книги из ГПНТБ / Лебедев, Н. Н. Курс инженерной геодезии. Геодезические работы при проектировании и строительстве городов и тоннелей учебник

РАЗДЕЛ II

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕЙ

Г л а в а VIII ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

§ 42. Виды тоннелей

Развптпе промышленности, энергетики и транспорта, намечен­ ное программой КПСС, неразрывно связано со строительством тоннелей. К напболее крупным тоннелям, сооруженным в последнее время или находящимся в стадпп строительства, относятся тоннель протяжением 5,5 км, построенный для снабжения водой г. Ялты, Яванскпй тоннель в Вахшской долине, предназначенный для оро­ шения полей протяженностью 5,9 км, тоннель длиной около 15 км, подводящий воду с папором к Ингурской ГЭС в горах Свапетип, железнодорожный тоннель по берегу оз. Байкал, ряд железнодорож­ ных тоннелей различной протяженности иа участках железных до­ рог Адлер — Сухуми и Абакан — Тайшет.

Деривационный тоннель Татевской ГЭС имеет длину 18,3 км. В настоящее время заканчивается сооружение грандиозного тон­ неля длиной 48 км, названный Севаи-Арпа, предназначенный для

пополнения водой оз. Севан в Армении.

Широкое применение имеют тоннели в горнорудной промышлен­ ности, которой отведено важное место в развитии народного хозяй­ ства в СССР.

На заводских и промышленных территориях тоннели сооружа­ ются как для транспортных целей, так и для производственной связи цехов; они находят также широкое применение при сооружении различных подземных складов и других инженерных сооружений.

Неопровержимо доказано., что лучшим видом городского транс­ порта является метрополитен. Следовательно, задача улучшения благоустройства городов и населенных мест непосредственно свя­ зана с развитием сети метрополитенов в городах и строительством необходимых для этого тоннелей. Так, в технико-экономических основах генерального плана г. Москвы намечается довести протя­ женность линий метрополитена до 320 км, построить свыше 100 станций и 300 вестибюлей. Ведутся интенсивные строительные работы по расширению сети линий метрополитена в Ленинграде. Сооружаются метрополитены в Тбилиси, Баку. Строится метрополи­ тен в Харькове и других городах.

222

Таким образом, тоннели являются необходимым звеном в строи­ тельстве подземных инженерных сооружений, связанных с ростом и развитием народного хозяйства страны. В связи с этим геодезиче­ ские работы найдет широкое применение при тоннелестроении.

В зависимости от назначения тоннели можно объединить в следу­ ющие основные группы: на путях сообщения (железнодорожные, метрополитена, автодорожные, судоходные, пешеходные); гидро­ технические (подводящие и отводящие тоннели гидростанций, для водоснабжения, ирригационные для орошения и обводнения терри­ торий); коммунальные (канализационные коллекторы, крытые га­ лереи и тоннели для укладки в них сетей городского подземного хозяйства); горнопромышленного и производственного назначения, которые строят на горнопромышленных и фабрично-заводских тер­ риториях.

Тоннели, проложенные на пути водной магистрали, дают возмож­ ность понизить отметку перевала на водораздельном бьефе и тем самым облегчить условия питания канала и уменьшить количество шлюзов. Последнее обстоятельство создает более благоприятные условия эксплуатации водного пути.

Сооружают также тоннели при строительстве крупных иррига­ ционных объектов. Для пропуска донской воды в р. Сал построено несколько тоннелей протяженностью более 7 км каждый.

Для нужд коммунального хозяйства сооружают тоннели преиму­ щественно в больших городах, имеющих развитое подземное хозяй­ ство (водопровод, канализацию, теплофикацию, газофикацию, теле­ фон, свет и т. п.).

Большие объемы сточных, загрязненных и ливневых вод в боль­ ших городах часто не могут вместиться в обычные трубопроводы даже значительных диаметров. В таких случаях требуется сооруже­ ние специальных канализационных коллекторов — тоннелей. Со­ средоточение различных мелких и средних трубопроводов и прокла­ док в специальных тоннелях значительно улучшает условия наблю­ дения за ними и удушевляет стоимость текущего ремонта.

В зависимости от места расположения и назначения тоннелей установилась следующая классификация:

1.Горные тоннели, сооружаемые под массивами и водоразделами.

