Введение к работе
Актуальность. Сооружение эскалаторного комплекса станции метрополитена глубокого заложения представляет собой одну из наиболее сложных и трудоемких составляющих работ по строительству станции. Повышение эффективности конструктивных и технологических решений по сооружению наклонных эскалаторных тоннелей, относимых, как правило, к категории сооружений индивидуального типа (что связано с необходимостью взаимоувязки подземных и наземных строительных объектов в стесненных городских условиях), позволит значительно снизить как общие затраты на возведение станций, так и сократить сроки их строительства.
Анализ проектно-сметной документации строящегося метрополитена в г. Алма-Ате показал, что объем проходческих работ по сооружению эскалаторного тоннеля составляет не менее 8,7 % от объема проходческих работ для станции в целом, причем стоимость этих работ достигает 11,1% (для сравнения, на строительстве -Московского метрополитена эта стоимость достигает 15,1%).
Традиционная технология сооружения эскалаторных тоннелей предполагает проходку выработки укладчиком ТНУ-4а с обделкой из чугунных тюбингов диаметром 9,5 м. Однако, это инженерное решение в силу ряда экономических причин (высокой стоимости чугунных тюбингов или их отсутствия) в каждом конкретном случае требует тщательного анализа. В ряде случаев, например, при сооружении станции в аллювиальных отложениях, инженерно-геологические условия вполне позволяют использовать более экономичные конструкции и технологии сооружения наклонных тоннелей. Основным препятствием здесь при переходе на другие, более современные инженерные решения, является недостаточность научного и производственного обоснования новых решении для внедрения их в отечественную практику метростроения, в частности, ограниченный пока что объем экспериментальных исследований, в натурных условиях.
Кроме того, в существующих на сегодняшний день отечественных нормативных документах по проектированию
транспортных тоннелей различного назначения отсутствуют какие-либо конкретные указания, которые бы учитывали специфику наклонных эскалаторных тоннелей, вследствие чего проектировщикам часто приходится заведомо идти на нерациональные конструкции крепей и обделок.
Актуальность темы особенно возрастает в современных условиях перехода бывших социалистических стран на рыночные принципы экономики и хозяйствования.
Большое распространение в тоннеле- и метростроении за последнее время получил так называемый ново-австрийский метод сооружения тоннелей (НАТМ), что можно объяснить весомым экономическим эффектом, достигаемым от применения этого наукоемкого современного метода строительства. Например, в Германии (ФРГ) на строительстве метрополитенов (перегонных, эскалаторных и пешеходных тоннелей, станций пилоиного и колонного типов, камер и т.п.) только ,в 1987 г. НАТМ был принят к производству на 43 % общей длины выработок (около 25 км). При этом удалось снизить стоимость работ почти в 2 раза, а материалоемкость — на 30 %. С течением времени объемы применения НАТМ в мире неуклонно растут. ИАТМ находит широкое применение в Австрии, Швеции, США.
Таким образом, совершенствование и расширение области использования методов НАТМ в отечественной практике метростроения, в частности внедрение его в практику строительства эскалаторных тоннелей, представляется крайне актуальным.
Цель и задачи. Цель настоящих исследований — разработка эффективных конструкций и технологий с использованием элементов НАТМ для условий строительства метрополитенов в аллювиальных отложениях (напринере ftnm-Атм) при сооружении эскалаторных тоннелей с применением монолитных бетонных и железобетонных обделок взамен чугунных тюбинговых.
В соответствии с поставленной целью предстояло решить ряд научных и инженерных задач, в том чиспе:
выполнить анализ существующего состояния и оценить технический уровень отечественной технологии сооружения эскалаторных тоннелей;
\
разработан. специальные методики для проведения исследования статической работы обделок применительно к наклонным тоннелям;
осуществить постановку и провести комплекс натурных исследовании в производственных условиях по уточнению особенностей работы конструкций и технологии сооружения эскалаторных ттлшелеіі,
разработать применительно к. наклонным тоннелям
рекомендации и предложения по совершенствованию
конструкции монолитных обделок и технологии их
возведения па основе принципов НАТМ;
разработать технологическую схему сооружения наклонного эскалаторного тоннеля с горизонтальным. забоем для возможности частичного или полного устранения наклонного положения рабочей. площадки для работающих людей и оборудования, что позволило бы Снизить трудоемкость проходческих работ на 16-30 % и обеспечить тем самым возможность применения (при некоторой незначительной модернизации) серийно выпу каемой строительной техники;
разработать методику математического моделирования статической работы конструкций наклонного тоннеля, сооружаемого методом горизонтального забоя;
разработать методику анализа в производственных условиях напряженного состояния и нагруженности крепи (обделки) наклонного тоннеля по результатам измерениГ. и наблюдении за их деформациями.
