Городские подземные транспортные сооружения - Маковский Л.В.

Author: Маковский Л.В.
Tags: подземное строительство земляные работы фундаменты строительство тоннелей архитектура транспорт учебное пособие для вузов подземные сооружения издательство стройиздат автомобильно дорожные специальности
Year: 1985
Similar
Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений.
Гид по геотехнике (путеводитель по основаниям, фундаментам и подземным сооружениям)
Вентиляция тоннелей и подземных сооружений
Text
                    M 16	I	
УДК 624.19*+.494t625.712.35(675.8) +fi+035.4: 711.7(075.8)
Рецензент — главный специалист Метрогипротранса Е. С. Барский
Маковский Л. В.
М 16 Городские подземные транспортные сооружения.
Учеб, пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. н
доп. — АТ.: Стройиздат, 1985.—439 с., ил.
Отражены вопросы изысканий, проектирования и строительства
городских подземных грансиортных соору/кений. Содержатся общие
данные о городских подземных сооружениях, обоснована их технико-
экономическая эффек I явность, приведены примеры из практики под-
земного строительства в городах. Освещаются вопросы проектирова-
ния подъемных сооружении. Рассмотрены методы определения нагру-
зок и статического pac’icia конструкций подземных сооружений пря-
моугольного. сводка юсе и кругового очертания. Даны сведения об
организации ц технологии ciронтсльства подземных сооружений.
Для ст у.тентов автомобильно-дорожных специальностей высших
учебных заведений.
м< 3205000000—334
м------------96—85
047(01) — 85
72Ж52 Г
ЕБК 38.74
6С8
@ Стройиздат, 1979
У Стройиздат, 1985, с изменениями
ВВЕДЕНИЕ
Основными направлениями экономического и социального развития СССР
на 1931 — 1985 годы и на период до 1990 года, принятыми на XXVI съезде
КПСС, намечена широкая программа перспективного развития всех отраслей
экономики, направленная на обеспечение дальнейшего роста благосостояния со-
ветских людей. Для реализации этой программы разработаны комплексные
меры, включающие развитие науки, промышленности, сельского хозяйства,
ускорение технического прогресса, совершенствование транспортных систем,
охрану природной среды и пр. Это в полной мере относится к развитию
крупных городов, представляющих собой непрерывно развивающиеся комплек-
сы, выдвигающие перед обществом многочисленные административные, хозяй-
ственные, социальные, санитарно-гигиенические и другие задачи. Непрерывное
углубление урбанизации приводит к дальнейшему росту крупных и крупнейших
городов, к концентрации в них большей части населения.
По прогнозам, к 2000 г. в городах будет проживать 80 85% всего
населения планеты. Сейчас в мире существует более 300 городов с населением
250 тыс. — 1 млн. чел. и более 100 городов с населением 1 —10 млн. чел.
В нашей стране и за рубежом получают распространение сложные город-
ские комплексы — агломерации, представляющие собой сочетание крупнейшего
города с населением более 1—2 млн. чел. с небольшими городами-спутниками.
В СССР сейчас насчитывается 30 таких агломераций. За счет слияния не-
скольких агломераций возникают «сверхгорода» — мегалополисы, занимающие
огромные территории с населением в несколько десятков миллионов человек
(Токио — Осака в Японии, Бостон—Вашингтон в США).
Среди многообразных проблем крупнейших городов одной из наиболее
важных и актуальных является проблема транспорта. В последнее время
наблюдается резкое возрастание темпов роста числа автомобилей, опережающих
в 4—5 раз темпы роста народонаселения и в 3—3,5 раза темпы строительства
автомобильных дорог. В настоящее время мировой парк автомобилей состав-
ляет около 300 млн., а к 2000 г. он возрастет до 600—750 млн. Особенно
быстрыми темпами развивается производство легковых автомобилей, значи
гельная часть которых концентрируется в городах. Число автомобилей на 1000
жителей в крупнейших городах Западной Европы составляет примерно 250—
1 >0, а в городах США — 300—400; к 2000 г. возможно увеличение этого
Указателя до 500—600.
В больших городах Советского Союза еще не достигнуты столь высокие
1емпы, однако дальнейшее развитие процесса урбанизации и резкое увеличение
выпуска автомобилей в нашей стране дают основание полагать, что к 2000 г.
iHi'.io их значительно увеличится. Хотя, в отличие от капиталистических горо
дов, в Москве и других городах нашей страны хорошо развита сеть общест
транспорта, резкое увеличение степени автомобилизации, несомненно,
вызовет определенные трудности, к преодолению которых следует готовиться
заранее.
Перенасыщение городов автомобилями создает настоящий транспортный
кризис, парализует движение, нарушает экологическую систему и неблагопри-
ятно .сражается на жизни населения. Как следствие, для большинства круп-
ных городов характерны: резкое снижение скорости движения автомобилей; ис-
черпание пропускной способности уличных проездов и магистралей; нарушение
1* Зак 104
3
условий безопасности движения; нехватка мест для стоянок автомобилей;
ухудшение архитектурно-планировочной структуры; загрязнение воздушного
бассейна; повышение уровня шума и вибрации.
Необходимы комплексные меры, направленные на интеграцию и координи-
рованное развитие всех транспортных систем, рациональное сочетание и ис-
пользование всех видов общественного п индивидуального транспорта, а также
совершенствование транспортных сетей в городах. Реализация этих мероприя-
тий возможна по следующим основным направлениям:
преимущественное развитие общественного транспорта;
модернизация существующих и создание новых транспортных средств;
совершенствование организации и регулирования движения уличного транс-
порта н упорядочение пешеходного движения;
реконструкция существующих п строительство новых наземных скоростных
дорог н магистралей непрерывного движения;
пазвитие виеуличных транспортных систем.
Наличие и городах хорошо развитой улично-дорожной сети с различными
транспортными сооружениями, а также систем виеуличных магистралей при
четком взаимодействии всех видов общественного и индивидуального, скорост-
ного и местного транспорта гарантирует быструю и удобную связь междз все-
ми районами города.
В общем комплексе городских транспортных сооружений важное место
занимают подземные сооружения. Тоннели и станции метрополитена, подзем-
ные автостоянки и гаражи, транспортные, пешеходные коллекторные тонне-
ли — вот далеко не полный перечень подземных сооружений, без которых не-
возможна жизнь современного крупного города. Наряду с отдельными, не
связанными между собой подземными сооружениями возводят крупные подзем-
ные транспортные и многофункциональные комплексы, соединенные сетью про-
тяженных тоннелей. Во многих городах предусматривается строительство вне-
уличных подземных автомагистралей значительной протяженности. Большое чис-
ло тоннелей и подземных сооружений предстоит построить и для новых ско-
ростных видов транспорта.
Серьезное внимание в нашей стране уделяется вопросам рационального ис-
пользования подземного пространства в крупных городах. В соответствии с
решениями XXVI съезда КПСС предусматривается дальнейшее \ лцщшие
гранспорнюго обслужишь,ия населения. Эго обз ст.озл.чваез, в частности, пеоб
ущпычь создания развитой сети подземных сооружений и сочетании . удоб-
ной и доступной наземной транспортной системой. Осуществление программы
подземного строительства в городах требует решения ряда сложных архитек-
турно-планировочных и строительных задач, разработки новых инженерных ре-
шений с учетом прогрессивного опыта, накопленного при возведении разнооб-
разных подземных сооружений в СССР и за рубежом.
Учебное пособие охватывает круг вопросов, связанных с проектированием и
строительством городских автотранспортных и пешеходных тоннелей, потомных
автостоянок и гаражей, тоннелей подводных и горного тнчч. Осиовыс <хч>бщшости
содержания и научно-методического пост росши-; учебного поеобщ, об.слоплены
комплексным характером данной дисциплины, имеющей свою специфике и тесно
связанной с другими общетехиическимп к специальными .щсцнтьшшпн:. Общее
построение учебного пособия аналогично предыдущему издашцо и пре.ц сматрива-
ез последовательное изложение вопросов изысканий, проектирования. с!|'оитель-
4
ства и эксплуатации различных подземных сооружений п соответствии с их назна-
чением, инженерно-геологическими и градостроительными условиями с учетом
требований охраны городской среды.
Дается сравнительный анализ объемно-планировочных, конструктивных и
технологических решений с выделением наиболее характерных особенностей;
многие положения иллюстрируются примерами из опыта подземного строитель-
ства. В учебном пособии широко используются современные достижения теории и
практики в рассматриваемой области, знание которых необходимо студентам спе-
циальностей «Автомобильные дороги» и «Мосты и тоннели» — будущим ин-
женерам, строителям транспортных сооружений. По сравнению с предыдущим
изданием учебное пособие несколько расширено (включены новые главы X н XI)
и переработано в соответствии с изменениями нормативных документов и совре-
менными тенденциями в области подземного строительства.
