны свои формы залегания. Осадочные породы часто залегают в виде горизонтальных или наклонных пластов. Пласт (рис. 3) — это плоское геологическое тело, мощность (толщина) которого во много раз меньше размеров площади его распространения. Для определения положения пласта в пространстве введены понятия об элементах залегания (рис. 4). Линия простирания — это линия пересечения поверхности пласта с горизонтальной плоскостью.
Линия падения — линия, лежащая на поверхности пласта и перпендикулярная к линии простирания. Угол падения — угол между поверхностью пласта и горизонтальной плоскостью. Угол падения изменяется от 0 (для горизонтально залегающих пластов) до 90? (для пластов, расположенных вертикально).
Рис. 3. Разрез толщи осадочных пород:
1 — кровля пласта; 2 — горизонтальный пласт; 3 — почва пласта; 4 — пережим пласта; 5 — раздув пласта; 6 — линза
Рис. 4. Схемы к определению положения пласта в пространстве:
а — элементы залекания наклонного пласта; б — выход пластовых наслоений на поверхность откоса; 1 — пласт, имеющий угол падения а; 2-условная горизонтальная плоскость; 3-линия простирания .пласта; 4 — линия падения пласта (стрелкой показано направление падения)
Рис. 5. Примеры разрывных нарушений горных пород:
а — сброс; б — надвиг; в — сдвиг
Под воздействием процессов, происходящих в недрах Земли, происходят изменения первичной формы залегания горных пород, называемые тектоническими нарушениями (рис. 5). Тектонические нарушения приводят к образованию в пластах складок и разрывов. Складка, обращенная выпуклостью вверх, называется антиклиналью, выпуклостью вниз — синклиналью.
Тектонические разрывы (разломы) создают при горнопроходческих работах серьезнее затруднения, поскольку зоны разломов сложены сильно трещиноватыми или раздробленными неустойчивыми породами. При вскрытии разломов забоями в выработках часто резко увеличиваются притоки воды, могут происходить также вывалы породы.
Подземные (грунтовые) воды
Наука, изучающая подземные воды, их движение, свойства и состав, называется гидрогеологией.
Наличие подземных вод при проходке тоннеля всегда осложняет производство проходческих работ. В зависимости от гидрогеологических условий приток воды в выработку может изменяться в больших пределах: от нескольких кубических метров в час до 2000-2500 м3/ч. Большие водопритоки требуют специальных мер по отводу воды и высокопроизводительного оборудования для ее откачки на поверхность.
В ряде случаев подземные воды изменяют свойства горных пород, Некоторые глины при увлажнении набухают и тяжело разрабатываются. Глинистые сланцы при попадании воды теряют устойчивость. Насыщенные водой пески легко отдают воду при проходке выработки, это требует их предварительного осушения. Тонкозернистые пески с примесью илистых частиц способны удерживать воду и превращаться в плывуны. Проходка в таких условиях очень сложна и требует применения специальных способов.
Подземные воды являются важным фактором, который надо учитывать при проектировании метрополитена — выборе трассы, применении тех или иных конструкций, способах гидроизоляции, составлении проекта организации строительства. При проведении инженерно-геологических изысканий определяют наличие подземных вод, их характер, химический состав, ожидаемые водопритоки лри проходке. Наличие подземных вод в слое породы определяется бурением разведочных скважин. Основными типами подземных вод являются верховодка, грунтовые безнапорные воды и напорные (артезианские) воды.
Верховодкой называют воду, находящуюся на глубине 2-3 м от поверхности земли над водоупорным слоем. В местах, где водо-упор кончается, верховодка также исчезает, стекая в нижележащие пласты водопроницаемых пород (песков, трещиноватых известняков и др.). В засушливую погоду, а также зимой верховодка обычно исчезает.
Грунтовые воды — это подземные воды, находящиеся выше первого водонепроницаемого слоя пород. Основным источником их образования являются атмосферные осадки. В скважине или в выработке уровень грунтовых вод сохраняется на той глубине, на которой они появились, так как напор в грунтовых водах отсутствует. Верхняя свободная их поверхность называется зеркалом грунтовых вод.
Более глубокие, перекрытые водоупорными пластами водоносные слои (их называют еще водоносными горизонтами) несут межпластовые (напорные) воды. При вскрытии межпластового водоносного горизонта скважиной напорные воды поднимаются в скважине и устанавливаются выше водоупорной кровли водоносного пласта.
