Научно-технические разработки строительства тоннелей метро в Санкт-Петербурге

О научно-технических разработках в области проектирования подземных сооружений и тоннелей метрополитена ОАО НИПИИ «Ленметрогипротранс» в сложных инженерно-геологических условиях Санкт-Петербурга в интервью порталу «Подземный эксперт» рассказал заместитель генерального директора института К. П. Безродный.

Станция метро Нарвская

Станция метро «Нарвская» в Санкт-Петербурге

– Константин Петрович, низкие темпы развития Петербургского метрополитена зачастую объясняются сложной геологией. Насколько это оправдано?

Инженерно-геологические условия строительства Петербургского метрополитена достаточно разнообразные. С поверхности мощностью до 40 м развиты озерно-ледниковые отложения и две морены, лужская и московская, разделенные толщей межледниковых отложений водно-ледникового генезиса. Вся толща четвертичных отложений водонасыщена, грунты чрезвычайно неустойчивы.

Под четвертичными отложениями располагается мощный слой плотных сухих протерозойских глин, который является удобной средой для строительства и эксплуатации подземных выработок метрополитена. Строительство метрополитена глубокого заложения, которое ведется в Санкт-Петербурге на глубинах 50 – 70 м, вызывает смещения дневной поверхности земли на большой площади, составляющей несколько гектаров городской территории.

Фасад здания - вход в метро Адмиралтейская

Фасад здания – станция метро «Адмиралтейская» петербургское метро

Особенно нетерпимо такое положение при строительстве метро в исторической части города, когда мемориальные здания и архитектурные памятники подвергаются полному разрушению. Поэтому чрезвычайно важным является разработка и внедрение технологий по предотвращению недопустимых деформаций существующих зданий и сооружений при строительстве метрополитена и других подземных сооружений в центральных районах Санкт-Петербурга.

– Каковы основные причины деформаций, приводящих к разрушению зданий на поверхности?

– Сдвижение грунта происходит вследствие нескольких причин. Мгновенное проседание грунта, вызванное проходкой тоннеля, зависит от величины смещения контура будущей выработки впереди забоя и расстояния от забоя до места установки обделки. Мгновенные смещения контура будущей выработки начинаются на определенном расстоянии от забоя и заканчиваются тогда, когда обделка противодействует дальнейшему радиальному смещению грунтов. Нередко возникают сдвижения, вызванные деформацией обделки тоннеля. Длительные сдвижения – проседания грунта – возникают в результате консолидации грунта и деформаций ползучести грунта.

Фото тоннель - Дунайский проспект

Строительство тоннеля – Фрунзенский радиус. Автор: Дмитрий Шабашев

– Расскажите, пожалуйста, о разработках института, позволяющих нивелировать негативные факторы и сохранить окружающую застройку?

– Для минимизации влияния строительства тоннелей метрополитена закрытым способом  на дневную поверхность разработаны новые конструкции, технологии, а также геотехническое сопровождение строительства. В четвертичных водонасыщенных неустойчивых грунтах необходимы работы по комплексной стабилизации грунтов с применением струйной технологии и подмораживания при проходке эскалаторных тоннелей, сооружение эскалаторных тоннелей тоннелепроходческим механизированным комплексом (ТПМК) с грунтовым пригрузом забоя, сооружение перегонных тоннелей ТПМК с гидравлическим пригрузом забоя, а  двухпутных – ТПМК с грунтовым пригрузом.

Что касается плотных глин, здесь эффективно применение обжатых на породу обделок: перегонных тоннелей, односводчатых и колонных станций; опережающее закрепление грунтов инъекционными фибергласовыми анкерами (косвенное армирование), а также компенсационное инъектирование в зоны сдвижения и разуплотнения грунтов для недопущения превышения разности осадок зданий и сооружений, превышающих нормативные. Кроме того, инъектирование ведется в зоны сдвижения и разуплотнения грунтов под зданиями, и на сегодняшний день разработано несколько способов ведения данных работ.

 – В чем особенности созданной вами программы геотехнического мониторинга? 

–  В 2007 году была создана «Комплексная программа работ по разработке и внедрению новых конструктивно-технологических решений с применением набрызг-бетонной крепи и опережающих забой инъекционных анкеров при строительстве подземных выработок Санкт-Петербургского метрополитена», которая была успешно реализована.

В рамках данной программы был разработан проект сооружения экспериментальной выработки с постоянной обделкой из набрызг-бетона. В результате проектирования, строительства и проведенного геотехнического мониторинга приняты территориальные нормы на проектирование и строительство подземных выработок Петербургского метрополитена в кембрийских глинах с постоянной набрызг-бетонной обделкой.

Строительство тоннеля метро Беговая

Строительство станции метро «Беговая»

– Какие инновационные технологии строительства тоннелей и станций метрополитена применялись в Санкт-Петербурге?

