книги / Строительство подземных сооружений в городах

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Г.Я. Кошев

СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ В ГОРОДАХ

Курс лекций

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета 2014

ББК 38.2 УДК 624.131

К 76

Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор С.С Андрейко (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

канд. техн. наук С.Ю. Нестерова (Березниковский филиал

Пермского национального исследовательского политехнического университета)

Кошев, Г.Я.

К 76 Строительство подземных сооружений в городах: курс лекций / Г.Я. Кошев. -

Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехи, ун-та, 2014. - 177 с.

ISBN 978-5-398-01343-6

Изложен курс, читаемый студентам направления «Горное дело». Отражены назначение и порядок обустройства городских подземных комплексов, а также методы и технические средства, используемые в строительстве подземных сооружений в

городах.

Предназначено для студентов очно-заочной формы обучения по специальности

21.05.04 (130 400) «Горное дело».

УДК 624.131

3

4

Лекция 1. Городские подземные комплексы

1.1.Принципы организации городского подземного строительства

всверхкрупных, крупнейших и крупных городах

Ксверх-крупным относятся города с населением более трех миллионов человек, к крупнейшим -города с населением от одного до трех миллионов человек, к крупным - города с населением от 250 до 1000 тысяч человек.

Мировая и отечественная практики свидетельствуют о значительном градостроительном эффекте использования подземного пространства: в подземном пространстве крупнейшего города может находиться до 70 % общего объема гаражей,

до 80 % - складов, до 50 % - архивов и хранилищ, до 35 % - учреждений, НИИ, вузов и др. Подземные транспортные и инженерные коммуникации - единственное реальное средство, позволяющее радикально решить городские транспортные и коммунальные проблемы. Вместе с тем, масштабное освоение подземного пространства требует привлечения больших денежных средств, поэтому при планировании подземного строительства в крупнейших городах Российской Федерации должны выдерживаться следующие требования:

-жесткая увязка с генеральный планом развития города;

-рациональное использование городских земельных ресурсов;

-поэтапность освоения подземного пространства;

-обеспечение максимального взаимодействия «новых» объектов с существующими надземными и подземными сооружениями.

Всверхкрупных и крупнейших городах целесообразно:

-создание развитого многофункционального пространства в виде ступенчатой или плоской платформы-стилобата - ниже нулевой отметки с максимальным сохранением природного ландшафта;

- формирование многофункционального подземного пространства, организуемого для общественного и транспортного обслуживания населения в наиболее напряженных зонах города с критической транспортно-пешеходной ситуацией;

- попутное строительство подземных сооружений над перегонными тоннелями

истанциями мелкого заложения или рядом с ними с развитием многофункциональных привестибюльных зон и метрополицентров;

- строительство совмещенных городских магистральных сетей в проходных многофункциональных коммуникационных коллекторах с созданием узлов обслуживания и ремонта.

Городская подземная застройка должна быть организована по многоярусному принципу.

Впервом ярусе на глубине до 15 м могут быть размещены общие проходные и полупроходные коллекторы инженерных коммуникаций, пешеходные переходы, транспортные развязки, тоннели, сооружения метрополитенов мелкого заложения, трех-, пятиэтажные подземные комплексы различного производственного и вспомогательного назначения, автотранспортные сооружения, объекты социальной и обслуживающей инфраструктуры.

5

Во втором ярусе на глубине до ЗСН-40 м целесообразно располагать транспортные тоннели, железнодорожные вводы, пересадочные узлы, многоярусные гаражи-стоянки, магистральные инженерные коммуникационные тоннели с сопутствующими сооружениями для их обслуживания, крупные склады и резервуары, В третьем ярусе на глубине более 30+40 м должны размещаться линии метрополитена глубокого заложения, транзитные транспортные тоннели, очистные сооружения, насосные станции, объекты энергетики, подземные предприятия со специфическим технологическим режимом, опасные производства, склады токсичных

материалов.

1.2. Укрупненная классификация городских подземных комплексов

Городские подземные сооружения целесообразно подразделить на две группы. Первая группа включает сооружения, предназначенные для непосредственного

обслуживания населения и обеспечения комфортности проживания в городе. К этой группе относятся метрополитен и метрополицентры, автотранспортные тоннели и развязки, подземные гаражи и автостоянки, подуличные переходы, инженерные сети, административно-культурные, торгово-бытовые, спортивные и рекреационные комплексы.