2.Подводные тоннели, сооружаемые под каналами, реками, озерами и морскими проливами.

3.Городские тоннели, сооружаемые под проездами и застроен­ ными кварталами.

§ 43. Способы сооружения тоннелей

Тоннели мелкого заложения обычно сооружают о т к р ы т ы м способом. Ось запроектированной трассы в этом случае переносят в натуру и закрепляют специальными знаками. Перенесение в на­ туру оси трассы особых затруднений не встречает, так как тоннели

223

мелкого заложения обычно проектируют под малозастроенными открытыми территориями или под широкими улицами и проездами городов.

Строительство тоннелей открытым способом начинают с забивки металлических свай двутаврового профиля по контуру будущих стен тоннеля. Затем производят выемку грунта из котловапа.

По мере углубления котлована между сваями устанавливают деревянные или металлические распорки. На проектной глубине котлована укладывают подготовку 5 из бетона (рис. 75), слой гид­ роизоляции и возводят защитные стенки 4 также со слоем гидроизо­

В местах, где траншеи прохо­ дят в непосредственной близости к зданиям, в результате земляных работ могут произойти осадки

.зданий, поэтому вместо сплошных траншей роют отдельные колодцы и стены тоннеля бетонируют небольшими по протяжению участками. После окончания сооружения стен и затвердения бетона до соответ­ ствующей прочности над будущим тоннелем выбирают грунт, со­ оружают опалубку и бетонируют перекрытие тоннеля. Затем через отверстия, оставленные в перекрытии, выбирают грунт и бетонируют лоток.

Строительство горных тоннелей начинают непосредственно на дневной поверхности, врезаясь в горный массив. Откосы и лобовую стенку тоннеля облицовывают камнем или бетоном. Сооружение,

224

Тоннели метрополитена сооружают обычно посредством верти­ кальных стволов. Учитывая удобство дальнейшей эксплуатации тоннелей, стволы обычно проектируют смещенными на 20—50 м от трассы тоннеля. Так как в условиях густой городской застройки трудно выбрать место для строительной площадки, то нередко стволы смещают от трассы на расстояние более 50 м.

Один и тот же тоннель можно прокладывать одновременно и через порталы и через стволы; при этом концы тоннеля сооружают через порталы, а среднюю часть его — через стволы.

1

Рис. 76

Выходы железнодорожных путей метрополитенов в депо, которые, как правило, строят на поверхности земли, оформляют рампой.

По внешнему контуру поперечного сечения тоннеля после выемки грунта сооружают постоянное крепление, называемое о б д е л к о й

или б л о к а м и .

Применяют обделку и из монолитного бетона, а в тех местах, где при сооружении тоннеля возникает большое горное давление, применяют железобетонную обделку. При сооружении тоннеля в твердых скальных породах и при отсутствии горного давления контур поперечного сечения тоннеля оставляют иногда без отделки, с естественным креплением. В последнем случае неровности, полу­ чившиеся по внутреннему контуру тоннеля в результате взрывных

работ, выравнивают бетоном. Применяют также бутовую обделку тоннелей.

Тоннелп глубокого заложения сооружают следующими спосо­ бами: щитовым, опертым сводом, полностью раскрытым профилем, подсводным разрезом н способом опорных стен.

Наиболее индустриальный способ сооружения тоннелей — цен­ товый. Щнт представляет собой мощное передвижное крепление; он состоит пз ножевой яастп 1 (рис. 76), опорного кольца 3 п оболочки (хвостовой части) 4. В опорном кольце смонтированы мощные гидравлические домкраты. Щит монтируют в щитовой камере.

В смонтированной оболочке щита собирают тюбинговые кольца, необходимые для упора щитовых домкратов 2 при выдвижении щита из камеры. При сооружении тоннеля щитовым способом грунт перед ножевой частью щита выбирают отбойными молотками; при твердых породах применяют взрывные средства.

После того как грунт перед щитом выбран на полное поперечное сечение с глубиной заходки около 1 м, включают гидравлические домкраты. Плунжеры домкратов, упираясь в собранное в оболочке щита тюбинговое кольцо, передвигают опорное кольцо, а следова­ тельно н весь щит, вперед. После передвижения щита и выключе­

кольцо тоннеля. Сборка осуществляется специальным механизмом,

щита вперед нож его вдавливается в грунт забоя домкратами.