Глава L ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДЗЕМНЫХ
СООРУЖЕНИЯХ
§ 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА
В ГОРОДАХ
Целесообразность подземного строительства. Возрастающие
объемы жилищного и коммунального строительства, дальнейшее
развитие дорожно-транспортных сетей, возведение новых инже-
нерных объектов п сооружений, промышленных предприятий
и т. п. требуют отвода значительной городской территории, де-
фицит которой, особенно в центральных районах городов с каж-
дым годом возрастает. При этом в больших городах все острее
ощущается нехватка земельных участков для разбивки новых
скверов и парков, создания пешеходных зон, спортивных площа-
док и пр. Поэтому необходимы повышение плотности застройки,
образование новых искусственных уровней, использование
объемных градостроительных решений. Современные города
расширяются не только по горизонтали, но и по вертикали с
использованием наземного и подземного пространства. Верти-
кальное зонирование способствует разделению транспортных и
пешеходных потоков, транзитного и местного, скоростного и обыч-
ного транспорта. При этом возможны различные варианты распо-
ложения транспортных магистралей и пешеходных путей: в уро-
вень с землей, лад или под землей.
Успешному решению городских транспортных проблем спо-
собствуют комплексное освоение и использование подземного
пространства, т. е. размещение под землей различных объектов
и сооружений для пропуска транспорта и прокладки инженерных
коммуникаций, временных и постоянных стоянок автомобилей,
объектов инженерного оборудования, предприятий торговли,
коммунального обслуживания и т. п.
Строительство подземных объектов в городах должно осущест-
вляться комплексно п планомерно, чтобы они создавали с назем-
ными и надземными сооружениями единую взаимосвязанную про-
странственную систему. В первую очередь подземное пространст-
во должно осваиваться в центральных районах городов, имеющих
наибольший дефицит в свободных территориях и максимально
загруженных транспортом, с учетом естественного рельефа мест-
ности (холмов, возвышенностей, откосов, горных склонов и т. п.).
что в значительной степени облегчает устройство подземных
путей.
Комплексное использование подземного пространства огра-
ничивает дальнейший рост территории крупных и крупнейших
городов и позволяем радикально решить многочисленные градо-
строительные, транспортные, инженерные и социальные задачи.
При активном использовании подземного пространства появля-
ется возможность:
6
значительно улучшить архитектурно-планировочную структу-
nv городов;
освободить поверхность земли от многочисленных сооружении
вспомогательного характера;
рационально использовать городские территории для жилищ-
ного строительства, создания парков, скверов, стадионов, зеле-
ных насаждений, «безавтомобильных» зон;
улучшить санитарно-гигиеническое состояние города,
сохранить архитектурные памятники;
эффективно разместить объекты инженерного оборудования;
использовать в случае необходимости подземные сооруже-
ния для целей гражданской обороны.
Решение транспортной проблемы возможно за счет:
обеспечения непрерывного и скоростного движения городского
транспорта;
разделения пешеходных и транспортных потоков;
создания компактных транспортных комплексов (пересадоч-
ных узлов, вокзалов и т. п.);
организации автомобильных стоянок;
улучшения транспортного обслуживания населения.
Учитывая специфические особенности подземных сооруже-
ний— отсутствие естественного освещения и вентиляции, изоля-
цию от внешней среды, под землей в первую очередь следует
располагать такие объекты, в которых время пребывания людей
ограничено: транспортные сооружения, музеи, кинотеатры, мага-
зины и т. п.
Ощущение, что находишься под землей, может быть устране-
но специальным архитектурно-эстетическим оформлением поме-
щений, приданием им впечатления легкости и надежности. Для
того предусматривают чередование подземных помещений с
наземными, устраивают ложные окна, световые дворы, отверстия
в перекрытии, искусственное освещение, вентиляцию и кондици-
онирование воздуха.
Для уменьшения числа обслуживающего персонала в подзем-
ных сооружениях необходимо по возможности автоматизировать
псе процессы, связанные с их эксплуатацией.
Создание большого числа подземных сооружений в городах
сопряжено с определенными трудностями, возникающими на ста-
дии изыскательских работ, проектирования, строительства и
<ксплуатац;ш сооружений. Сложны и выбор рационального
ооъемко-планировочного решения подземного сооружения и увяз-
ьа его с архитектурным ансамблем прилегающих наземных со-
Ч>\лопин. Для связи отдельных подземных ярусов между собой
л с поверхностью земли, а также с другими подземными и на-
42 энными сооружениями необходимо устройство горизонтального,
вертикального или наклонного транспорта (лифтов, эскалаторов,
движущихся тротуаров и пр.). Кроме того, возведение подзем-
ных сооружений в большинстве случаев связано с необходи-
7
мостью переустройства инженерных коммуникаций и усиления
фундаментов расположенных поблизости зданий. В процессе
строительства подземного сооружения требуется выполнить зна-
чительные объемы земляных работ и создать мощные и водоне-
проницаемые несущие конструкции. Однако с этими трудностями
строители успешно справляются, о чем свидетельствует опыт
строительства различных подземных сооружений во многих го-
родах Советского Союза и за рубежом.
Социально-экономическая эффективность подземного строи-
тельства. Строительство подземных сооружений сопряжено со
значительными капитальными вложениями. В зависимости от ви-
да подземного объекта, а также от градостроительных и инже-
нерно-геологических условий стоимость строительства подземных
сооружений может в 1,5—2 раза и более превышать стоимость
строительства аналогичных наземных сооружений. Эта разница
в стоимости может быть значительно меньшей при наличии плот-
ной городской застройки и интенсивном движении транспорта и
пешеходов, когда стоимость наземных сооружений значительно
возрастает (за счет необходимости сноса зданий, переоборудо-
вания транспортных и пешеходных путей) и приближается к
стоимости подземных сооружений. Стоимость строительства под-
земных сооружений существенно снижается при размещении их
в общем комплексе с наземными сооружениями, при благопри-
ятных инженерно-геологических условиях, позволяющих приме-
нять прогрессивные индустриальные конструкции, скоростные и
экономичные способы строительства, а также при малых объ-
емах работ по перекладке подземных коммуникаций. Кроме
того, разница в стоимости строительства наземных и подземных
сооружений во многом компенсируется социальными и градостро-
ительными преимуществами подземного размещения объектов.
Таким образом, в расчетах эффективности комплексного освое-
ния подземного пространства необходима оценка не только ин-
женерно-технических, но и социально-экономических результатов
строительства (улучшение условий проживания людей, сокраще-
ние затрат общественного времени трудящимися, оздоровление
городской среды), а также экономическая оценка земель, отво-
димых для подземного строительства.
В соответствии с рассмотренными условиями социально-эко-
номический эффект подземного строительства может быть выяв-
лен при сравнении всех затрат на возведение и эксплуатацию под-
земного и аналогичного наземного сооружения. При этом не-
обходимо в каждом отдельном случае учитывать особенности дан-
ного сооружения, место его расположения, характер планировки
и застройки городского района, условия движения наземного тран-
спорта и пешеходов, степень благоустройства и инженерного обо-
рудования территории и т. п. Экономическую эффективность под-
земного строительства в городах следует оценивать не только для
отдельно взятого объекта, но и для всего комплекса подземных
сооружений многофункционального назначения.
8
У — ,	(Ы)
Ai a в
Общая величина социально-экономического эффекта опреде-
ляется в результате расчета сравнительной эффективности капи-
тальных вложений, которая представляет собой отношение до-
полнительного эффекта от реализации программы подземного
строительства к размеру капитальных вложений, обусловивших
получение этого эффекта1.
Дополнительный социально-экономический эффект от под-
земного строительства получают как разницу между общим со-
циально-экономическим эффектом при строительстве наземного
объекта Ап и подземного сооружения Дп. Таким образом, сравни-
тельная эффективность подземного строительства может быть по-
лучена из выражения
/г
2 Мп-А<)
9	__ —f----------
п.с п
(Вп-Вн)
п
где Эп.с — расчетный коэффициент сравнительной эффективности;^ (Аш—4Н.)—
I
дополнительный социально-экономический эффект от подземного строительства
п
объектов от i до п, тыс. руб.У (Вп—Вн) — дополнительные капитальные вло-
г
жения при подземном строительстве объектов от i до п, тыс. руб.
Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений на
подземное строительство
п
гок= 1/5п с (АВ/АЛ).	(1.2)
Величину коэффициента эффективности капитальных вложе-
ний при комплексном использовании подземного пространства
принимают равной 0,12—0,1. а срок окупаемости капитальных
вложений — до 10 лет.
Для подземных комплексов многофункционального назначе-
ния социально-экономическую эффективность следует определять
как сумму частных эффектов от создания каждого из подземных со-
оружений, входящих в этот комплекс. При определении степени эко-
номической эффективности подземного строительства необходимо
принимать во внимание долговременный эффект от строительства
подземных сооружений, связанный с высвобождением территорий,
улучшением инженерно-экономических и социально-экономичес-
ких показателей. При этом существует понятие комплексной гра-
достроительной оценки территории города, определяющее не толь-
ко прямые затраты на строительство и эксплуатацию подземных
1 Руководство по составлению схем комплексного использования подземного
пространства крупных и крупнейших городов. М., Стройиздат, 1978, 74 с.