Подземные воды, содержащие вредные примеси, которые оказывают разрушающее действие на обделку тоннеля, называют агрессивными.
Каменные материалы
Природные (естественные) каменные строительные материалы— это материалы, получаемые из горных пород и применяемые для каменной кладки, облицовки и т. п. В зависимости от способа получения или обработки эти материалы делятся на следующие основные разновидности: песок и гравий, получаемые просеиванием и промывкой рыхлых горных пород; бутовый камень, добываемый при разработке взрывным способом известняков, песчаников и других пород; пиленые камни и блоки; облицовочные камни и плиты.
Бутовый камень (бут) — это крупные куски камня неправильной формы размерами 150-500 мм, получаемые взрывным способом из известняков, доломитов, песчаников. Разновидность бутового камня — булыжный камень (валуны,размерами до 300 мм). Применяют для кладки фундаментов, стен и т. д.
Щебень — угловатые куски камня размерами 5-70 мм, получаемые путем дробления бутового камня. Применяют в качестве заполнителя при изготовлении бетона, в качестве балластного материала при укладке железнодорожного пути и строительстве автомобильных дорог, для образования дренирующих (хорошо пропускающих воду) слоев.
Гравий — это скатанные обломки горных пород размерами 1— 20 мм, применяемые в качестве заполнителя бетона, а также как балластный и дренирующий материал.
Песками называют мелкообломочные рыхлые горные породы, состоящие из зерен (песчинок) кварца и других минералов размерами 0,1-2 мм с примесью пылеватых и глинистых частиц (естественные пески). Пески могут быть получены и искусственно — дроблением пород. В природе чаще встречаются гравийно-песча-ные месторождения, содержащие две фракции — гравий и песок.
Штучные камни (блоки) имеют правильную геометрическую форму. По способу изготовления различают пиленые (крупные стеновые блоки и плиты) и колотые (бортовой камень, брусчатка и т. д.).
Природные облицовочные материалы применяют в целях повышения эксплуатационных и декоративных качеств сооружений. Облицовочные материалы, получаемые при распиливании и обработ-, ке монолитных горных пород, обладают высокой прочностью и долговечностью, имеют высокие декоративные свойства. При отделке станций метрополитенов широко применяют мраморы и граниты различных месторождений.
Мраморами называют карбонатные породы средней твердости, хорошо поддающиеся полировке. Мраморы распиливают на плиты толщиной 10-120 мм, которые применяют для наружной и внутренней облицовки стен зданий и сооружений, для полов, ступеней, лестниц.
Гранитами называют кристаллические изверженные горные породы. Граниты распиливают на плиты толщиной 10-200 мм. Плиты со шлифованной лицевой поверхностью применяют для настилки полов ступеней лестниц, с полированной — для облицовки вертикальных поверхностей.
Искусственные каменные материалы получают при специальной обработке смесей природных материалов — это кирпич, керамика, каменное литье и др.
Кирпич строительный — это искусственный камень правильной формы (обычно в виде прямоугольного параллелепипеда). В массовом строительстве используют красный —кирпич (из обожженной глины) и белый (силикатный), имеющий несколько меньшую прочность, чем красный. Размеры одинарного кирпича 250×120 × 65 мм, модульного-250×120 × 88 мм. В зависимости от прочности кир-лич делят на несколько марок.
Из отделочных искусственных каменных материалов в метростроении широко применяют керамические изделия: плиты фасадные, плитки для облицовки стен, плитки для полов. Фасадные плиты изготовляют закладные (устанавливаемые одновременно с кладкой стен) или прислонные (закрепляемые на цементном растворе после возведения и осадки стен). Плитки выпускают покрытыми с лицевой стороны глазурью (тонким стекловидным покрытием) и неглазурованными (терракотовые).
Плитки для полов и стен по виду лицевой поверхности подразделяют на гладкие, рельефные и тисненые, а по цвету — на одно— и многоцветные. По форме различают плитки квадратные, прямо— и треугольные, четырех-, пяти-, шести— и восьмигранные. Применяемые для полов плитки должны обладать низким водопоглощением и стойкостью к истиранию.
Металлические изделия
В метростроении применяются в основном изделия из чугуна (тюбинги), стали (арматура, сваи, анкеры, элементы рельсового пути), алюминия (облицовочные элементы).
