2527
.pdfцементным раствором в нее на всю глубину вводят стальные стержни периодического профиля диаметром 20 30 мм с фиксаторами для центрирования в скважине так, чтобы рабочая часть стержня заделывалась в скважине. На откосе стержни закрепляют накладками и гайками, которые покрывают слоем набрызгбетона. Сравнительно невысокая материалоемкость, простота конструкции и технологии установки нагелей обусловливают эффективное применение нагельных стен при строительстве подземных сооружений в открытых котлованах.
Новая технология устройства нагельного крепления разработана в Японии. Во время бурения скважины вдоль ее оси направляется высоконапорная струя цементного раствора. Благодаря этому достигается опережающий размыв грунта, облегчающий образование скважины, а также цементация окружающего массива. В относительно устойчивых породах нагель погружают в зацементированную таким образом скважину, в более слабых породах можно забивать неизвлекаемый нагель, снабженный буровой коронкой, непосредственно в грунт. По данным испытаний, выдергивающая нагрузка нагелей, установленных с применением струйной цементации, в сравнении с традиционным способом составляет в выветрелом алевролите 35 кН против 10 20, в несвязном песчано-гравелистом грунте – 25 кН против 7.
14.3. РАСЧЕТ ВРЕМЕННОЙ КРЕПИ КОТЛОВАНОВ
Элементы временной крепи котлованов: сваи, шпунт, пояса, доски-затяжки, расстрелы и анкеры – необходимо рассчитывать по прочности, устойчивости и деформациям под воздействием бокового давления грунта и временных нагрузок, возникающих на различных этапах строительства (рис. 14.8).
При расчете свай и шпунта требуется определить оптимальную глубину их забивки в грунт ниже подошвы котлована, условия защемления в грунтовом массиве, установить интенсивность давления грунта и найти рациональное соотношение между размером профиля свай и их шагом вдоль длины котлована. Глубину погружения свай ниже подошвы котлована ориентировочно мож-
388
Рис. 14.8. Схемы расчета временной крепи котлована: а – г – свай; д – досок (затяжек); е – поясов; 1 – сваи; 2 – пояс; 3 – расстрел; 4 – анкер; 5 – доски (затяжки)
но принимать равной Н/2 в рыхлых грунтах и Н/3 Н/4 в плотных грунтах (Н – глубина котлована).
Проверку прочности свай выполняют по формуле
Mmax 
W Ru ,
где Mmax – максимальный изгибающий момент; W – момент сопротивления профиля сваи; Ru – расчетное сопротивление материала сваи при изгибе.
Продольные пояса рассчитывают по схеме многопролетной неразрезной балки, загруженной усилиями, передающимися со свай. Пролеты балки равны расстоянию между осями расстрелов или анкеров.
Расстрелы рассчитывают на действие усилий, передающихся со свай:
Np Pi l,
389
где Pi – усилие, приходящееся на 1 м длины ограждения стены; l – расстояние между расстрелами.
При расчете анкеров определяют их геометрические параметры (длину, шаг, наклон), количество и несущую способность. Геометрические параметры находят из расчета на устойчивость сваи или шпунта совместно с грунтовым массивом. Несущая способность анкера должна быть достаточной для восприятия анкером возникающих усилий в элементах временной крепи.
14.4. ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТ
При котлованном способе производство работ ведут по параллельной или последовательной схеме. В первом случае одновременно выполняют все технологические операции на различных участках котлована. Такая схема организации работ возможна, если подземное сооружение имеет длину более 100 150 м (станции и тоннели метрополитена). Во втором случае каждую технологическую операцию выполняют после завершения предыдущей на всей длине сооружения. Такую схему применяют при строительстве сравнительно коротких подземных сооружений, длиной менее 100 150 м, или когда невозможно раскрыть широкий фронт работ (автотранспортные развязки, пешеходные переходы). При этом сокращается длина участка работ, уменьшается потребность в рабочей силе, однако несколько замедляется скорость строительства. Порядок выполнения технологических операций (рис. 14.9):
1. Вначале выполняют подготовительные работы: перекладку подземных коммуникаций; мероприятия по обеспечению сохранности зданий, фундаменты которых расположены в зоне обрушения котлована; устройство водоотводных канав или отвалов, предохраняющих котлован от затопления ливневыми или талыми водами. Вдоль бровок будущего котлована вскрывают контрольные траншеи глубиной 1,5 2 м и шириной 0,5 0,8 м для выявления мест расположения подземных коммуникаций.
2. По контуру котлована производят забивку свай паровоздушными молотами, вибромолотами, дизель-молотами, вибропогружателями.