9
сооружений капитальные вложения на благоустройство и инже-
нерное оборудование территорий, но и целый ряд других показа-
телей (например, затраты на снос жилых и коммунальных здании,
ликвидацию скверов и парков, улучшение транспортного обслужи-
вания населения и состояния окружающей среды и др.).
Эффект от высвобождения городских территорий в связи с
подземным строительством существенен. Например, при прокладке
1 км наземной 6-полосной автомагистрали требуется 4,5—7 га
территории, а для строительства 1 км такой же, но подземной
автомагистрали — 0,1 га.
По расчетам НИИ экономики строительства 1 осстроя СССР,
комплексное использование подземного пространства в Москве
позволит высвободить более 5 тыс. га городской территории, при-
чем стоимость 1 га составляет в среднем около 250 тыс. руб. и
изменяется от 100 тыс. руб. на периферии до 3 млн. руб. в цен-
тральной части города. Как известно, в условиях социалистичес-
кой собственности земля не является товаром и стоимость ее не-
обходима только для сравнения ценности территорий, используе-
мых для строительства.
Учитывая высокую стоимость подземного строительства, может
оказаться целесообразным постепенное осуществление програм-
мы комплексного использования подземного пространства в го-
родах. При этом очередность возведения подземных объектов
устанавливается в зависимости от потребностей города. Распрост-
ранена также*практика поэтапного ввода в эксплуатацию отдель-
ных объектов, входящих в состав крупных подземных сооружений.
Классификация городских подземных сооружений. Подземны-
ми принято называть такие сооружения, главные части которых
по эксплуатационным соображениям расположены под землей.
Подземные сооружения в современных городах многочисленны и
разнообразны и могут быть предназначены для пропуска или хра-
нения транспортных средств (тоннели, гаражи), размещения про-
мышленных, коммунально-бытовых, торговых и зрелищных пред-
приятий, а также иметь многоцелевое назначение — объединять
транспортные, инженерные объекты, предприятия торговли, соору-
жения гражданской обороны и пр. Перечисленные сооружения
могут быть расположены под землей полностью или частично.
Например, подземными могут быть отдельные помещения назем-
ных сооружений: гаражей, вокзалов, аэропортов, торговых цент-
ров, высотных жилых и административных зданий.
Среди многочисленных городских подземных сооружений зна-
чительное место занимают транспортные сооружения, отличаю-
щиеся по назначению, планировочной схеме, месту расположения
в городе, глубине заложения и способу строительства (рис. 1. 1).
Кроме того, подземные транспортные сооружения могут отличаться
по форме и размерам поперечного сечения, видам материала и
конструктивным особенностям, условиям проветривания, освеще-
ния и т. п.
В соответствии с планировочной схемой различают протяжен-
10
Рис. 1.1. Классификация
городских подземных транспортных сооружений
ные подземные сооружения — тоннели, длина которых во много
раз превышает размеры поперечного сечения, и подземные соору-
жения ограниченной длины. Тоннели в зависимости от назначе-
ния могут быть транспортными: автодорожными, железнодорож-
ными, для метрополитена, скоростного трамвая, специальных ви-
дов транспорта (поезда монорельсовой дороги, поезда на магнит-
ной или воздушной подушке, средства пневмотранспорта и т. п.),
а также пешеходными или совмещенными для движения различ-
ных видов транспорта и пешеходов. Например, по разным отсе-
11
Рис. 1.2. Схемы городских подземных сооружений
а — автотранспортный тоннель; б — пешеходный тоннель; в — гараж-стоянка; г -- много-
ярусный транспортный комплекс; д — станция метрополитена: / — тоннель; 2 — рампа; 3 —
лестничные сходы; 4—стоянка; 5—монорельсовая дорога; 6—тоннель метрополитена
Рис. S.3. Подземные сооружения под
а — изолированное; б-- встроенное;
препятствием; <3 — ш>д естественным
застроенной (о. о, в) и незастроенной (?. d. е) тер-
риториями
в—встроенно-прлстроенпое; г—под искусственным
высотным препятствием; е — под водной преградой
12
кам одного тоннеля могут перемещаться автомобили, поезда мет-
рополитена, поезда городской железной дороги и пешеходы.
Подземные транспортные сооружения ограниченной длины мо-
гут быть предназначены для хранения транспортных средств (ав-
тостоянки и гаражи), размещения станций метрополитена, ско-
ростного трамвая или городской железной дороги, устройства пе-
ресадочных узлов и пересечений подземных автомагистралей, от-
дельных помещений вокзалов или аэропортов, для создания
пешеходных уровней и многоярусных транспортных комплексов
(рис. 1.2).
Подземные транспортные сооружения могут располагаться
под застроенной (рис. 1.3, а — в) и незастроенной (рис. 1.3, г — е)
городской территорией. В первом случае подземные сооружения
могут быть изолированными от поверхностных зданий и сооруже-
ний, а также встроенными или пристроенными. Встроенными на-
зывают подземные сооружения, совмещенные с подвальными эта-
жами зданий, а пристроенными-—сооружения, расположенные
рядом со зданиями и соединенные с ними подземными проездами
и переходами. Существуют также встроенно-пристроенные под-
земные сооружения.
При расположении подземных сооружений на свободных от
застройки участках городской территории их размещают под вне-
уличными скоростными автомагистралями или железными дорога-
ми, под скверами или парками, а также под различными естест-
венными или искусственными препятствиями. Так, для пересече-
ния холмов и других возвышенностей, разделяющих города на
части и затрудняющих сообщение между отдельными городскими
районами, сооружают транспортные и пешеходные тоннели горно-
го типа. В некоторых случаях в таких высотных препятствиях
размещают подземные гаражи и комплексы. Городские тоннели
часто пересекают и искусственные высотные препятствия: насыпи
автомобильных и железных дорог, дамбы и пр.
В большинстве крупных городов имеются различные водотоки
и водоемы: реки, каналы, озера, водохранилища и т. п. Для по-
стоянной транспортной связи между берегами сооружают не
только мосты, но и подводные тоннели. Под водными препят-
ствиями могут располагаться также и другие транспортные со-
оружения: автостоянки, гаражи, многоярусные комплексы.
Подземные транспортные сооружения могут располагаться на
различной глубине от поверхности земли. Различают подземные
сооружения мелкого заложения, расположенные на глубине Н до
10—12 м, и глубокого заложения — //>10—12 м (см. рис. 1.2).
Существуют и полуподземные сооружения, верхнее перекрытие
которых возвышается над поверхностью земли.
В зависимости от глубины заложения подземных сооружений,
их градостроительных и конструктивных особенностей, а также
инженерно-геологических условий строительство сооружений осу-
ществляют различными способами: открытым, опускным, горным,
щитовым, продавливания, причем в некоторых случаях эти спо-
13
собы применяют в сочетании со специальными работами по ис-
кусственному замораживанию, химическому закреплению грун-
тов, водопонижению и др. (см. гл. VII — X).
Влияние подземных транспортных сооружений на состояние
городской среды. Подземные транспортные сооружения играют в
основном положительную роль в оздоровлении городской среды,
поскольку позволяют высвободить территории на поверхности зем-
ли и перевести часть транспортных потоков в подземные усло-
вия. Это в свою очередь способствует улучшению планировочной
структуры городских районов, упорядочению пешеходного движе-
ния, снижению числа дорожно-транспортных происшествий и по-
вышению безопасности движения. Кроме того, разветвленная
сеть подземных транспортных сооружений улучшает санитарно-
гигиеническое состояние воздушного бассейна, поскольку с одной
стороны, уменьшаются загазованность, шум и вибрация, а, с дру-
гой стороны, освободившиеся территории могут быть отданы под
скверы, парки, зеленые насаждения.
Во многих случаях подземные транспортные сооружения стро-
ят специально для защиты окружающей среды от вредных воз-
действий автомобильного транспорта, для сохранения целост-
ности территорий и архитектурного облика городских районов.
Так, при расположении трассы автомобильной дороги в непос-
редственной близости от жилых зданий, учебных заведений,
больниц, библиотек, концертных залов движение на отдельных
участках переводят в тоннели, оборудованные системой искусст-
венной вентиляции и средствами защиты от шума и вибрации.
Об эффективности такого решения свидетельствует опыт строи-
тельства транспортных тоннелей в крупных городах нашей стра-
ны и за рубежом. Например, после сооружения транспортного
тоннеля на площади Маяковского в Москве максимальная кон-
центрация окиси углерода в этом районе снизилась приблизи-
тельно в 4 раза, резко уменьшилось также содержание в воздухе
углеводородов и окислов азота; в 3—4 раза снизилась загазован-
ность и запыленность воздуха после строительства в Москве и
других транспортных тоннелей. Если уровень шума на расстоя-
нии 15 м от кромки автомагистрали с интенсивностью движения
10 тыс. приведенных автомобилей в сутки достигает 80—95 дБ,
то после строительства тоннеля он снижается до 55—65 дБ.
