книги из ГПНТБ / Мостков, В. М. Подземные сооружения большого сечения

10

Стоимость этих работ оценивается в 22 млрд, долл., т. е. стоимость 1 м3 готового туннеля в среднем составляет 44 долл. При этом сле­ дует иметь в виду, что большой объем зарубежных туннелей (страны Скандинавского полуострова, Австралия, Канада и др.) выполняется, как правило, без постоянной крепи (обделки)* или лишь с облег­ ченной и экономичной анкерной и набрызгбетонной крепями. По­ этому стоимость этих туннелей будет значительно ниже указанной средней величины.

Анализ стоимости проходческих и бетонных работ в отечествен­ ных туннелях большого сечения приведен в работах [30, 40, 44 и др.].

Резюмируя сказанное выше можно отметить достаточно высокий уровень современного подземного строительства. Тем не менее, имеются неиспользованные резервы дальнейшего совершенствова­ ния, поскольку многие вопросы в практике проектирования и строи­ тельства подземных сооружений, особенно большого поперечного сечения, не нашли пока своего решения. Остаются все еще трудо­ емкими работы по обуриванию высоких забоев, недостаточно меха­ низированы работы но оборке профиля после взрыва и по заряжа­ нию шпуров. В процессе строительства подземных выработок, как правило, не удается избежать переборов породы, ведущих к удоро­ жанию работ. Пока еще не созданы экономичные механизированные туниелепроходческие машины большого диаметра для выработок, проходимых в крепких породах. Недостаточно внедряются новые методы проходки выработок большого сечения в слабых нарушен­ ных породах.

Решение всех этих вопросов намечается в текущем десятилетии. Весьма перспективным направлением дальнейшего развития подзем­ ного строительства является широкое использование автоматики в производственных процессах (программированное бурение забоев, выносные пульты управления погрузочными средствами, автомати­ зированные службы контроля за качеством крепления и др.), а также создание автоматизированных систем проектирования организации

ипроизводства подземных работ и управления подземными работами. Исследования в этих направлениях ведут уже в настоящее время

иможно полагать, что широкое внедрение результатов будет осу­

ществлено в недалеком будущем.

§ 2. Подземные сооружения большого сечения (область применения)

Транспорт, урбанистика. За последние годы в связи с повыше­ нием интенсивности движения, ростом скоростей и грузоподъем­ ности транспорта значительное развитие получили крупные транс­ портные туннели большого пролета. В табл. 6 приведены некоторые

* В подземном строительстве бетонная или железобетонная сплошная крепь, выполняющая функции защитной п несущей крепи, называется

обделкой.

11

зарубежные транспортные туннели, построенные в период 1966— 1971 гг.

ВСоветском Союзе на строительствах Нурекской, Токтогульской

иЧиркейской ГЭС построены автотранспортные туннели общей длиной примерно 10 км, пролетом 10—12 м и высотой 7—8 м. Закон­

чено строительство двух автодорожных туннелей через перевалы в Армении общей длиной 4,2 км, пролетом 9 м. Завершено несколько автодорожных туннелей в НРБ площадью до 100 м2, пролетом 10—11 м в скальных породах, отдельные туннели имеют пролет до 17—18 м.

В настоящее время строится ряд уникальных транспортных туннелей. В Швейцарии с двух порталов идет проходка Сен-Готард- ского автодорожного туннеля через Альпы длиной 16,3 км, сечением до 12 X 9 м, а на расстоянии 30 м от основного туннеля проходится аварийный туннель площадью 6—8 м2. Сен-Готардский туннель должен быть сдан в эксплуатацию в 1978 г., сбойка забоев намечена на конец 1975 г. Также строятся два параллельных автодорожных туннеля Гран-Сассо в Италии длиной 10,5 км, сечением 8 X 7 м для одностороннего движения в каждом направлении. Строится желез­ нодорожный туннель в Японии, связывающий острова Хонсю и Кюсю, длина туннеля 18,6 км, сечение 10 X 8 м; автодорожный туннель Учка в Югославии длиной 5 км, сечением 10 X 7 м и др.

В 1972 г. начато строительство самого длинного в мире железно­ дорожного туннеля Сэйкан в Японии под Цугарским проливом между островами Хонсю и Хоккайдо. Длина туннеля 53,9 км, из которых 23,3 км будут пройдены под дном пролива на глубине 240 м ниже уровня моря и 100 м ниже дна. Вначале будет пройдена передовая разведочная выработка сечением 10 м2, затем туннель будет расширен до проектного сечения 100 м2. На расстоянии 20 м от основного туннеля строится вспомогательный туннель площадью 16 м2. Тун­ нель Сэйкан намечают закончить в 1979 г. Стоимость всего сооруже­ ния составит примерно 700 млн. долл.