К второй группе следует отнести сооружения производственного назначения, обеспечивающие, в первую очередь, экологическую и промышленную безопасность и рациональное использование городских территорий: канализационные насосные станции, очистные сооружения различного рода, мусоросборочные и мусороперерабатывающие предприятия, промышленные предприятия либо отдельные объекты промышленных предприятий, склады и хранилища, в том числе хранилища особо опасных материалов и веществ, сооружения городского энергетического комплекса и т. п.

1.3. Подземные комплексы для обслуживания и обеспечения комфортности проживания населения

1.3.1. Городские автотранспортные тоннели иразвязки

Основные понятия

Тоннель - протяженное подземное сооружение, предназначенное для пропуска транспортных средств, движущихся по сопутным или встречным полосам в одном направлен™.

Развязка - подземное сооружение, предназначенное для пропуска транспортных средств в различных направлениях.

Тоннель-путепровод —сооружение для пропуска транспорта под насыпями или дорогами.

Тенденции развития городских транспортных коммуникаций в нескольких уровнях

Основные направления проектных решений и принципиальные подходы к проектированию подземных транспортных коммуникаций в сверхкрупных и крупнейших городах сводятся к следующему.

6

1.Тоннели и подземные развязки предназначаются для резкого повышения или выравнивания пропускной способности городских магистралей в условиях плотной городской застройки. Опыт Москвы показал, что создание системы подземных транспортных коммуникаций в узлах основных магистралей троекратно повысило их пропускную способность.

2.Строительство транспортных тоннелей, главным образом, определяется необходимостью организации автомагистралей непрерывного движения. Подземные развязки обеспечивают рациональное пересечение транспортных потоков в разных уровнях, исключают остановки транспортных средств у светофоров, повышают безопасность уличного движения.

3.Сопоставление вариантов строительства наземных и подземных автомагистралей свидетельствует о ряде преимуществ последних:

-уменьшение отводимых территорий в 4-5 раз; сохранность городской застройки;

- способность транзитного пропуска значительных транспортных потоков;

-простота организации движения в разных уровнях;

-полное разделение транспортных и пешеходных потоков;

-защита от неблагоприятных атмосферных воздействий, ухудшающих условия уличного движения;

-высокая степень сохранности городского ландшафта;

-улучшение экологической ситуации.

Перечисленные преимущества автотранспортных тоннелей и подземных развязок снижаются в периферийных городских зонах.

4. Тоннели и подземные развязки должны устраиваться, как правило, в центральных зонах городов на наиболее нагруженных направлениях и участках. Вместе с тем следует отметить, что строительство последовательного ряда подземных развязок, имеющих короткую закрытую часть и длинные въездные-выездные рампы (наклонные выработки, связывающие тоннель с земной поверхностью), затрудняет движение автомобилей и существенно ухудшает условия эксплуатации прилегающих дорог и улиц.

5.Необходимо предусматривать в будущем возможность создания полной системы внеуличных подземных магистралей, в состав которой должны органически вписываться тоннели и подземные развязки, решающие первоочередные транспортные проблемы.

6.В целях планомерного развития подземной автотранспортной сети, вплоть до создания подземной внеуличной системы, в состав генерального плана развития города необходимо включать резервные территории для связи подземных сооружений

споверхностью, а также для размещения объектов, обеспечивающих будущее строительство и эксплуатацию. Резервные территории могут использоваться до начала строительства для размещения временных объектов, предназначаемых для обслуживания населения.

8.Текущее проектирование тоннелей и подземных развязок должно исходить из дифференцированного подхода, В селитебной территории целесообразно предусматривать специализированную подуличную сеть, предназначенную для движения легкового транспорта, а полногабаритные сооружения использовать для пропуска транзитных грузовых потоков.

7

9. Следует учитывать перспективы развития подземных транспортных сетей в связи с ростом ценности городских земель и интенсивным развитием техники тоннелестроения.

