9.8. Открытые способы сооружения тоннелей
Открытые способы сооружения тоннелей, для которых характерно вскрытие поверхности грунта, значительно дешевле горных способов при мелком заложении тоннеля. Они широко применяются при строительстве тоннелей городского хозяйства и метрополитенов.
В практике строительства больше всего находили применение три способа сооружения тоннелей: котлованный, траншейный и с использованием подвижной крепи (щитовой).
Котлованный способ предусматривает сооружение обделки тоннеля на дне котлована с применением крепления стенок или устройством откосов (рисунок 9.72).
а – котлован с откосами; б – котлован с креплением стенок; 1 – гидроизоляция; 2 – щебеночная подготовка; 3 – грунт обратной засыпки; 4 - сваи из двутавровых балок № 36…60; 5 - закладные доски; 6 – распорки; 7 – продольный пояс из швеллера
Рисунок 9.72 – Общий вид тоннельной конструкции в котловане
Сооружение тоннеля в котлованах с креплением стенок применяется при глубине заложения до 15 м, ширина котлована может доходить до 20 м. Крепление стен котлована состоит из:
металлических свай, выполненных из двутавровых балок № 36…60 и погруженных в грунт молотами или вибропогружателями на глубину 3…5 м ниже дна котлована. Расстояние между сваями 0,9…1,2 м;
досок, закладываемых за полки двутавровых балок по мере разработки котлована. Доски прижимаются к грунту при помощи клиньев, которые ставят между полкой балки и доской;
распорок (расстрелов), установленных в один или два яруса по высоте котлована в зависимости от глубины котлована и бокового давления грунта. Расстрелы, выполненные из труб или двух швеллеров, упирают в продольные пояса из швеллеров, предназначенные для распределения усилий, нижний расстрел устанавливают на 50 см выше нижней плиты и лотка обделки тоннеля, верхний ряд выше верха тоннеля.
Сооружение тоннеля в котловане с креплением стен начинают с отрывки по обеим сторонам котлована разведочной траншеи глубиной 1,2 и шириной 0,8 м по оси забиваемых свай. С помощью траншей уточняют расположение подземных коммуникаций. Сваи в грунт погружают молотами или вибропогружателями. Котлован разрабатывают с одновременной постановкой закладных досок и расстрелов. Котлован при глубине до 10 м разрабатывают в две заходки. Первую заходку делают драглайном на глубину до четырех метров, с разработкой в средней части траншеи для пропуска экскаватора (прямая лопата) под расстрелами для разработки грунтов второй заходки. При наличии воды устраивают искусственное водопонижение. Для этого за пределами котлована пробуривают скважины, в которые устанавливают глубинные насосы. До сооружения обделки в котловане устраивают щебеночную подготовку с поверхностным выравнивающим слоем раствора или бетона, на который наклеивают рулонный гидроизоляционный материал. После возведения обделки гидроизоляцию без нарушений и повреждений продолжают на наружной поверхности стен и перекрытий. В дальнейшем принимают меры защиты ее от повреждений при последующей засыпке тоннеля породой. Обратную засыпку котлована грунтом производят после разборки крепления стен котлована. Металлические сваи извлекают в последнюю очередь.
При сооружении тоннеля в сильно обводненных грунтах, при наличии в основании водоупорного слоя, для ограждения котлована целесообразно использовать стальной шпунт. Порядок производства работ остается прежним. После сооружения тоннеля стальной шпунт выдергивают.
Траншейный способ (рисунок 9.73) применяют, когда раскрытие котлована невозможно из-за стесненных или других условий. Обделка сооружается по частям.
а – поперечное сечение; б – план
Рисунок 9.73 – Общая схема сооружения тоннеля траншейным способом
В первую очередь отрываются траншеи для возведения фундаментов и стен. Траншеи устраиваются с использованием забивной крепи или способом «стена в грунте». Ширина траншеи принимается достаточной для выполнения работ по установке опалубки и бетонированию стен тоннеля. После набора бетоном стен необходимой прочности отрывают поперечные траншеи и бетонируют по частям перекрытие. Затем разрабатывают породу ядра с ее вывозом вдоль тоннеля или подъемом через отверстия в перекрытии. В последнюю очередь устраивают щебеночную подготовку, гидроизоляцию и бетонируют лоток. После твердения бетона устраивают проезжую часть и монтируют внутреннее оборудование тоннеля.
При производстве работ по сооружению тоннелей открытым способом широкое применение получило применение проходческих комплексов (рисунок 9.74). Такой комплекс включает передвижную крепь (щит) 1, козловый кран 5 и гидравлический экскаватор 4. Передвижная крепь имеет две стенки 8 и 13, каждая из которых состоит из двутавровых балок, обшитых стальным листом. Стенки соединяются между собой в средней части опорной рамой 9, в которой вмонтированы гидроцилиндры. Опорная рама разделена на секции 7 и 12, что обеспечивает монтаж и демонтаж передвижной крепи.
Рисунок 9.74 – Проходческий комплекс для сооружения тоннеля открытым способом
В передней части опорной рамы вмонтированы четыре профилирующих выдвижных ножа 2, для планировки основания котлована. В верхней передней части крепи установлена распорная балка 6 с подкосами, чем достигается жесткость ножевой части в верхнем и среднем сечениях и одновременно позволяющими экскаватору вести разработку забоя.
Сзади опорной рамы на гидроцилиндрах 10 подвешена распределительная рама 11, позволяющая равномерно передавать усилия от гидроцилиндров на обделку.
После монтажа передвижной крепи в камере и раскрытия котлована до проектной отметки крепь выходит на трассу тоннеля, отталкиваясь гидроцилиндрами от опорной стенки. Конструкция крепи позволяет вести проходку двухпутного тоннеля на прямых участках и на кривых за счет установки вставок в опорную раму.
Грунт разрабатывают экскаватором, а вывозят автосамосвалами.
Крепь передвигают на длину секции обделки после разработки грунта в основании котлована и подчистки его профилирующими ножами. После этого профилирующую раму возвращают в исходное положение и укладывают основание (сухую смесь песка, цемента и щебня или жесткий бетон) под цельносекционную обделку с заводской гидроизоляцией, устанавливаемую краном.
По мере продвижения крепи пространство между боковыми стенами обделки и котлованом засыпают и утрамбовывают. В хвостовой части имеется уплотнительное устройство, препятствующее попаданию засыпки в зону укладки тоннеля.