390
1
Рис. 14.9. Технологическая схема сооружения тоннеля в котловане со свайным креплением: I – вскрытие контрольной траншеи; II – забивка свай; III – разработка грунта; IV – планировка дна котлована; V – устройство бетонной подготовки; VI – гидроизоляция лотка; VII – монтаж обделки; VIII – гидроизоляция стен и перекрытия; IX – обратная засыпка конструкции; X – извлечение свай; 1 – установка для извлечения свай; 2 – каток; 3 – ограждение котлована; 4 – козловой кран; 5 – трейлер; 6 – бадья для бетона; 7 – бульдозер; 8 – экскаватор; 9 – установка для забивки свай; 10 – автосамосвал; А – Г – этапы разработки котлована
3.Разрабатывают в котловане грунт экскаваторамидраглайнами с ковшом объемом 0,5 1 м3. Около свай грунт срезают бульдозерами. Вывозят грунт автосамосвалами в отвал, а часть грунта используют для обратной засыпки. Одновременно с разработкой грунта тщательно крепят стены котлована досками, заводимыми за полки свай и плотно расклиниваемыми между грунтом и сваями. С увеличением глубины котлована устанавливают продольные пояса-обвязки из швеллеров или двутавров, которые раскрепляют расстрелами либо анкерами. Монтаж поясовобвязок и расстрелов производят стреловыми или козловыми кранами. Для установки анкеров бурят скважины буровыми установками или пробивают их пневмопробойниками.
4.После раскрепления стен котлован разрабатывают до проектной отметки и планируют (зачищают и выравнивают) дно котлована бульдозерами.
5.После планировки дна котлована в его основание уклады-
вают слой бетона толщиной 10 15 см, так называемую подготовку. Затем устраивают выравнивающую стяжку, т. е. на подготовку наносят слой цементного раствора толщиной 3 4 см, хорошо выровненный и заглаженный. Одновременно с устройством подготовки вдоль боковых стен котлована возводят защитные стенки (шуцванд) высотой 0,75 1 м для гидроизоляции из асбоцементных листов толщиной 10 12 мм, кирпича, шлакоблоков, железобетонных плит толщиной 3 см.
6. Гидроизоляция выполняется по дну котлована и по всей высоте защитных стенок путем укладки 3 4 слоев гидроизола на битумной мастике. В настоящее время успешно применяют гидростеклоизол – битумный рулонный материал на стеклооснове с оплавлением покровного слоя в 1,5 2 мм газопламенными горелками. Затем в лотке для предотвращения повреждения изоляции укладывают защитный слой из цементного раствора толщиной 2 3 см.
7. Конструкцию тоннеля чаще всего выполняют из сборных элементов или из объемных цельных секций, реже из монолитного железобетона. Сборные конструкции монтируют при помощи стреловых или козловых кранов. Обделку из монолитного желе-
2
зобетона бетонируют в деревянной или металлической опалубке. Бетон доставляют с бетонного завода и подают к месту укладки кранами в контейнерах или бетононасосами. Укладывают бетон бетононасосами или пневмобетоноукладчиками с послойным уплотнением вибраторами.
8. Зазор между стреловыми блоками и защитной стенкой заливают цементным раствором и покрывают гидроизоляцией стены и перекрытие. По перекрытию укладывают слой бетона толщиной 15 20 см, армируя его стальной сеткой.
9. Готовую конструкцию засыпают грунтом. За стены отсыпают песчаный грунт слоями по 20 30 см с поливкой водой и уплотнением пневматическими или электрическими трамбовками, одновременно с двух сторон тоннеля. На перекрытие грунт отсыпают слоями 50 60 см, уплотняя его послойно катками или трамбовочными машинами. Засыпка котлованов производится отдельными участками длиной 20 30 м.
10.После засыпки грунта за стены тоннеля снимают расстрелы, пояса-обвязки и извлекают сваи копровыми установками, виброустановками и гидродомкратными сваевыдергивателями. Оставление свай (шпунта) допускается только в случае возможного возникновения при этом значительных деформаций расположенных вблизи зданий и сооружений.
11.В последнюю очередь выполняют отделочные и монтажные работы, восстанавливают дорожное покрытие и ликвидируют строительную площадку.
Котлованный способ характеризуется высокой степенью механизации, применением индустриальных конструкций, производительного землеройного и грузоподъемного оборудования. Однако в условиях плотной городской застройки и интенсивного уличного движения этот способ не всегда эффективен. Раскрытие широких и длинных котлованов приводит к нарушению движения городского транспорта и пешеходов на весь период строительства тоннеля, выполнению значительных объемов земляных работ, большому расходу металла и дерева на временное крепление. Устранение недостатков котлованного способа, снижение трудоемкости и стоимости работ, увеличение темпов и сокращение сроков строительства достигаются на практике совершенст-
3
вованием подземных конструкций, внедрением новых видов ограждений, механизацией гидроизоляционных работ.