Чугунные тюбинги отливают из серого чугуна, обладающего высокой устойчивостью против коррозии. При отливке тюбингов завод ставит на каждом из них свой знак, номер плавки, а также марку тюбинга, указывающую его место в кольце обделки. Знак ставят на внутренней поверхности спинки тюбинга вблизи от отверстия для нагнетания.
Стальную арматуру гладкого и периодического профиля применяют для армирования железобетонных конструкций. Кроме толстой стержневой арматуры, используют арматурную проволоку диаметром от 3 до 8 мм. Из арматурной стали периодического профиля изготавливают также анкеры.
Из стального проката изготовляют изделия различного профиля: «уголки», двутавровые балки, швеллеры, железнодорожные рельсы.
Для устройства временного крепления вертикальных стен котлованов используют сваи из стальных двутавровых балок или шпунтовые сваи (сваи плоского, корытообразного или Z-образного профиля, длинные кромки которых выполнены в виде «замка» с пазом). При соединении таких свай образуется сцлоЩная свайная стенка без зазоров. Для распорок (расстрелов) используют стальные трубы.
В качестве металлической изоляции ответственных подземных сооружений в местах высокого напора подземных вод применяют листовую сталь толщиной 8-12 мм.
Из стали изготавливают также бурильный инструмент, кузнечные изделия (скобы, хомуты, накладки) для устройства временной деревянной крепи и других конструкций, подвески трубопроводов.
Металлические конструкции, особенно стальные, подвержены коррозии, этот процесс особенно усиливается во влажных условиях, поэтому на поверхность металлических конструкций наносят лакокрасочные покрытия в два слоя.
В последние годы все более широкое применение при строительстве метрополитенов находят алюминиевые сплавы, которые обладают высокими механическими свойствами и хорошей коррозионной стойкостью, а потому не требуют окраски. Профили из алюминиевых сплавов используют для устройства подвесных потолков в эскалаторных тоннелях и на станциях («зонтов»), облицовки путевых стен и колонн.
Лесоматериалы
Материалы из древесины, сохранившие ее природную физическую структуру, называют лесоматериалами и подразделяют на необработанные и обработанные. Необработанные лесоматериалы (круглый лес) получают из спиленных деревьев после очистки их от ветвей и распиливания поперек ствола на части требуемой длины. В строительстве применяют круглый лес, освобожденный от коры.
Круглый лес хвойных пород в метростроении, как правило, применяют в качестве материала для устройства крепи, предохраняющей верх (кровлю) и стенки выработок от вывала горных пород. Деревянные крепи просты по конструкции, удобны в установке, но недолговечны и огнеопасны.
Круглый крепежный лес применяют для изготовления рамной крепи вспомогательных выработок, венцовой крепи неглубоких вертикальных выработок прямоугольного сечения, при сооружении тоннелей и камер с разработкой забоя по частям (способы опорного ядра, опертого свода и т. д.).
В зависимости от диаметра ствола круглый лес подразделяют на: бревна (диаметром 16-24 см — средние, диаметром более 24 см — крупные), подтоварник (диаметром от 8 до 13 см), жерди (диаметром от 3 до 7 см).
При установке рамной крепи штолен используют: для верхня-ков бревна диаметром 20-30 см, для стоек бревна диаметром 18— 26 см, для лежней бревна диаметром 16-26 см.
Применяемый для крепления круглый лес должен быть ошкурен (освобожден от коры) и иметь опиленные перпендикулярно оси бревен концы.
Рис. 6. Пиломатериалы:
а-в — пиленый лес; а-лежни (бревна, опиленные на два канта); б-брусья (бревна, опиленные на четыре канта); в — пластины (бревна, распиленные пополам); г — схема распила бревна на доски; 1 — горбыль; доски: 2 — необрезная; 3 — полуобрезная; 4 — обрезная
К обработанным лесоматериалам относятся пиломатериалы (рис. 6), получаемые путем продольной распиловки бревен.
Пиломатериалы разделяют:
по размерам поперечного сечения — на доски (их ширина более двойной толщины), бруски (их ширина не более двойной толщины), брусья (их толщина и ширина более 100 мм);
по толщине — на тонкие (толщиной до 32 мм), толстые (толщиной 40 мм и более);
по характеру обработки — на обрезные (все четыре стороны пропилены), полуобрезные (широкие поверхности — пласти — пропилены, а кромки пропилены частично), необрезные (пласти пропилены, а кромки не пропилены).