Характер и степень влияния подземных транспортных соору-
жений на состояние городской среды во многом определяются
их назначением, объемно-планировочными и конструктивными
схемами, глубиной заложения, наличием в них того или иного
эксплуатационного оборудования. Например, автотранспортные
и пешеходные тоннели мелкого заложения, расположенные в
наиболее загруженных узлах пересечения, примыкания или раз-
ветвления магистралей, обеспечивают разделение автомобиль-
ных и пешеходных потоков, устраняют остановки автомобилей
перед светофорами и в определенной степени способствуют оздо-
ровлению окружающей среды. Однако следует иметь в виду, что
14
строительство по трассе автомагистрали относительно коротких
и часто расположенных транспортных тоннелей мелкого зало-
жения не всегда целесообразно с точки зрения охраны городской
среды, так как это приводит к ухудшению продольного профиля
магистрали. В свою очередь чередование подъемов и спусков на
крутых рамповых участках вызывает повышенные газовыделения
автомобильных двигателей и создает дополнительный транспорт-
ный шум. В связи с этим может оказаться предпочтительнее соз-
дание более протяженных тоннелей глубокого заложения, дубли-
рующих участки наземной дорожной сети и изолирующих интен-
сивные транспортные потоки. Особенно эффективно строительст-
во таких тоннелей в плотно застроенных центральных районах,
где обычные средства защиты от газов и шума: посадки зеленых
насаждений, создание шумоустойчивых ограждений, выемок и
насыпей — практически неосуществимы. Для снижения объема
газовыделений следует уменьшать продольные уклоны рамповых
участков тоннелей до 30—35'%о.
Места размещения подземных автостоянок, гаражей и комп-
лексов следует назначать таким образом, чтобы обеспечить на-
селению удобства с точки зрения транспортной доступности. В
то же время такие сооружения должны быть несколько удалены
от жилой застройки, чтобы шум и вибрация не передавались
зданиям. В некоторых случаях подземные сооружения должны
быть отделены от соседних наземных зданий защитными стенка-
ми или траншеями, заполненными глинистым раствором, шпун-
товыми ограждениями и т. п.
Конструкции подземных транспортных сооружений помимо
прочности и долговечности должны обеспечивать также звуконе-
проницаемость и виброзащиту. Сильный шум в подземных соору-
жениях возникает главным образом из-за плохого поглощения
звука внутренней поверхностью обделки. Поэтому следует при-
менять специальную внутреннюю отделку — архитектурно-аку-
стическое оформление (см. гл. XII, § 37). Акустическую защиту
должны иметь и вспомогательные притоннельные сооружения:
вентиляционные камеры, дренажные перекачки, тягово-понизи-
тельные подстанции и др. Защитные меры позволяют исключить
или уменьшить проникание шума на городскую территорию.
Во избежание передачи вибрации, возникающей при движе-
нии автомобилей в тоннелях, соседним зданиям и сооружениям
подземные конструкции должны обладать повышенной вибропог-
лощающей способностью. Это может быть достигнуто, в частнос-
ти, за счет увеличения толщин элементов конструкций, их жест-
кости и массы, что значительно снижает частоту собственных
колебаний конструкции.
При создании искусственной вентиляции автотранспортных
тоннелей необходимо предотвратить попадание удаляемого из
них загрязненного воздуха на прилегающую городскую террито-
рию. Для этого должны быть предусмотрены специальные фильт-
ры или установки для регенеоапии воздуха. С целью охраны го-
15
родских водных бассейнов от загрязнения удаляемую из подзем-
ных сооружений воду следует предварительно очищать от бензи-
на, масел и пр.
Подземные транспортные сооружения, являющиеся важным
элементом единого градостроительного комплекса, должны со-
ответствовать современным тенденциям в области архитектурно-
пространственной композиции. Они должны быть увязаны с го-
родской застройкой и планировкой, гармонично сочетаться с
окружающим ландшафтом, в минимальной степени загромож-
дать городскую территорию, иметь выразительный пространст-
венный облик, характеризующийся простотой и четкостью форм.
Требование гармоничности предъявляется прежде всего к рам-
повым участкам и порталам автотранспортных тоннелей, входам,
выходам и наземным павильонам пешеходных тоннелей, подъ-
ездным участкам автостоянок и гаражей, вентиляционным зда-
ниям и киоскам, т. е. к тем элементам подземных сооружений,
которые имеют непосредственную связь с городской архитектурой
и являются объектами зрительного восприятия. Таким образом,
при проектировании подземных транспортных сооружений наряду
с техническими и экономическими соображениями необходимо
учитывать экологические и эстетические требования, направлен-
ные на сохранение и оздоровление сложившейся городской среды.
«а
§ 2. ПОДЗЕМНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО
В ГОРОДАХ СССР И ЗА РУБЕЖОМ
В Москве, Ленинграде, Киеве и других крупнейших городах
Советского Союза построены и строятся многочисленные подзем-
ные сооружения: автотранспортные, пешеходные и коммуника-
ционные тоннели, подземные автостоянки и гаражи, тоннели и
станции метрополитена и др.
Подземное транспортное строительство в городах нашей стра-
ны началось только при Советской власти. В 1931 г. было при-
нято решение о строительстве в Москве первой линии метропо-
литена из 13 станций, в 1935 г. она была введена в эксплуатацию.
В 1982 г. на линиях Московского метрополитена общей протя-
женностью около 200 км насчитывалось 115 станций1.
В конце 50-х годов было принято решение о строительстве в
Москве автотранспортных и пешеходных тоннелей на наиболее
загруженных перекрестках и площадях. Первый автотранспорт-
ный тоннель был построен в Москве на Кутузовском
проспекте, первые пешеходные тоннели сооружены на прос-
пекте Маркса. В 1961 г. в Москве уже эксплуатировалось 7
транспортных и около 20 пешеходных тоннелей. Сейчас в городе
действуют 17 автотранспортных тоннелей общей протяженностью
более 7 км для двух- четырех- и шестиполосного движения дли-
1 Здесь и далее данные по метрополитенам в городах СССР приведены по
состоянию на 1 января 1983 г.
16
'V'' ной 200—500 м и более 250 пешеходных тоннелей пролетом в све-
ту 3—12 м и длиной до 150—200 м.
Завершается строительство крупного восьмиполосного авто-
транспортного тоннеля длиной около 1 км по трассе кольца В
под Митьковской веткой железной дороги. Недавно введен в
эксплуатацию первый в городе двухярусный пешеходный тоннель
в месте пересечения строящегося Новокировского проспекта с
Садовым кольцом. Основной тоннель под Садовым кольцом дли-
ной более 100 м и шириной 7,15 м и два параллельных тоннеля
под Новокировским проспектом длиной по 42 м образуют систе-
му удобных пешеходных путей, связывающих все прилегающие
к узлу улицы (рис. 1.4). Пешеходное движение осуществляется
по верхнему ярусу тоннеля, а в нижнем размещаются многочис-
ленные инженерные коммуникации.
За последние годы в Москве построен ряд подземных авто-
стоянок и гаражей. Наиболее крупными являются семиярусный
гараж на 2500 автомобилей на проспекте Мира, трехъярусный
гараж на улице Неждановой под шестиэтажным административ-
ным зданием, на улице Миклухо-Маклая, в Хомутовском пере-
улке, под зданием СЭВ, под гостиничными комплексами «Кос-
мос», «Салют», «Измайлово», механизированный наземно-под-
земный гараж на Киевской улице. В Москве проложено более
ЗС тыс. км подземных инженерных коммуникаций.
Большие объемы подземного строительства выполнены в
районе Северное Чертаново. Здесь 17%' всего объема зданий
17
размещено под землей. В подземные помещения переведены все
виды инженерного оборудования, гаражи на 3,5 тыс. автомоби-
лей, предприятия коммунального обслуживания. Основной под-
земной магистралью является транспортно-эксплуатационный
проезд-тоннель длиной около 1 км для трехрядного движения,
от которого к жилым комплексам, гаражам и торговому центру
ведут вспомогательные тоннели. Это позволило высвободить око-
ло 20 га территории и использовать их для разбивки скверов,
парков, устройства спортивных площадок.
Под проспектом Калинина сооружено четыре пешеходных тон-
неля, под высотными зданиями — транспортно-грузовой тоннель
длиной 800 м для обслуживания подземных складских помеще-
ний торгового центра. Различные подземные сооружения постро-
ены под гостиничным комплексом в Измайлове, под зданиями
Олимпийской деревни и др.
В соответствии с Генеральным планом развития города раз-
работана «Схема организации и использования подземного прост-
ранства Москвы», определяющая дальнейшее значительное расши-
рение объемов подземного строительства. Установлены номен-
клатура и мощность подземных объектов, определены границы
их горизонтального и вертикального зонирования, выявлена эко-
номическая эффективность строительства разнообразных тран-
спортных и других подземных сооружений.