Для избежания условий нарушения |
|
|
движения наземного транспорта на пери- |
|
|
од раскрытия котлована в зарубежной |
|
|
практике городского подземного строи- |
|
|
тельства получило широкое распростра- |
|
|
нение устройство через котлованы вре- |
|
|
менных мостов-перекрытий или сборно- |
|
|
разборных эстакад. По ним во время |
|
|
строительства тоннелей пропускают |
|
|
транспорт и пешеходов по направлению |
|
|
пересекающих или примыкающих улиц. |
|
|
Мосты-перекрытия располагают над |
|
|
котлованом по всей его длине или только |
|
|
по направлению пересекаемой магистра- |
|
|
ли. Их использование превращает котло- |
|
|
ванный способ из открытого в полуза- |
|
|
крытый, поскольку значительная часть |
|
|
работ выполняется под перекрытием. |
|
|
Конструкции мостов-перекрытий выпол- |
|
|
няют из металла и железобетона. Балоч- |
|
|
ные пролетные строения опирают на ог- |
|
|
раждение стен котлована (рис. 14.10). В |
|
|
Японии применяют мосты-перекрытия из |
|
|
стальных инвентарных плит, которые че- |
|
|
рез прогоны опираются на стальные бал- |
|
|
ки ограждения котлована (рис. 14.11). |
|
|
Каждая плита состоит из пяти двутавро- |
|
|
вых балок №20, к которым со всех сторон |
|
|
приварены стальные листы. Такие плиты |
|
|
характеризуются высокой прочностью и |
|
|
жесткостью, небольшой массой (312 кг), |
Рис. 14.10. Техно- |
|
многократной оборачиваемостью, удоб- |
логическая последова- |
|
ными условиями монтажа и демонтажа. |
тельность строительства |
|
Между плитами и прогонами укладывают |
тоннеля под временным |
|
перекрытием |
||
звукоизолирующие прокладки. |
||
|
4
В Европе (Германия, Голландия, Бельгия) применяют мос- ты-перекрытия из преднапряженных железобетонных плит, опирающихся на ограждение котлована из буронабивных свай, стального шпунта или траншейных «стен в грунте» (рис. 14.12).
Рис. 14.11. Конструкция стальной плиты моста перекрытия: 1 – лист с точечными выпусками; 2 – винт; 3 – резиновая прокладка; 4 – анкерная плита; 5 – перегородка
Рис. 14.12. Строительство тоннеля под железобетонным перекрытием: 1 – железобетонный лоток; 2 – шпунт «Ларсен»- 23; 3 – железобетонное перекрытие; 4 – линия железной дороги; 5 – уровень грунтовых вод; расстояния в метрах
5
Под защитой перекрытия в котловане возводят конструкции тоннеля из монолитного или сборного железобетона либо цельных секций (рис. 14.13).
Наряду со стальными стационарными и железобетонными мостами-перекрытиями используют подвижные стальные перекрытия, которые с помощью гидродомкратов перемещаются вдоль котлована по мере строительства тоннеля.
Кроме мостов-перекрытий применяют сборно-разборные эстакады, которые часто располагают вдоль строящегося тоннеля над раскрытым котлованом. Эстакады представляют собой многопролетные конструкции рамного типа, состоящие из плитных пролетных строений, ригелей и двухстоечных опор столбчатого типа и фундаментов – сборных железобетонных плит (рис. 14.14).
Рис. 14.13. Технологическая схема надвижки секций обделки в котловане под временным перекрытием: 1 – временное перекрытие; 2 – козловой кран; 3 – монтируемая секция обделки; 4 – контейнер с грунтом; 5 – бункер; 6 – автосамосвал; 7 – монтажная камера; 8 – гидравлические домкраты; 9 – упор; 10 – откаточные пути; 11 – бетонная плита; 12 – надвигаемая секция обделки; 13 – экскаватор; 14 – крепь котлована; 15 – пандус; расстояние в метрах
6
|
а) |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 14.14. Попе- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
речные сечения (а) и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
конструкция (б) эстака- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ды: 1 – блок пролетного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
строения; 2 – стыковоч- |
|
б) |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
ное приспособление; 3 – |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
1 |
|
ограждение; 4 – ригель; |
||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 – стойки; 6 – фунда- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ментная плита |
|
|
|
|
|
|
|
Опыт примене- |
||
|
|
|
4 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
ния |
подобных эста- |
|||
5 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
||||||
|
5 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
кад |
в |
г. |
Брюсселе |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
(Бельгия), где в ус- |
|||
|
|
|
|
|
|
ловиях |
плотной го- |
||
|
|
6 |
|
|
родской |
|
застройки |
||
|
|
|
|
|
|
было построено мно- |
|||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
го тоннелей мелкого |
|||
|
|
|
|
|
|
заложения |
в откры- |
||
|
|
|
|
|
|
тых котлованах, по- |
|||
казал их эффективность. Монтаж и демонтаж эстакады длиной 450 м и массой 1100 т выполнялся менее двух суток. Нарушение движения наземного транспорта сводилось к минимуму.
Г л а в а 15
ОТКРЫТЫЙ ЩИТОВОЙ СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА ТОННЕЛЕЙ
15.1. СУЩНОСТЬ СПОСОБА
В целях максимальной механизации работ при строительстве тоннелей мелкого заложения открытым способом, использования технологии строительства, которая позволяет исключить шум и вибрацию, осадку поверхности земли и сооружать тоннели в непосредственной близости от фундаментов зданий, сохраняя их целостность, применяют щитовой способ с подвижной металли-
7