Для крепления горных выработок применяют обапол и доски хвойных пород. Обапол — пиломатериал, полученный из боковой части бревна, разделяют на горбыльный (с выпуклой поверхностью, непропиленной или пропиленной частично) и дощатый (если выпуклая поверхность спилена более чем наполовину).
Пиломатериалы применяют в тоннеле— и метростроении при устройстве затяжки (заборки), настилов, лесов и т. д.
На линиях метрополитенов в путь укладывают сосновые обрезные шпалы-коротыши длиной 900 мм или шпалы стандартной длины.
Полуфабрикаты и строительные детали и изделия получают при последующей обработке пиломатериалов. Строганые и шпунтованные доски применяют для устройства полов, перегородок, обшивки стен и т. д. Шпунтованные доски и бруски на одной стороне имеют шпунт (выемку), а на другой — гребень (выступ).
Контрольные вопросы
Какие каменные материалы применяют в метростроении?
Какие материалы называют вяжущими и каковы их основные свойства?
Перечислите метадлические изделия, применяемые в метростроении.
Перечислите группы лесоматериалов.
Обделки перегонных тоннелей
Выбор материалов для обделок. Материалы для тоннельных обделок должны быть прочными, огнестойкими, в минимальной степени подверженными выветриванию и коррозии.
Обделка является постоянной конструкцией, предназначенной для закрепления внутренней поверхности горной выработки и придания ей правильного, соответствующего проекту очертания. Обделка тоннеля должна воспринимать горное давление по контуру выработки (т. е. давление окружающих выработку пород), гидростатическое давление подземных вод, временные нагрузки, передаваемые с поверхности земли (при мелком заложении тоннеля), сейсмические воздействия и другие нагрузки. Обделка является несущей конструкцией, она должна обладать достаточной прочностью, устойчивостью и водонепроницаемостью. Поэтому при выборе конструкции и материалов обделок тоннелей метрополитенов учитываются: геология и гидрогеология участка строительства, глубина заложения тоннелей, габарит приближения строений, климатические и сейсмические условия, эксплуатационные требования, способы производства работ, трудоемкость возведения обделок и их стоимость.
Для устройства обделки тоннелей метрополитенов используют сборные чугунные или железобетонные элементы, а также монолитный бетон и железобетон. Эти материалы достаточно прочны и долговечны и позволяют вести работы индустриальными методами.
Для перегонных тоннелей широко применяют сборные обделки из железобетонных блоков, а в осложненных гидрогеологических условиях строительства (при неустойчивых обводненных грунтах, большом гидростатическом напоре воды и большом горном давлении) — сборные обделки из чугунных тюбингов.
Обделки тоннелей мелкого заложения, сооружаемых открытым способом, выполняют из сборных железобетонных крупноразмерных конструкций.
Обделки из монолитного бетона и железобетона устраивают при сооружении выработок больших поперечных размеров — одно-сводчатых станций, камер съездов, раструбных участков. Для перегонных тоннелей монолитный бетон применяют для обделок, возводимых из прессованного бетона.
Обделки тоннелей, сооружаемых закрытым способом. Сборные обделки состоят из отдельных элементов заводского изготовления. Обделки кругового очертания состоят из ряда колец, собранных из отдельных блоков или тюбингов. Блоком называют элемент сплошного сечения с гладкими поверхностями, тюбингом — элемент с ребристой внутренней поверхностью. Грани блоков и тюбингов, по которым они соединены в кольцо (направленные параллельно оси тоннеля), называют продольными, или радиальными, а грани, соединяющие отдельные кольца между собой (перпендикулярные оси тоннеля),— поперечными, или кольцевыми (круговыми).
Сборная чугунная обделка тоннеля (рис. 11) представляет собой ряд соединенных в трубу широких колец, каждое из которых собрано из отдельных элементов — тюбингов (называемых иногда сегментами).