– Опыт строительства метрополитена свидетельствует о том, что наибольшее влияние на величину осадок дневной поверхности при использовании традиционной технологии, основанной на методе контурного рассольного замораживания, оказывало сооружение эскалаторных тоннелей с разработкой забоя вручную и креплением сборной обделкой из чугунных тюбингов. Технология замораживания приводила к деструктуризации грунта, что обычно сказывалось на увеличении осадок при его оттаивании уже после завершения проходки.

Максимальные величины деформаций дневной поверхности при строительстве эскалаторных тоннелей составляют 550 мм.

Следствием этого являлись значительные повреждения и разрушения существующих зданий и сооружений. Наиболее перспективным направлением решения этих проблем следует считать разработку малоосадочных технологий строительства выработок метрополитенов и внедрение конструктивных параметров их крепления, обеспечивающих минимизацию воздействия процессов строительства на деформации дневной поверхности.

Одной из таких технологий является так называемая комбинированная технология, сочетающая струйную технологию и рассольное замораживание грунта, реализованная при строительстве эскалаторного тоннеля станции «Звенигородская».

Станция метро Звенигорордская

Станция метро «Звенигородская». Источник: photosight.ru

 Закрепление массива jet-сваями осуществлено рядами вертикальных скважин, пробуриваемых вдоль оси наклонного хода. Цементация производилась зонально, обеспечивая создание грунтоцементного ограждения необходимой толщины. Для обеспечения безопасности проходки, наряду с цементацией было выполнено страховочное контурное замораживание наклонными скважинами, перекрывающее возможные «окна» в цементном камне. Замораживание выполнялось из расчета недопущения выхода контура заморозки за пределы закрепленного массива для обеспечения минимальных деформаций в процессе замораживания и последующего оттаивания. Разработка забоя осуществлялась экскаватором и отбойными молотками.

Крепление тоннеля выполнялось в два этапа. При проходке возводили временную обделку, представленную стальными кольцами из двутавра с заполнением пространства между ними тяжелым бетоном. После проходки на всю длину, на временную обделку наносили обмазочную гидроизоляцию и возводили постоянную монолитную железобетонную обделку.

Закрепление массива грунта

Закрепление вмещающего тоннель массива: 1-40 – замораживающие скважины; Тс1-Тс2 – наблюдательные термометрические скважины; Г1-Г4 – гидрогеологические скважины

Эффективность использованной комбинированной технологии была подтверждена сопоставлением данных исследований деформаций дневной поверхности с «классической» технологией. Данные измерений показали, что при применении комбинированной технологии смещения земной поверхности были в 5 раз меньше.

Другое направление снижения осадок дневной поверхности при сооружении эскалаторных тоннелей связано с применением тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК), с системой грунтопригруза, способной поддерживать забой, уравновешивая давление грунта и воды, а также воздействовать на грунт посредством нагнетания химических реагентов.

Строительство - Обводный канал

Начало проходки эскалаторного тоннеля станции «Обводный канал»

– Механизированная проходка наклонных ходов доказала свою эффективность? 

– Совершенствование технологии сооружения эскалаторных тоннелей с помощью ТПМК позволило добиться значительного снижения величины осадок дневной поверхности с 95 мм на станции «Обводный канал» до 46 мм на станции «Адмиралтейская» и 25 мм на станции «Спасская».

Результаты выполненных исследований показывают, что даже в крайне неблагоприятных горно-геологических условиях Санкт-Петербурга негативное воздействие на осадки земной поверхности и связанный с этим процесс разрушения зданий, попадающих в зону мульды сдвижения, может быть снижено с помощью предлагаемых технологий сооружения и конструкций обделок наклонных эскалаторных тоннелей. Во всех случаях при строительстве эскалаторных тоннелей проводили геотехнический мониторинг, в состав которого кроме контроля деформаций дневной поверхности входило определение напряженно-деформированного состояния системы «обделка – грунтовый массив».

Строительство эскалаторных тоннелей

Деформации дневной поверхности при строительстве эскалаторных тоннелей щитовым способом, мм 1 – ст. «Обводный канал», 2 – ст. «Адмиралтейская», 3 – ст. «Спасская»

Использование современных автоматизированных систем геотехнического мониторинга грунтового массива (в комплексе с традиционными методами контроля) при проходке подземных сооружений различного назначения, особенно в условиях городской застройки, является эффективным элементом технологического процесса, позволяющим значительно снизить риски возникновения аварийных ситуаций и повысить эффективность защитных геотехнических мероприятий.

Тоннель Адлер

тоннели, транспортная инфраструктура

Расскажите о нашей статье своим друзьям,
поделившись ссылкой в социальной сети

Комментарии (0)

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Настоящим подтверждаю, что я ознакомлен с политикой конфиденциальности
и согласен на обработку персональных данных. Подробнее

Наверх