В настоящее время на строительстве метрополитена применяют механизированные щиты, которые при помощи специальных механиз­ мов и долот разрабатывают и транспортируют породы.

§ 44. Понятие о габарите и форме поперечных сечений

Габаритом называют предельное очертание какого-либо соору­ жения. Размеры поперечных сечений тоннелей (ширина, высота) определяются пропускной способностью строящегося тоннеля.

При сооружении тоннелей на путях сообщения установлено три вида габаритов: подвижного состава, приближения строения и при­ ближения оборудования.

Габарит подвижного состава 1 (рис. 77) определяется контуром, внутри которого должен помещаться подвижной состав со всеми выступающими и висящими частями. При определении габарита подвижного состава рассматривают положение вагонов во время движения поезда с учетом раскачки их на рессорах, а также возмож­ ные случаи наклона вагонов при поломке во время двияшния рессор.

Габарит приближения строения 4 определяется контуром очерта­ ния обделки тоннеля, причем этот контур обычно представляют плав­

226

ной кривой, проведенной по характерным, наиболее сильно высту­ пающим внутрь тоннеля точкам обделки.

Габарит приближения оборудования 2 определяется контуром, со­ единяющим наиболее выступающие точки различного оборудования, устанавливаемого и монтируемого в тоннелях.

К такому оборудованию относятся кабели, уложенные на спе­ циальных кронштейнах, светофоры, релейные шкафы, дроссельные ящики, осветительные фонари и пр.

Пространство 3 между габаритом подвижного состава и габари­ том приближения оборудования называют г а б а р и т н ы м з а ­ п а с о м . Величипа габаритного запаса, устанавливаемая проекти­ ровщиками, имеет весьма большое значение для геодезистов. Габа­ ритный запас служит исходной величиной для расчета требуемой точности выполнения геодезических работ при сооружении тон­ нелей.

§45. Назначение геодезических работ при проектировании

истроительстве тоннелей

Основное назначение геодезических работ при проектировании тоннелей — получить необходимый топографо-геодезический мате­ риал, а при строительстве — правильно перенести в натуру осп трассы и очертание запроектированного тоннеля. Наиболее важными и ответственными являются те работы, которые связаиы с обеспече­ нием подземной сбойки с необходимой точностью.

Для удешевления строительства проектировщики устанавливают габаритный запас как можно меньше, но при этом повышаются требования к точности геодезических работ. В настоящее время

в тоннелях метрополитена и на железнодорожных тоннелях га­ баритный запас принимается равным 10 см.

Большой объем разбивочных работ геодезисты выполняют в про­ цессе строительства. При этих работах ставится условие — строгое соблюдение запроектированных размеров и форм как отдельных эле­ ментов и частей, так и всего тоннельного сооружения, так как тон­ нель под землей строят отдельными участками, не связанными между собой и разделенными целиками породы.

Особое значение в тоннелестроении приобрели геодезические ра­ боты при широком внедрении индустриально-щитового метода и при­ менении скоростных методов сооружения тоннелей.

Геодезист следит, чтобы не был допущен крен ствола шахты, проверяет правильность укладки каждого тюбинга, «держит» щит в нужном направлении; при малейшем отклонении он приказывает включить домкраты н подать щит вправо плн влево, вверх пли вниз.

При строительстве тоннелей геодезисты следят за возможными смещениями точек геодезического обоснования, за деформациями временных и постоянных креплений строящихся тоннелей, готовых подземных сооружений, а также дневной поверхности и всех зданий

роды, а по окончании строительства — контуры внутреннего очерта­ ния обделки тоннеля. По данным этих съемок подсчитывают объемы выполненных строительных работ и составляют исполнительны з чертежи для предъявления их приемочной комиссии при сдаче тон­ неля в эксплуатацию. Вместе с исполнительными чертежами сдают и каталоги геодезического обоснования, закрепленного в тоннеле и на поверхности.

Таким образом, на трассу тоннеля геодезисты выходят первыми, выполняют ответственные работы на всех стадиях строительства и по окончании его уходят последними.