Дальнейшее развитие получит сеть линий Московского метро-
политена. За годы одиннадцатой пятилетки намечено ввести в
действие около 30 км новых линий с 17 станциями. Будет про-
должено строительство автотранспортных и пешеходных тонне-
лей для развязки движения в разных уровнях. Транспортные тон-
нели намечено соорудить' на площадях Восстания, Смоленской,
Лермонтовской, Зубовской, Таганской, Преображенской, Рижс-
кого вокзала, вдоль Беговой улицы по кольцу В и др. Преду-
смотрено строительство грузовых тоннелей па Комсомольской
площади, в Давыдкове и Измайлове. В перспективе намечается
строительство магистральных транспортных тоннелей большой
протяженности, дублирующих основные наземные магистрали п
связывающих периферийные районы с центром города. В част-
ности, рассматривается возможность создания подземных авто-
магистралей «Север—Юг» и «Восток—Запад» для связи Киев-
ского направления железной дороги с Горьковским, а Павелец-
кого с Савеловским. Возможно устройство протяженных под-
земных проездов на Садовом кольце путем объединения сущест-
вующих и строительства новых участков тоннелей.
Крупные пешеходные тоннели будут построены под площадью
Ленина у Павелецкого вокзала, на Таганской, Комсомольской и
Каланчевской площадях и др. Всего за период с 1981 по 1990 г.
в Москве предполагается построить около 150 пешеходных тон-
нелей, некоторые из них будут оборудованы движущимися троту-
арами. Намечено создание большого числа подземных стоянок и
гаражей под административными зданиями, крупными площадя-
18
Рис. 1.5. Поперечный разрез (а) и план (б) многоярусного подземного комплекса на Кол-
хозной площади в Москве (проект)
/ — движущийся тротуар; 2 — вестибюль станции метрополитена; 3— пешеходный тоггнель;
4 — подземный четырехъярусный гараж; 5 — торговые киоски; 6 — автотранспортный тон-
нель; 7—открытый световой двор; 8—эскалаторный тоннель; 9—станция метрополитена;
10 — подземный одноярусный гараж; 11 — универмаг; 12 — выставочный зал
ми, в зонах жилой застройки. Так, предполагается строительство
подземных гаражей под зданием Центра международной торгов-
ли, на площадях Свердлова, Смоленской, Октябрьской. В Ясене-
ве будут построены гаражи на 400—500 автомобилей с одним-дву-
мя подземными ярусами. Разработаны типовые проекты подзем-
ных гаражей на 25, 50, 70 и 100 автомобиле-мест, а также 10—15-
ярусных наземно-подземных механизированных и автоматизиро-
ванных гаражей.
Следующим этапом развития программы освоения и использо-
вания подземного пространства Москвы явится интеграция от-
дельных подземных сооружений путем создания комплексов мно-
19
^функционального назначения, связанных между собой систе-
мой транспортных тоннелей. В состав подземных комплексов бу-
дут входить транспортные и пешеходные тоннели, автостоянки и
гаражи, станции метрополитена, а также объекты инженерного
оборудования, торговые и зрелищные предприятия и т. п. Комп-
лексное использование подземного пространства запланировано
на Колхозной, Таганской, Семеновской и Тургеневской площадях,
на площадях Белорусского и Курского вокзалов, на Новокиров-
ском проспекте, улице Димитрова, в новых районах Москвы (Тро-
парево, Орехово-Борисово и др.).
Трехъярусный подземный комплекс запроектирован на Кол-
хозной площади (рис. 1.5). Первый подземный ярус будет пред-
ставлять собой зал для пешеходов площадью 13,4 тыс. м2 с ма-
газинами, кафе, киосками и пр. На втором и третьем ярусах раз-
местятся автостоянки на 360 и 544 автомашины. К комплексу бу-
дет примыкать автотранспортный тоннель для пропуска движения
по направлению Садового кольца. Движение автотранспорта в
радиальном направлении предусмотрено по поверхности земли. В
нижнем ярусе комплекса расположится станция метрополитена.
Под Семеновской площадью предполагают разместить помещения
торговых предприятий, автостоянки, пешеходный зал для связи
остановок общественного транспорта со станцией метрополитена.
Под площадьто Белорусского вокзала предусмотрено создание
подземного комплекса, в состав которого войдут две станции
метрополитена, пешеходные уровни, автостоянки, два автодорож-
ных тоннеля, вокзальные помещения и др. На строящемся Новоки-
ровском проспекте предусмотрено возведение подземного комп-
лекса из пяти подземных автостоянок на 4500—5000 автомобилей,
автотранспортного и пешеходных тоннелей. Крупный подземный
транспортный комплекс намечено создать в районе пересечения
проспекта Мира с улицей академика Королева. Здесь будут по-
строены многоместная подземная автостоянка, автотранспортный
п система пешеходных тоннелей, объединенных с пересадочными
узлами станций метрополитена и железных дорог.
Расширяется сеть подземных сооружений Ленинграда. В насто-
ящее время протяженность линий Ленинградского метрополитена,
насчитывающего 43 станции, около 75 км. К 1990 г. предусмотре-
но развитие сети метрополитена до 130 км. В городе построено
5 автотранспортных и более 30 пешеходных тоннелей. Недавно
завершено строительство первого в нашей стране подводного ав-
тотранспортного тоннеля из опускных секций длиной около 1 км
для связи Ленинграда с Канонерским островом.
В будущем предполагается расширение подземного строитель-
ства. Разработана «Генеральная схема планировочной организа-
ции и использования подземного пространства», реализация кото-
рой даст возможность высвободить до 4 тыс. га территории. В
городе выделено пять зон с различной степенью использования
подземного пространства. Намечается строительство новых авто-
транспортных тоннелей по трассе скоростных дорог, а также тон-
20
нелей-дублеров городских магистралей. В частности, планирует-
ся создание транспортных тоннелей на правобережном съезде с
Большеохтинского моста, на площади Победы, на пересечении
Московского проспекта с Краснопутиловской улицей, а также
двух подводных тоннелей под Невой и ее рукавами. Два 6-полос-
ных подводных тоннеля намечено построить в местах пересечения
дамбы с судоходными каналами в Финском заливе по плану за-
щиты Ленинграда от наводнений. Разработано проектное предло-
жение по созданию диаметральных скоростных дорог с 50 под-
земными участками, среди которых несколько тоннелей значи-
тельной протяженности.
Намечается строительство системы пешеходных тоннелей, под-
земных автостоянок и гаражей, подземных многоярусных комп-
лексов. Один из таких комплексов, включающий станции метро-
политена, пешеходные тоннели, полуподземные и наземные со-
оружения различного назначения, создается на пересечении Нев-
ского проспекта, Садовой улицы и улицы Бродского. Под пло-
щадью Мужества намечено соорудить транспортный и систему
пешеходных тоннелей, а также подземный гараж на 650 автомо-
билей. Многоуровневые подземные комплексы планируется пост-
роить в районе Гостиного двора и на площади Восстания.
Целый ряд подземных сооружений построен в Киеве. С 1961 г.
эксплуатируется 34-километровая сеть линий метрополитена с 25
станциями. Недавно построена первая в СССР линия скоростно-
го трамвая длиной 9,25 км с 12 станциями и 5 транспортными
развязками. В городе сооружено более 40 пешеходных тоннелей.
Крупнейший пешеходный тоннель на улице Крещатик имеет вы-
ходы на тротуары к остановкам общественного транспорта и со-
единяется со станцией метрополитена. В тоннеле размещаются
четыре кафе, торговые киоски, магазины (рис. 1.6).
Запроектированы автотранспортные тоннели на Львовской
площади, на пересечении Красноказацкой улицы с железнодо-
рожной линией. Ведется строительство новых пешеходных тонне-
лей. Разработано проектное предложение по созданию пешеход-
ного тоннеля длиной 400 м и шириной 12 м с движущимися тро-
туарами для связи существующего тоннеля под площадью Ле-
нинского комсомола с подвесным пешеходным мостом через
Днепр. На площади Леси Украинки предполагается построить
подземный транспортный комплекс, в состав которого войдут
станция метрополитена, транспортные тоннели мелкого и глубо-
кого заложения, станция скоростного трамвая. Запланирована
система пешеходных тоннелей, связанных с подземным трехъ-
ярусным гаражом-стоянкой на 900 автомобилей. Аналогичные под-
земные комплексы предусмотрено построить в районе улиц Крас-
ноармейская, Горького, Боженко. На Бессарабской площади на-
мечено построить транспортную развязку в трех уровнях и четы-
рехъяруспую подземную стоянку па 2000 автомобилей. Крупные
трех- и четырехъярусные подземные автостоянки общей вмести-
мостью 6000 автомобилей запроектированы в районе площадей
Рис. 1.6. План подземного пешеходного перехода в Киеве
Богдана Хмельницкого, Калинина и Львовской. Разработан так-
же проект диаметральных скоростных дорог с несколькими тон-
нелями протяженностью порядка 2—3 км в центре города.
В Тбилиси построена сеть метрополитена протяженностью
19 км с 16 Станциями и предусмотрено дальнейшее ее расшире-
ние. В городе эксплуатируется крупный автотранспортный тон-
нель горного типа длиной 2 км вдоль берега Куры, несколько
подземных гаражей и пешеходных тоннелей.