12

В 1975 г. начнут строить железнодорожный туннель под Ла-Ман­ шем общей длиной 51,5 км. Это сооружение будет состоять из нахо­ дящихся друг от друга на расстоянии 30 м двух однопутных туннелей диаметром примерно по 7,5 м и расположенного между ними пилоттуннеля диаметром 4,2 м. Часть туннеля длиной 38 км пройдет на глубине 40—80 м под дном пролива. Стоимость строительства соста­ вит 8—9 млрд, франков. Окончание строительства намечено на

гих, подобных сложнейших объектов.

В ряде крупных городов (Париж, Лондон, Токио и др.) преду­ смотрено строительство городских автодорожных туннелей, соеди­ няющих различные районы города. Характерные сечения магистраль­ ных двухъярусных туннелей, которые предполагается построить в Париже, имеют круговое или эллиптическое (с большой верти­ кальной осью) очертание. Высота этих туннелей составит 15 м, ширина для эллиптического сечения — 12 м.

В Лондоне такие туннели будут иметь диаметр до 18 м, они будут двухъярусные, по две и три полосы движения в каждом ярусе. Эти туннели общей длиной 300 км пройдут на глубине от 30 до 60 м от поверхности и должны быть построены в течение 10—15 лет. Общая стоимость автомагистралей составит 2,4 млрд. фунт. ст.

ВСан-Франциско реализуется проект, по которому все приго­ роды, удаленные от центра на 70 км, объединяются транспортной системой в виде эстакад и туннелей, позволяющей в часы пик до­ ехать до центра города за 40 мин.

Под одной из площадей Тбилиси построены два автодорожных туннеля пролетом по 10 м и общей длиной около 2 км.

Впоследние годы подземное градостроительство с использова­ нием крупных выработок приобретает особое значение. Появилось выражение «города уходят под землю». В 1972 г. была разработана

«Схема организации и использования подземного пространства г. Москвы», позволяющая сэкономить городу более 7 тыс. га земли. Под землей разместятся многие склады, хранилища, торговые центры, выставочные комплексы, архивы, АТС, гаражи, автостоянки, стан­ ции технического обслуживания. Будут созданы скоростные и рас­ пределительные подземные автомагистрали. Подземная урбанизация интенсивно развивается в первую очередь в городах, имеющих большую плотность населения (Париж — 26 тысяч человек на 1 км2, а в отдельных районах до 80 тысяч; Токио — 17 тысяч человек на 1 км2 и др.). Разгрузка городов от транспорта и многих предприятий является одной из важнейших задач современного градостроитель­ ства [85]. Можно ожидать, что в 1990—2000 гг. подземное простран­ ство под крупнейшими городами на глубину до 150 м будет пол­ ностью освоено. В настоящее время в Чикаго сооружается система водопровода и канализации, прокладываемая на глубине 210—240 м

13

Рис. 3. Характерные сечения подземных автостоянок

втвердом известняке, создающим благоприятные условия для раз­ мещения разветвленной подземной сети.

ВПариже строится новый деловой комплекс у площади Обороны, который кроме наземной многоэтажной застройки имеет пять под­ земных ярусов. Рассматривается проект комплекса подземных соору­ жений на глубине 35 м и под бывшим парижским центральным рын­ ком. На рис. 3 показаны типовые сечения подземных автостоянок

вПариже, строительство которых предполагается начать в ближай­ шее время. Намечается к 1980—1983 гг. на подземных стоянках Парижа разместить 100 тысяч автомобилей. Как показывают экономи­ ческие расчеты, проведенные в Швейцарии, стоимость одного ма­

мости земельного участка [112].

14

В 1974 г. предполагается завершить постройку подземного пяти­ этажного сооружения под Токийским вокзалом, связывающим не­ сколько линий железной дороги и метрополитена. Там же будут размещены универмаги и рестораны. Подземные площади уже имеются в Лондоне, Риме, Стокгольме, Мюнхене, Монреале и в ряде других городов.

Естественное развитие получили в городах и метрополитены, в которые входят многочисленный комплекс выработок большого сечения. Проектирование и строительство двухсводчатых, трех­ сводчатых с пилонами и колоннами и многосводчатых станций метро­ политенов подробно изложены в работах [10, 36 и др.]. Для данной работы представляют интерес односводчатые выработки большого сечения, сооружаемые подземным способом — одиночные станцион­ ные туннели диаметром около 10 м, односводчатые станции пролетом 20 м и более, различного типа вестибюли, камеры (монтажные, щитовые, съездов), раструбы, тупики и другие выработки шири­ ной 10—15 м.

В связи с известными преимуществами односводчатых станций метрополитена [1, 36] в последние годы получили дальнейшее раз­ витие конструкции таких станций и методы их сооружения. В Па­ риже в 1965 г. была построена станция «Этуаль», с пролетом свода 21 м и высотой 9 м, а в 1971 г. — двухъярусная станция «Обер» пролетом 24 м, высотой до 20 м. Длина обеих станций по 225 м, свод выполнен из сборных блоков, обжатых в породу.