При эксплуатации тоннелей геодезисты производят измерения для определения величины деформации и принимают участие при рихтовке и переукладке путей в железнодорожных тоннелях и тон­ нелях метрополитена.

§ 46. Способы проектирования трассы тоннеля

Трассу тоннеля проектируют либо геометрическим, либо анали­ тическим способом.

Геометрический способ применяют главным образом при проек­ тировании гидротехнических тоннелей при сравнительно несложных топографических условиях района расположения проектируемого тоннеля. Ось тоннеля трассируется непосредственно в натуре на поверхности земли.

Измеренные углы и линии вынесенной и закрепленной в натуре оси тоннеля принимают за основу при перенесении оси тоннеля под землей при строительстве тоннелей. Следовательно, применение

228

этого способа в трудных топографических условиях связано с боль­ шими осложнениями, а в условиях городской застройки при проек­ тировании тоннелей метрополитена он вообще неприменим.

Аналитический способ применяют при проектировании трассы тоннелей метрополитена, а также тоннелей, расположенных в труд­ ных топографических условиях. Сущность этого способа состоит в следующем: по данным технико-экономических и гидрогеологи­ ческих изысканий трассу проектируемого тоннеля наносят па план города масштаба 1 : 2000 пли 1 : 500. Затем графически по плану определяют координаты углов поворота трассы. По найденным таким образом координатам вычисляют углы поворота трассы с округле­ нием до десятых долей секунды, а расстояния между точками пово­ ротов — с округлением до миллиметра.

Ошибки графического определения координат, полученные

сплана, вызывают смещение запроектированной трассы по отношению

кситуации; однако при этом все элементы трассы между собой строго математически согласованы.

Имея углы поворота и задаваясь длиной радиусов круговых кри­

вых с учетом геологических условий, вычисляют длины кривых и линий тангенсов с округлением до миллиметра.

Аналитически вычисленные значения углов поворота, длииы линий и круговых кривых принимают за основу для дальнейшего детального проектирования и перенесения оси тоннеля под землей в процессе строительства.

При аналитическом способе проектирования нет никакой необ­ ходимости трассировать ось тоннеля на дневной поверхности, по­ этому он вполне применим и для проектирования горных тоннелей в районах с в ы с о к и м и труднопроходимыми горами, а также при проектировании трасс подводных тоннелей.

§47. Геометрические элементы трассы в плане

Вплане трасса состоит из прямых участков и круговых кривых. Для более плавного перехода с прямого участка на кривые между ними вписывают переходные кривые. В профиле трасса состоит также из прямых отрезков, имеющих подъемы и уклоньц сопряга­ емые вертикальными круговыми кривыми.

нулевой пикет. Чтобы определить расположение круговой кривой иа трассе, в проектных чертежах должен быть дан пикетаж начала круговой кривой, а для контроля — пикетаж конца ее.

Тоннели метрополитенов преимущественно строят однопутными. Для движения поездов в прямом и. обратном направлениях соору­ жают два параллельных тоннеля с расстоянием между осями 25,4 м.

Если двигаться по оси трассы между тоннелями в направлении возрастания пикетажа, то тоннель, расположенный вправо, име­ нуется п р а в ы м, а другой — л е в ы м.

229

Для большего удобства пользования пикетами при проектиро­ вании и расчетах, связанных с переносом трассы в натуру, нулевые пикеты на правом н левом тоннелях располагают так, чтобы линия, их соединяющая, была перпендикулярна к оси трассы.

На кривых участках длина и радиус круговых кривых на правом II левом путях проектируются одинаковыми. При таком положении, как показано на рис. 78, па внутреннем (правом) пути между радиу­ сами OnN и ОпМ укладывается меньшее количество пикетов, чем

Рис. 78

на внешнем (левом) пути, вследствие чего на прямом участке, рас­ положенном за кривой, одноименные пикеты правого и левого пути не будут расположены на одном перпендикуляре к оси пути.

Это обстоятельство вызывает большие неудобства при строитель­ стве и эксплуатации. Для устранения этих неудобств прибегают к введению неправильных пикетов, длины которых могут быть больше или меньше 1 00 м.

Так как длины круговых кривых в левом и правом тоннелях одинаковы, то отклонение длины неправильного пикета от 100 м

230