В Ереване эксплуатируется первая линия метрополитена дли-
ной 11,5 км с девятью станциями, автотранспортный и несколько
пешеходных тоннелей. Намечена широкая программа подземного
строительства, предусматривающая размещение в подземных ус-
ловиях депо метрополитена, автобусных парков, автостоянок и
гаражей, зрелищных и торговых предприятий, устройств инженер-
ного оборудования и др. Связь центра города с периферий-
ными районами будет осуществляться по двум диаметральным
тоннелям общей протяженностью около 10 км, пересекающимся
в районе площади Ленина. Крупный подземный комплекс запро-
ектирован под площадью железнодорожного вокзала. Здесь раз-
местятся помещения автовокзала, автостоянка на 100 машино-
мест, пешеходные тоннели с движущимися тротуарами. Подобные
комплексы намечено создать также под площадью Ленина и в
районе Нор-Зейтун. За счет комплексного использования подзем-
ного пространства в Ереване будет высвобождено до 1200 га тер-
ритории.
Строительство подземных транспортных сооружений ведется
и в других городах Советского Союза. Помимо перечисленных го-
родов линии метрополитена эксплуатируются и строятся в Баку,
Ташкенте и Харькове. В одиннадцатой пятилетке намечено завер-
шить строительство метрополитенов в Минске, Горьком и Ново-
сибирске. Продолжится строительство метрополитенов в Куйбы-
22
шеве, Свердловске и Днепропетровске. Разрабатываются проекты
метрополитенов в Риге, Омске, Алма-Ате, Челябинске, Ростове-на
Дону и Перми. Линии скоростного трамвая с подземными участ-
ками планируется создать.во Львове, Таллине, Волгограде, Сара-
тове, Кривом Роге, Старом Осколе, Новополоцке, Чере-
повце. Построены автотранспортные тоннели в Баку на пересече-
нии улиц Рустамова и Нефтедобытчиков (/=50 м), в Волгограде
на проспекте Металлургов (/=150 м), в Симферополе на трассе
Симферополь—Евпатория (/ = 420 м). Четыре автотранспортных
тоннеля предполагают соорудить в центре Харькова; намечено
строительство транспортных тоннелей в Донецке и Чернигове. В
ряде городов построены и строятся подземные автостоянки и га-
ражи. Около 20 подземных и полуподземных гаражей эксплуа-
тируется в Харькове. В Вильнюсе крупный подземный гараж по-
строен под зданием Госплана; в районе Лаздинай сооружены по-
луподземные гаражи боксового типа. В Тольятти подземный га-
раж построен под зданием торгового центра.
Строительство подземных транспортных сооружений в горо-
дах Советского Союза ведется планомерно и комплексно в соот-
ветствии с современными достижениями в этой области и с уче-
том требований охраны и оздоровления городской среды.
& *
*
Различные подземные сооружения построены, строятся и про-
ектируются в столицах и крупнейших городах социалистических
стран.
Линии метрополитена эксплуатируются и строятся в Берлине,
Будапеште, Бухаресте и Праге, строятся в Варшаве и Софии.
Многочисленны подземные сооружения Будапешта. Так, крупный
автотранспортный тоннель построен на площади Блаха Луйза.
На площади Кальвина сооружен четырехъярусный подземный
транспортный комплекс, к которому примыкают линия метропо-
литена «Север—Юг» и линия железной дороги. В первом подзем-
ном ярусе размещен пешеходный распределительный зал с выходами
на поверхность земли. Наземный уровень используется для пропус-
ка автомобильного транспорта, а эстакада — для движения экс-
прессных автобусов. Двухъярусный подземный комплекс постро-
ен на площади Барош. Предполагается строительство двух авто-
транспортных тоннелей под Дунаем. В Праге в 1980 г. введен в
эксплуатацию четырехполосный автотранспортный тоннель дли-
ной 344 м, расположенный вдоль набережной Л. Свободы. В на-
стоящее время по трассе строящейся многополосной автомагистра-
ли, в месте пересечения крупнейшего парка «Стромовка», соору-
жается автотранспортный тоннель длиной 1,7 км. В центре Бра-
тиславы построена система из трех автотранспортных тоннелей
(рис. I. 7). Разработан проект двух линий скоростного трамвая
протяженностью 70 км, из которых 20 км пройдут в тоннелях. В
Пловдиве на улице Г. Димитрова проложен четырехполосный авто-
23
Рис. 1.7 Схема автотранспортных тоннелей в центре Братиславы
Рис. 1.8. Подземный транспортный комплекс на площади Обороны в Париже
1— подземный гараж; 2— служебные автодороги; 3 — движущийся тротуар; 4 — пешеход-
ный уровень; 5 — подземные автомагистрали; 6 — линия экспрессного метрополитена; 7--
автобусиая станция; 8— автодорога № 14 к'Парижу; 9 — автодорога № 13 от Парижа; in —
автодорога № 14 от Парижа; 11— автодорога № 192 к Парижу; 12 — автодорога № 192 ог
Парижа; /3 —служебный тоннель; 14 — автодорога № 13 к Парижу
24
транспортный тоннель длиной 250 м. Крупный пешеходный тоннель
зального типа (50X60 м), оборудованный 8 лестничными и 5 эска-
латорными сходами, с предприятиями торгового обслуживания по-
строен на Вацлавской площади в Праге. Оригинальные пешеходные
тоннели построены в Софии. В Варшаве сооружается новая ско-
ростная автомагистраль, трасса которой на ряде участков пройдет
в тоннелях и пересечет Вислу.
Большое количество подземных транспортных сооружений по-
строено в городах Западной Европы, Северной Америки и Японии.
Более чем в 70 крупнейших городах мира эксплуатируются и
строятся линии метрополитена. В Лондоне и Чикаго наряду с
пассажирскими эксплуатируются грузовые метрополитены для пе-
ревозки товаров, почты и т. п. Разработаны проекты грузовых мет-
рополитенов для Берлина, Вены и Парижа. В Брюсселе, Стокголь-
ме и Гётеборге построены линии скоростного подземного трамвая,
которые в перспективе могут быть переоборудованы в линии мет-
рополитена. Автотранспортные и пешеходные тоннели, подземные
автостоянки и гаражи, подземные комплексы, подводные тоннели
построены в Париже, Лондоне, Вене, Мюнхене, Нью-Йорке, Мон-
реале, Токио, Осаке и других городах.
В Париже функционирует разветвленная сеть метрополитена
общей протяженностью около 290 км с 420 станциями, в составе
которой экспрессная линия «Восток — Запад» длиной 46,5 км.
Предусматривается сооружение новой экспрессной линии «Се-
вер — Юг». В городе построено несколько десятков автотранспорт-
ных тоннелей общей длиной около 15 км и большое число пеше-
ходных тоннелей мелкого заложения. Общая вместимость всех
подземных автостоянок и гаражей Парижа составляет около
100 тыс. автомобилей. Широко используется подземное простран-
ство и при строительстве жилых, административных и обществен-
ных зданий. На площади Обороны устроен крупный транспортный
комплекс, в состав которого вошли участок экспрессной линии
метрополитена, две подземные автотранспортные развязки, много-
ярусный гараж на 10000 автомобилей и пешеходный уровень
(рис, 1.8). Над подземным комплексом размещена группа высот-
ных зданий, опирающихся на мощную пешеходную платформу
площадью 70 га. Платформа несколько приподнята над поверх-
ностью земли для пропуска под ней автомобильного транспорта.
Намечено дальнейшее освоение подземного пространства Па-
рижа. Так, на месте знаменитого рынка запроектирован четырехъ-
ярусный торговый центр «Форум», заглубленный на 14 м ниже
поверхности земли. В состав комплекса войдут станция метрополи-
тена, подземная автостоянка на 1650 машино-мест, остановки об-
щественного транспорта. Разработан проект строительства подзем-
ных автомагистралей общей протяженностью 130 км. Двухъярус-
ные тоннели кругового поперечного сечения диаметром 15 м или
эллиптического сечения высотой 15 и шириной 12 м пройдут на
! лубпне 15—100 м и будут иметь выезды на поверхность
земли в виде пандусов с уклонами 10%. Всего потребуется устрой-
25
ство 270 прямых и спиральных пандусов для пропуска 100 тыс.
автомобилей в 1 ч. Для связи с поверхностью земли предусмотре-
ны лифты и эскалаторы. По трассе подземных магистралей наме-
чено строительство 40 автостоянок общей вместимостью 58 тыс.
автомобилей. Представляет интерес проект французского архитек-
тора Мэймона по созданию в Париже крупнейшего подземно-
го комплекса под руслом Сены. На площади 3 тыс. га и глубине
до 60 м ниже дна реки предлагается разместить в 12—14 ярусов
подземные улицы, магазины, склады, кафе, кинотеатры, спортив-
ные залы, автостоянки на 500 тыс. автомобилей, резервуары пить-
евой воды и горючего, выставочные залы, рынки и т. п.