10.При проектировании подъемных трасс необходимо принимать во внимание «эффект стены», близость встречных потоков, отсутствие обочин, ухудшение условий видимости, повышенный уровень шума, увеличение аэродинамического сопротивления движению автомобилей (до 15 %), искусственную вентиляцию.

11.Целесообразно предусматривать спрямление трасс, учитывая свободные и незастроенные территории, транспортную загрузку улиц в зоне трасс и характер застройки.

12.Размещение въездных-выездных рамп должно обеспечивать такое распределение транспортных потоков из тоннеля, которое бы не осложняло уличное движение.

Классификация городских транспортных тоннелей и развязок:

Тоннели и подземные развязки различают: - по глубине заложения: мелкие и глубокие.

По способу строительства: сооружаемые открытым, подземным и комбинированным способами.

По характеру расположения относительно земной поверхности:

-равнинные тоннели (с наклонными въездами-выездами - рампами);

-горные тоннели (сооружаются в городах с холмистым или гористым рельефом местности и оснащаются горизонтальными въездами-выездами - штольнями);

-подводные тоннели;

-путепроводные тоннели (под насыпями);

По виду въездов-выездов: с штольневыми въездами-выездами; наклонными рампами; спиральными рампами; комбинированными рампами.

По пропускной способности и числу полос: однополосные; двух полосные; трехполосные; многополосные.

Пропускная способность одной полосы равна 1000 автомобилей в час при скорости движения 60 км/ч (в пересчете на легковые автомобили: один грузовой автомобиль или один автобус приравниваются к двум легковым автомобилям; один сочлененный автобус, или один троллейбус, или один трамвай к трем легковым автомобилям).

Пропускная способность двух полос равна 1800 автомобилей в час. Пропускная способность трех полос равна 2400 автомобилей в час. Пропускная способность четырех полос равна 2800 автомобилей в час. По числу ярусов движения: одноярусные; двухярусные; многоярусные.

По форме очертания поперечного сечения: прямоугольные; сводчатые (с прямыми, с прямыми и обратными сводами); круговые; эллиптические и др.

По виду обделки (виду горной крепи): с монолитными железобетонными или бетонными обделками; сборными железобетонными обделками; тюбинговыми обделками;

- блочными обделками; набрызг-бетонными обделками; анкерными обделками; комбинированными обделками; без обделки (в прочных и устойчивых породах).

8

По категории автомобильной дороги (определяемой шириной и допустимой максимальной скоростью движения): с дорогами первой категории; второй категории; третьей категории; четвертой категории.

По габариту приближения строений: полногабаритные (для пропуска всех видов транспорта); малогабаритные (для пропуска легкового транспорта).

Основные элементы тоннелей

Сечения полногабаритных автодорожных тоннелей проектируются в соответствии с нормативными «габаритами приближения строений», рис. 1.1.

Рис. 1.1. Очертание габаритов приближения строений на дорогах 1,2 категории (а) и 3,4 категории (б): размер «Г» для тоннеля длиной более 300 м: 8500 мм - 1,2 категории; 8000 мм - третья категория; 7000 мм - четвертая категория.

Косновным элементам тоннелей относятся:

-собственно тоннель;

-въезды-выезды (рампы, штольни);

-порталы;

-площадки разворота, ниши для оборудования и карманы безопасности;

-тротуары и бордюры, разделительные полосы;

-водоотливный комплекс;

-вентиляционный комплекс;

-системы обеспечения безопасности, включая системы экстренной эвакуации водителей;

-служебные выработки и камеры;

-строительные выработки.

Характерные сечения полногабаритных автотранспортных тоннелей показаны на рис. 1.2, 1.3.

Типовая конструкция рампы из сборного железобетона приведена на рис. 1.4. Конструктивные схемы порталов, площадок разворота и ниш автодорожных тоннелей изображены на рис. 1.5,1.6.

На рис. 1.7 показан пример обустройства автодорожного тоннеля.

9

Рис. 1.2. Сечения полногабаритного автодорожного тоннеля глубокого заложения: 1 - обделка; 2 - габарит приближения строений.

Рис. 1.3. Сечения полногабаритного тоннеля мелкого заложения: 1,4 - соответственно боковые и средняя стены из буро-секущих свай; 2 - блок перекрытия; 3 - лоток.

10