В Советском Союзе разработан ряд прогрессивных конструкций односводчатых станций с предварительно-напряженным сводом про­ летом от 17 до 25 м и высотой от 9 до 12 м. Эти станции глубокого заложения предполагается применить на строительстве Москов­ ского метрополитена.

Энергетика, гидротехника. Подземное гидроэнергостроительство в отличие от транспортного строительства характеризуется не от­ дельными туннелями, а комплексом сложнейших сооружений, рас­ полагаемых на разных горизонтах, примыкающих друг к другу под различными углами и имеющих разные формы и размеры. На рис. 4 показана схема подземных выработок напорно-станционного узла ГЭС Круахан в Англии мощностью 400 тыс. кВт. Подземный машин­ ный зал длиной 92 м имеет пролет 24 м и высоту 39 м. Схема эта, несмотря на ее сложность, не является уникальной. Не менее сложна, например, схема расположения подземных выработок Нурекской ГЭС, в частности узла камер развилок, первая очередь которых

Внастоящее время в различных странах мира эксплуатируется

истроится около 350 подземных электростанций общей мощностью около 40 млн. кВт. Характеристика ряда подземных машинных залов ГЭС в Советском Союзе приведена в табл. 7 [44, 52 идр-1- Наряду с машинными залами у нас построены многочисленныэ

15

Рис. 4. Схема подземных выработок напорно-станционного узла ГЭС Круахан:

1 — отводящий туннель; 2 — подходной туннель; 3 — машин­ ный зал; 4 — шахтные напорные трубопроводы

1 — подходный туннель площадью 60 м2; 2 — камера

подземные камеры затворов, трансформаторные помещения, уравнительные и другие крупные камеры. Площадь поперечного сечения их составляет 200—500 м2, длина от 40 до 200 м.

С 1966 г. за рубежом построены многочисленные подземные ГЭС,

16

Продолжение табл. 7

18

и будут полностью закончены в 1976 г. Объем подземной выломки превышает 1,8 млн. м3. Длина подземного машинного зала ГЭС 296 м, пролет 25 м и высота 47 м; крепление анкерами без несущей бетонной крепи. Уравнительная камера длиной 233 м, располо­ женная параллельно машинному залу, имеет высоту 45 м и пролет 19,5 м; она также закреплена анкерами. К двум этим камерам под­ ходит транспортный туннель длиной 1,6 км, сечением 10 X 8 м. От турбин вода отводится в реку двумя туннелями длиной по 1,7 км,

сечением 13,5 X 18 м [57].

Пример Черчилл-Фоллс не единичен. В последние годы мощность подземных ГЭС повышается и в ряде случаев превышает 1 млн. кВт (Портидж-Маунтин — 2,3 млн. кВт, Мика в Канаде — 2 млн. кВт, Корнуолл в США — 2 млн. кВт, Ингури в СССР — 1,35 млн. кВт, Ронковальгранде в Италии — 1,04 млн. кВт и др.).

Развитие строительства подземных ГЭС вызвано в первую оче­ редь экономическими соображениями, поскольку в ряде стран под­ земные работы настолько усовершенствованы, что стоимость их незначительно превышает стоимость аналогичных работ на поверх­ ности, а интенсивность подземного строительства весьма высока [72 и др.]. Кроме того, подземное расположение сооружений имеет неоценимые преимущества в таких местностях, где температура колеблется в пределах ±40° С, имеются ураганные ветры, длитель­ ные ливни, снегопады, камнепады, повышенная сейсмичность. В европейских ГЭС подземное расположение машинных залов во многих случаях продиктовано оборонными соображениями.

Последнее время большое развитие приобрели подземные гидро­ аккумулирующие станции (ГАЭС), в машинном зале которых раз­ мещаются турбогенераторы для выработки энергии и насосы для перекачки воды.

В США в 1970 г. из общей мощности существующих и строящихся подземных станций 5,5 млн. кВт на долю ГАЭС приходилось 4,3 млн. кВт, т. е. 78% , в Италии — 31% , в Швейцарии — 24% , во Франции и Бельгии — 38% , в Японии — 40% , в Австрии — 46% , в ФРГ — все 100% .

В Швеции предложена подземная ГАЭС с использованием в ка­ честве верхнего бассейна естественных водоемов: озер, рек, морей или искусственных водохранилищ. Нижний бассейн и машинный зал размещаются при этом в глубоко расположенных выработках (на глубине 0,6—1 км) большого сечения [5, 95]. На рис. 5 показана зависимость стоимости разработки подземных выработок от глубины их залегания для подобной ГАЭС (1 шведская крона ^ 0 ,2 долл). Стоимость дана в прямых затратах. В Советском Союзе ведутся про­ ектные работы по созданию ГАЭС с подземными нижними резер­ вуарами на глубине 1—1,2 км общей емкостью 2 млн. м3 (три камеры длиной по 1—1,3 км, площадью 500—600 м2).

Разработаны предложения по созданию подземных энергетиче­ ских комплексов, представляющих собой сочетание атомной (АЭС)