Среди разнообразных подземных сооружений Лондона — сеть
метрополитена протяженностью 417,5 км с 247 станциями. В Лон-
доне построены крупные автотранспортные и пешеходные тоннели,
подземные автостоянки и гаражи. Так, под аэропортом Хитроу
построены грузовой автотранспортный тоннель диаметром 10 м и
система пешеходных тоннелей общей протяженностью 1,3 км с
движущимися тротуарами для связи трех вокзалов аэропорта с
подземной железнодорожной станцией. В связи со сложностями,
возникающими при дальнейшем развитии лондонского транспорта,
разработан проект системы подземных автомагистралей, заложен-
ных на глубине 20—30 м от поверхности земли. Шесть взаимно
пересекающихся магистральных тоннелей общей протяженностью
около 300 ЙМ пройдут под центральной частью города и будут
иметь въезды и выезды на его окраинах. Через каждые 800 м по
длине магистральных тоннелей намечено устроить специальные
оборотные камеры для возможности изменения направления дви-
жения, а через 4,8 км — промежуточные въезды и выезды на по-
верхность земли. В этих же местах намечено создать подземные
автостоянки на 250 тыс. автомобилей, оборудованные грузовыми
и пассажирскими лифтами и эскалаторами (рис. 1.9). Подземные
автомагистрали запроектированы в виде двухъярусных тоннелей
диаметром 18 м для пропуска трехполосного движения в каждом
направлении. В верхней и нижней частях поперечного сечения тон-
нелей будут устроены отсеки для пропуска вагонов подвесной мо-
норельсовой дороги, а также пешеходные отсеки, оборудованные
движущимися тротуарами.
Аналогичные подземные комплексы, транспортные и пешеход-
ные тоннели, подземные автостоянки и гаражи эксплуатируются
и строятся в Берне, Цюрихе, Стокгольме, Брюсселе, Бирмингеме,
Милане, Мадриде, Мюнхене и других европейских городах.
В крупнейших городах США при расширении транспортных се-
тей одновременно с линиями метрополитена сооружают автотранс-
портные подземные и подводные тоннели, автостоянки и гаражи,
многоярусные подземные комплексы. Так, в Нью-Йорке наряду с
развитой сетью метрополитена (длина 384,9 км, 484 станции) пост-
роено несколько крупных подводных тоннелей, подземных гаражей
и комплексов. В центральной части города сооружен пятиярусный
подземный центр, два яруса которого отданы пешеходам. Здесь же
26
размещаются торговые предприятия, рестораны, конференц-зал.
Три нижних яруса используются для стоянки автомобилей, для
размещения подъездных путей и технического оборудования. Под-
земный торговый центр сооружен также под группой высотных
зданий, два из которых имеют высоту около 400 м. Все здания
объединены подземными ярусами, в которых располагаются га-
раж, автостанция, станция метрополитена, пешеходные тоннели,
торговый центр, театры и т. п. Разработан проект крупного под-
земного транспортного комплекса в аэропорту Лос-Анджелеса.
Здесь на пяти подземных ярусах разместятся автостоянки, пеше-
ходные уровни с движущимися тротуарами, предприятия торгов-
ли и обслуживания. К комплексу будут примыкать автотран-
спортные тоннели.
В последние годы в широком плане ведется освоение подзем-
ного пространства в городах Японии. Необходимость подземного
строительства определяется высокой плотностью населения, не-
хваткой свободных городских территорий, загрязнением окружаю-
щей среды, ущерб от которого ежегодно превышает 20 млрд, дол-
ларов. Наряду с линиями метрополитена, которые эксплуатируют-
ся в Токио (186 км, 180 станций), Осаке, Саппоро, Нагойе, Иоко-
гаме, Кобе, в этих городах построено около 130 подземных авто-
стоянок на 30 тыс. автомобилей, большое количество транспорт-
ных п пешеходных тоннелей. В Токио почти все новые здания
имеют до восьми подземных этажей, развитых в плане за
счет примыкающих улиц. Создаются подземные комплексы, ули-
цы, площади и даже целые подземные районы. Крупный пятиярус-
ный подземный комплекс длиной 735 и шириной 44,4 м постро-
ен под Токийским железнодорожным вокзалом (рис. 1.10). К
комплексу примыкают линии железной дороги и метрополитена.
Первый подземный ярус предназначен для пешеходов и имеет
тестничные выходы на поверхность земли. Второй подземный ярус
технический, он включает в себя установки для кондиционирова-
ния воздуха, контролирующие приборы и аппаратуру. На треть-
ем подземном ярусе устроены билетные кассы, справочное бюро,
кафе п рестораны, залы ожидания. Четвертый подземный ярус
служит распределительным залом и соединяется 16 эскалатора-
ми с другими ярусами. На пятом подземном ярусе размещаются
железнодорожные платформы и четыре приемоотправочных пути
для поездов. Подземный комплекс посещают ежедневно до
200 тыс. человек.
Трехъярусный подземный комплекс эксплуатируется под пло-
щадью Яэсу. На первом подземном ярусе расположен торговый
центр, на втором — автостоянка, а на третьем — тоннель, связы-
вающий комплекс со скоростными автомагистралями. В районе
Синдзюко сооружена подземная площадь для пешеходов, занима-
ющая около 250 тыс. м2. Автомобильное движение пропускается
по поверхности земли. На втором подземном ярусе организована
стоянка на 500 автомобилей, здесь же проходит тоннель длиной
300 м, ведущий к деловому центру города. Открытые простран-
27
Рис. 1.9. Поперечный разрез подземных автомагистралей Лондона в месте расположения
автостоянок (проект)
/ — пешеходные тоннели с движущимися тротуарами; 2—отсек для монорельса; 3 — слу-
жебные каналы^ 4 — автобусная стоянка; 5 — рампы для въезда и выезда автомашин со
стоянки; 6 — шестиярусная автостоянка; 7 — эскалаторы; 8 — место изменения направления
движения автомобилей; 9 — магистральный тоннель
2Б500
Рис. 1.10. Подземный пятиярусный комплекс в Токио
28
ства эллипсовидного очертания размером 60X50 м обеспечивают
проветривание и освещение подземных помещений. В Токио по-
строено пять подземных улиц протяженностью 640 м на глубине
8 м от поверхности земли. В подземном пространстве размещены
магазины, кафе, зрелищные предприятия и т. п. Все подземные
помещения оборудованы искусственной вентиляцией и системами
кондиционирования воздуха. В архитектурной отделке помеще-
ний широко используются витражи и слайды с городскими парко-
выми пейзажами, ложные окна, световые проемы, подсветка и
другие приемы, избавляющие людей от ощущения подземности.
В перспективе в Токио планируется сооружение подземных ав-
томагистралей для скоростного 12-полосного движения. В част-
ности, разработан проект создания кольцевой подземной авто-
магистрали вокруг города.
Глава II. ИНЖЕНЕРНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
И СТРОИТЕЛЬСТВА ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИИ
§ 3. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ
Роль инженерной геологии в подземном строительстве-
Для проектирования городских подземных сооружений необхо-
димы исходные данные, характеризующие условия той среды,
в которой объект должен быть возведен, — это топографические
условия местности, характер планировки и застройки городского
района, расположение наземных и подземных искусственных со-
оружений и коммуникаций, геологические особенности грунтово-
го массива, расположение и режим подземных вод, климатичес-
кие факторы и т. п. Выявление этих условий является задачей
инженерных изысканий — одного из этапов в общем комплексе
«изыскания — проектирование— строительство».
На основе результатов инженерных изысканий определяют
техническую возможность строительства подземного сооруже-
ния, выбирают оптимальный вариант объемно-планировочного
и конструктивного решения, вычисляют нагрузки на несущие
конструкции, уточняют расчетные схемы и составляют проект
производства работ. Данные инженерных изысканий используют
также для прогнозирования возможных изменений окружающей
городской среды в связи со строительством и эксплуатацией
подземных сооружений.
Инженерные изыскания проводят в соответствии с разра-
ботанной программой на всех основных стадиях проектирования
и строительства подземного сооружения, а отдельные виды ра-
бот— на стадии эксплуатации. Инженерные изыскания в город-
ских условиях (в малоизученных районах) связаны с некоторы-
ми трудностями ведения работ из-за наличия капитальной за-
2»
стройки, интенсивного движения транспорта и пешеходов. Однако
ведение работ в районах, где уже построены наземные или под-
земные сооружения, по картам или планам местности значитель-
но упрощает инженерные изыскания, уменьшает их объем и
стоимость.
Изыскания для проектирования и строительства подземных
сооружений включают в себя инженерно-геологические изыска-
ния и исследования и инженерно-геодезические работы, состав
которых, методика и техника проведения определяются конкрет-
ными условиями данного подземного объекта.
Для обоснованного проектирования и успешного строительства
городских подземных сооружений необходимо знать инженерно-
геологические условия. Недостаточно точный прогноз инженер-
но-геологической ситуации может значительно усложнить веде-
ние подземно-строительных работ, привести к удлинению сроков
и увеличению стоимости строительства. Кроме того, ошибки в
оценке геологических условий могут в конечном счете отрица-
тельно сказаться на состоянии окружающей городской среды,
т. е. могут произойти нарушение устойчивости грунтового масси-
ва, осадки поверхности земли, деформации расположенных по-
близости зданий и сооружений и т. п.
Инженерная геология в подземном строительстве играет осо-
бо важную роль, что обусловлено спецификой подземных соору-
жений, со всех сторон окруженных грунтом. Грунтовая среда
является основанием подземного сооружения и создает основные
нагрузки на его несущие конструкции.