Объектами исследований являлись эскалаторные тоннели.
Эксперименты проводили в производственных условиях на крепях и оиделках горных выработок Алмаатииского метрополитена (в перегонных тоннелях, руддворах, подходных выработках рабочих стволов у строящихся станций). При этом особое внимание уделяли измерениям проявлений горного давления на самых ранних стадиях его проявления — при возведении крепи, когда перераспределение внутренних усилий в системе "крепь-массив" идет наиболее интенсивно.
Методика исследований базировалась на использовании
результатов теоретических, опытно-экспериментальных и
конструкторско-технологических разработок ведущих
отечественных и зарубежных фирм и отдельных
исследователей, на проведении автором собственных аналитических и натурных экспериментов с разработкой специальных методик исследований статической работы крепей ( обделок ) и технологических параметров их возведения для решения задач по теме диссертации.
Диссертантом предложены и выносятся на защиту:
методика и результаты исследований статической работы временной крепи и обделки . наклонных тоннелей, сооружаемых с использованием элементов НЛТМ;
методика оценки нагруженности крепи (обделки) тоннелей по результатам натурных изменений и наблюдений;
результаты натурных исследований величины, характера проявления и развития горного давления в аллювиальных отложениях (для условий строительства АлмаатиНского метрополитена);
методика подбора и определения технологических параметров процесса сооружения наклонных эскалаторных тоннелей с монолитной бетонной обделкой;
варианты технологии сооружения эскалаторного тоннеля, разработанные по предложенной методике подбора и определения технологических параметров.
Научная новизна работы состоит в разработке автором оригинальных методик по подбору и определению технологических параметров процесса сооружения наклонных эскапаторных тоннелей с монолитной бетонной обделкой в условиях применения элементов НАТМ и по оценке нагруженности крепи (обделки) по результатам натурных измерений и наблюдений.
Практическая значимость работы состоит в возможности получения на основе разработанных автором методики подбора и определения технологических параметров процесса сооружения эскалаторных тоннелей и методики оценки нагруженности крепи (обделки) более точных , и надежных результатов по сравнению с ранее применяемыми методиками.
Использование этих методик позволило автору научно обосновать возможность и эффекшвность проходки
эскалаторных тоннелей с горизонтальным забоем для частичного или полного устранения неудобств, обусловленных наклонным положением строительной (рабочей) площадки в забое наклонного' тоннеля при традиционной технологии.
Реализация работы. С учетом проведенных комплексных исследований были рекомендованы, запроектированы и возведены облегченные монолитные железобетонные обделки подходных выработок на рабочих стволах строящихся в г.Алма-Ате станций метрополитена "Достык", "Алмалы", "Тулпар"; разработаны варианты технологии сооружения эскалаторных тоннелей с элементами НАТМ; составлена рабочая документация на сооружение эскалаторного тоннеля.
Документация согласована Заказчиком (Дирекцией
строящегося метрополитена г. Алма-Аты), Проектировщиком (фирма "Метропроект" - "Алмаатагнпротранс"), Подрядчиком (ПСО "Алмаатаметрострой") и принята к производству.
В настоящее время ведутся работы по обустройству строительной площадки и сооружению надшахтного комплекса.
Технико-экономическое сравнение строительства
эскалаторного тоннеля но предложенному автором варианту с базовым показало, что расчетный экономический эффект в ценах 1984 г. составляет 5.21 тыс. руб на nor. м готового тоннеля.
Апробация работы. Основные положения диссертации
доложены и обсуждены на секции "Тоннели и
метрополитены" Ученого Совета ОАО "ЦНИИС" (1994,
1996 гг.), на научном семинаре АН СССР "Средства
измерений н испытаний для обеспечения сейсмостойкости
сооружений" (Армения, г. Ереван, май 1990 г.), на
Всесоюзной IX конференции по механике горных пород
(Киргизия, г. Фрунзе, 1989 г.), на научно-технических и
производственных совещаниях . по строительству
метрополитена в г. Алма-Ате: на фирме "Метропроскт-Алмаатапптротранс", ПСО 'Алмаатаметрострой", в ДСМ г. Алма-Ата (1990- 1994 гг.).
Публикации. Работы по тематике диссертации нашли отражение в четырех научно-исследовательских отчетах по тематике НИЦ 7М. По материалам диссертации опубликовано три печатных работы автора.