Чугунный тюбинг (рис. 12) имеет вид ребристой коробки, дно которой — спинка тюбинга — выполнено по круговой кривой, соответствующей радиусу кольца обделки тоннеля. Тюбинг имеет два радиальных (продольных) борта, плоскость которых образует продольные стыки (швы) в готовой обделке, а также два кольцевых (поперечных) борта, которые в готовой обделке образуют кольцевые стыки (швы). Края бортов тюбинга, обращенные внутрь кольца обделки, имеют специальные выемки — фальцы, которые при сборке обделки ббразуют так называемые чеканочные канавки. Внутри тюбинга, между радиальными и кольцевыми бортами, расположены упрочняющие перегородки — ребра жесткости: кольцевое и 2-3 (в зависимости от конструкции тюбинга) радиальных (узкий ключевой, или замковый, тюбинг радиальных ребер жесткости не имеет). Болтовые отверстия в бортах тюбинга служат для соединения смежных тюбингов в кольцо, а колец — в обделку тоннеля. В спинке тюбинга имеется завинчивающееся металлической пробкой отверстие для нагнетания за обделку специальных уплотняющих и гидроизолирующих растворов.
Рис. 11. Сборная тоннельная обделка из чугунных тюбингов:
1 — нормальные (обычные) тюбинги Н; 2 — смежные с ключевыми тюбинги С; 3 — ключевой (замыкающий или замковый) тюбинг 3; 4 — рельсовый путь; —5— бетонное основание пути
Рис. 12. Чугунный тюбинг:
1 — радиальный (продольный) борт; 2 — кольцевой (поперечный) борт; 3 —— болтовое отверстие; 4 — ребро жесткости; 5 — спинка тюбинга; 6 — фальцы; 7 — отверстие для нагнетания уплотняющих и гидроизолирующих растворов
Кольцо обделки собирают из тюбингов разных типов (см. рис. 11). Нормальные тюбинги 1 имеют радиально направленные продольные борта. Верхний ключевой (замыкающий) тюбинг 5, которым замыкают кольцо (изнутри тоннеля) при его сборке, имеет скошенные продольные борта, придающие тюбингу клиновидную форму. Два тюбинга 2, смежных с ключевым, имеют по одному скошенному борту. Тюбинги, поступающие с завода, имеют маркировку: нормальные — Н, смежные — Си ключевые — К.
Число элементов в кольце зависит от его диаметра и конструкции обделки. Для перегонных тоннелей метрополитена приняты стандартные размеры колец из чугунных тюбингов: ширина (измеряется вдоль тоннеля) 1 м, наружный диаметр 5,5 м, внутренний диаметр 5,1 м, высота бортов 0,2 м.
Размеры отверстий для болтов, скрепляющих тюбинги, для облегчения сборки приняты на 4-6 мм больше диаметра болтов. Для обделок наружным диаметром 5,5 м применяют болты диаметром 27 мм и длиной 120 м, а для обделок наружным диаметром 6м — болты диаметром 30 мм и длиной 130 мм.
На кривых участках пути (как в плане, так и в профиле) при сборке тюбинговых колец тоннеля применяют чугунные клиновидные прокладки с отверстиями, которые позволяют собирать кольца переменной ширины.
Сборная железобетонная обделка, так же как и чугунная, состоит из ряда колец. Каждое кольцо собирают из отдельных железобетонных элементов (тюбингов или блоков), которые могут быть сплошного (рис. 13, а) или ребристого (рис. 13, б) сечения. В первом случае обделка имеет гладкую внутреннюю поверхность. Раз-меры кольца такой обделки аналогичны размерам кольца обделки из чугунных тюбингов.
Обделку из железобетонных блоков монтируют без перевязки швов. Сопряжение блоков в кольце из элементов сплошного сечения (см. рис. 13, а) осуществляют по цилиндрическим поверхностям: в одном случае она выпуклая, в другом — вогнутая. Кольца друг с другом в продольном направлении не соединяют. Во избежание просадок колец лотковые блоки смежных колец соединяют двумя металлическими штырями по кольцевому борту. Конструкция обделки с элементами ребристого сечения (см. рис. 13, б) более удобна для сборки. Кольцевые борта таких блоков имеют отверстия для установки монтажных шпилек, обеспечивающих соединение монтируемых колец друг с другом в продольном направлении.
Существует также конструкция железобетонных тюбингов с плоскими стыками (рис. 14) и болтовыми связями.
Для исключения трудоемких работ по очистке лотковой (нижней) частей тоннеля взамен тюбинга ставят плоский железобетонный лотковый блок (рис. 15) с чугунной плитой.
При сооружении тоннелей из сборных железобетонных обделок на кривых участках применяют специальные угловые кольца или железобетонные угловые прокладки, состоящие из отдельных элементов.
При традиционном способе сооружения тоннелей сборные обделки могут обжиматься нагнетанием песчано-цементного раствора в зазор между наружной поверхностью обделки и внутренней поверхностью выработки, пройденной в породе (рис. 16, I).
В определенных условиях (в устойчивых, обладающих достаточной прочностью грунтах) может быть применен и другой способ — обжатие обделки в грунт (рис. 16, II). Плотное прижатие блоков обделки к контуру выработки исключает процесс первичного нагнетания, уменьшает или исключает осадки земной поверхности, улучшает устойчивость породного массива. Для обжатия обделки в породу необходимо, чтобы выработка имела правильный контур, совпадающий с наружным контуром обделки. Такой контур выработки получают при использовании проходческих механизированных щитов в плотных устойчивых грунтах.
Обделку собирают из блоков сплошного сечения с цилиндрическими стыками по продольным бортам. Разжимающие устройства могут располагаться в своде, на горизонтальном диаметре или в лотковом блоке. Разжатие блоков можно осуществлять с помощью гидравлических домкратов, рычажных устройств или вдавливанием клиновидного блока. Заделка и фиксация разжатых стыков производятся разными способами: заполнением зазоров монолитным бетоном, забивкой клиньев, установкой вкладышей.
Рис. 19. Обделка однопутного перегонного тоннеля открытого способа работ из сборного железобетона:
1 — стеновой блок; 2 — блок перекрытия; 3 — бетонное основание под путь; 4 — лотковый блок
Сборная унифицированная железобетонная сейсмостойкая обделка (рис. 17) с блоками сплошного сечения, предназначенная для применения в районах с высокой сейсмичностью, имеет повышенную жесткость в продольном и поперечном направлениях. Сопротивляемость обделки сейсмическим воздействиям обеспечивают расположенные по всем четырем углам каждого блока узлы связи.
Бетонные монолитные обделки тоннеля сооружают из монолитного бетона (рис. 18) с использованием переставной опалубки. Для перегонных тоннелей метрополитена принято круговое очертание таких обделок с внутренним диаметром 5,5 м.
Созданы технология и оборудование для возведения монолитно-прессованной бетонной обделки тоннеля при щитовой проходке. Бетонирование ведут в жесткой металлической переставной опалубке одновременно по всему поперечному сечению конструкции, затем бетонную смесь прессуют с помощью специальных домкратных устройств. Прессованный бетон имеет повышенные прочность, плотность и водонепроницаемость. Применение такой конструкции исключает работы по нагнетанию растворов за обделку и чеканке швов.
Конструкции обделок тоннелей открытого способа работ. Возводимые в котлованах обделки выполняются из сборного железо-бетона прямоугольного очертания рамной конструкции. Они могут быть одно-, двух— и многопролетными. Монолитные обделки применяются редко: на участках камер съезда, раструбах, в местах сопряжения различных типов обделок.
Сборная обделка тоннеля открытого способа работ (рис. 19) состоит из укрупненных блоков (стенового 1, перекрытия 2 и лоткового 4), которые монтируют в тоннельную секцию с помощью крана, расположенного на земной поверхности. Отдельные блоки соединяют путем сварки выпусков арматуры, стыки между блоками и швы между секциями омоноличивают или зачеканивают расширяющимся цементом.
Заводы железобетонных изделий Главтоннельметростроя выпускают и готовые секции (рис. 20)-железобетонные прямоугольные рамные конструкции. Их длина 1,5 м, высота 5 м, ширина 4,4 м, масса 13,3 т. Из таких секций монтируют обделку как однопутных, так и двухпутных тоннелей.
Рис. 20. Обделка перегонных тоннелей открытого способа работ из цельных секций:
а — для однопутного тоннеля; б — для двухпутного тоннеля
Секции устанавливают в котловане на подготовленное основание свободно вплотную друг к другу и образуют один или два тоннеля прямоугольного очертания. В продольном направлении секции друг с другом соединяют при помощи стяжных болтов или стальных полос, привариваемых к металлическим закладным деталям секций. В местах поворота тоннеля в плане или профиле ставят угловые секции, имеющие скошенные по периметру края.
Погрузочные машины
Для механизированной погрузки предварительно разрыхленной взрывом или другим способом породы и прочих сыпучих и кусковых материалов применяют погрузочные машины, имеющие сравнительно небольшие размеры и специально приспособленные для работы в стесненных условиях подземных выработок.
Погрузочные машины подразделяют следующим образом:
по назначению — для горизонтальных выработок, для наклонных выработок, для <