При возведении подземных сооружений необходимо учиты-
вать целый комплекс инженерно-геологических факторов, сово-
купность которых и определяет конкретную геологическую ситуа-
цию. Среди многочисленных факторов следует отметить:
свойства грунтов и условия их залегания;
режим и физико-химические свойства подземных вод;
характер проявления физико-геологических и инженерно-гео-
логических процессов;
режим и свойства подземных газов.
Свойства грунтов во многом определяют технологию подзем-
но-строительных работ, способ разработки и погрузки грунта,
тип временной крепи. Характеристики свойств грунтов необхо-
димы при определении величин нагрузок на подземные конструк-
ции, при выборе расчетной схемы подземного сооружения, при
установлении параметров временной крепи т. п. Однако знание
свойств грунтов является еще недостаточным для проектирова-
ния подземных сооружений. Одни и те же грунты с анологичны-
ми свойствами могут по-разному залегать на трассе подземного
сооружения.
Обычно подземные сооружения стремятся расположить в од-
ном слое устойчивых и неводоносных грунтов, ибо расположение
их на контакте двух различных по своим свойствам грунтов со-
пряжено с проявлением неравномерных нагрузок на конструк-
30
цию в связи со скольжением одного слоя по другому (особенно
при наличии глинистых включений между слоями), притоком
подземных вод и т. и.
Инженерно-геологическая ситуация не может быть полной
без знания гидрогеологических условий: глубины залегания, ре-
жима и физико-химических свойств подземных вод. Как извест-
но, проходка подземной выработки вносит нарушения в уста-
новившийся режим подземных вод, что приводит к увеличению
скорости фильтрации и активизации физико-химического дей-
ствия воды.
В процессе проходки в толще водосодержащих грунтов про-
исходит приток подземных вод в выработку, что требует специ-
альных мер по водоотливу, водопонижению, химическому зак-
реплению или замораживанию грунтов. Грунтовые воды оказы-
вают гидростатическое давление на конструкцию, создает опасность
всплытия подземного сооружения, нарушают устойчивость грун-
тового массива за счет размягчения твердых и разжижения не-
связных грунтов.
При проектировании и строительстве подземных сооружений
необходимо учитывать геодинамическое состояние городской
территории, во многом определяющее инженерно-геологические
условия строительства. Геодинамическое состояние характеризу-
ется возможностью проявления и интенсивностью неблагоприят-
ных физико-геологических процессов и явлений: оползней, селе-
вых потоков, древних и современных размывов, тектонических
нарушений, землетрясений, просадочности и т. п. Наряду с фи-
зико-геологическими следует принимать во внимание инженерно-
геологические процессы и явления, сопутствующие строительству
расположенных поблизости наземных или подземных сооружений.
Прежде всего необходимо учитывать процессы и явления,
вызванные изменением напряженного состояния грунтового мас-
сива под действием статических и динамических нагрузок вслед-
ствие строительства дорог, зданий, искусственных сооружений,
вскрытия котлованов, проходки подземных выработок, а также
часто встречающиеся в городах процессы и явления, связанные
с повышением или понижением уровня грунтовых вод. Повыше-
ние уровня грунтовых вод за счет подпора поверхностных или
подземных вод, сброса сточных и грунтовых вод, утечек из водо-
проводящих магистралей и т. п. может вызвать гидростатическое
взвешивание грунтов, затопление подземных сороужений, измене-
ние глубины промерзания, набухание грунтов и пр. Понижение
уровня грунтовых вод за счет эксплуатации водоносных горизон-
тов, строительства дренажных систем, проведения искусственного
водопонижения обусловливает увеличение сил тяжести, возникно-
вение псевдопросадочности грунтовой толщи, фильтрационных
деформаций грунтов. Все это в конечном итоге приводит к уплот-
нению или разуплотнению грунтов, образованию неустойчивых
склонов и откосов, что сопровождается сдвижениями и деформа-
31
циями грунтового массива и поверхности земли, нарушениями
устойчивости поверхности зданий.
Если подземное сооружение расположено в газоносных
грунтах, должны быть приняты особые меры по предотвращению
возможных взрывов и пожаров, а также исключено отравляю-
щее действие газов на людей и разрушающее — на материал кон-
струкции и облицовки. Для этого прежде всего необходимо
установить виды подземных газов, места их выходов и возможный
расход.
При проектировании подземных сооружений необходимо
знать также климатические условия данного городского района,
оказывающие непосредственное влияние на выбор системы и
определение параметров искусственной вентиляции тоннелей,
освещения въездных и входных участков, систем водоотвода,
способа обогрева проезжей части транспортных и лестничных
сходов пешеходных тоннелей и т. п.
Этапы и методы инженерно-геологических изысканий. Состав
и объем инженерно-геологических изысканий определяются глав
ным образом видом подземного сооружения, его размерами в
плане и глубиной заложения, а также степенью изученности
данного городского района.
Изыска1Гия проводят в несколько этапов в зависимости от
вида подземного сооружения и степени сложности геологических
условий, причем на каждом этапе выполняют подготовительные,
полевые и камеральные работы. Степень детализации изысканий
определяется стадией проектирования подземного сооружения
(технико-экономическое обоснование, технический проект, рабо-
чие чертежи).
Основные этапы инженерно-геологических изысканий:
рекогносцировка местности;
крупномасштабная съемка местности;
геолого-техническая разведка.
При проведении инженерно-геологической рекогносцировки
местности используют существующие архивные данные: карты,
аэрофотоматериалы, геологические разрезы, данные лаборатор-
ных исследований, полученные при создании соседних подзем-
ных сооружений. Оценивают инженерно-геологические условия,
используя различные естественные факторы: климат, рельеф и
геоморфологические условия, физико-геологические явления и
т. п. Выявляют показатели свойств грунтов, мощность отдельных
пластов, условия их залегания, а также уровень расположения
подземных вод; оценивают характер их питания и дренирования.
Кроме того, изучают все деформации наземных и подземных
сооружении, находящихся в зоне строительства, происшедшие в
связи с инженерно-геологическими процессами.
По материалам рекогносцировки составляют заключение,
характеризующее в первом приближении инженерно-геологичес-
кие условия данного района. Это дает возможность запроектиро-
32
вать варианты подземного сооружения и выбрать из них наибо-
лее перспективные.
Следующий этап инженерно-геологических изысканий — круп-
номасштабная съемка местности производится с целью общей
оценки инженерно-геологических условий территории и выбора
оптимального варианта подземного сооружения.
Обычно детальную крупномасштабную съемку выполняют
только в новых городских районах; в районах старой застройки
съемку производят в ограниченном объеме для уточнения отдель-
ных данных, не выявленных при рекогносцировке. Съемка местно-
сти включает изучение рельефа и геологического строения грун-
тового массива, возраста и генезиса грунтов, их классификацион-
ных признаков, характера проявления физико- и инженерно-гео-
логических процессов. Инженерно-геологическую съемку выпол-
няют в масштабе 1:10000 для простых и 1:5000 для сложных
условий в основном наземными методами, не пользуясь аэрофото-
съемкой и аэровизуальными наблюдениями. В ряде случаев
одновременно с проведением съемки организуют стационарные на-
блюдения за состоянием грунтов и режимом подземных вод. Ста-
ционарные наблюдения продолжают также в период строитель-
ства, а иногда и эксплуатации подземного сооружения. В резуль-
тате крупномасштабной съемки получают данные, необходимые и
достаточные для обоснованного выбора окончательного варианта
подземного сооружения.
По выбранному варианту сооружения выполняют детальные
инженерно-геологические изыскания — геолого-техническую раз-
ведку. Основная цель разведки — получение количественных ха-
рактеристик, используемых при определении нагрузок на подзем-
ную конструкцию, при выборе расчетной схемы сооружения, ме-
тодов разработки грунта, параметров временной крепи и т. п., а
также прогнозирование динамики развития физико- и инженерно-
геологических процессов, напряженно-деформированного состоя-
ния грунтового массива, его водного и температурного режимов.
Программу проведения разведки намечают с учетом анализа
данных, полученных в результате рекогносцировки и крупномас-
штабной съемки. При этом устанавливают границы сферы взаимо-
действия данного подземного сооружения с геологической средой,
т. е. таким объемом грунта, вДределах которого возможны какие-
либо изменения естественных условий на стадии строительства
или эксплуатации подземного сооружения. Масштабы проведения
разведочных работ определяются видом и конструктивными особен-
ностями подземного сооружения, степенью сложности и изучен-
ности геологической ситуации. Основным средством геолого-тех-
нической разведки является бурение скважин (рис. II. 1). Места
расположения и число разведочных скважин определяются кон-
кретными условиями строительного объекта с учетом расположе-
ния подземных коммуникаций. Для протяженных подземных со-
оружений (транспортных и пешеходных тоннелей, гаражей линей-
ного типа) скважины забуривают вдоль их оси через каждые
2 Зак. 104
33
Рис. П.1. Разведочные выработки иа трассе строящегося тоннеля
1 — шахтный ствол; 2 — штольня; 3 — контур тоннеля; 4 — горизонтальная разведочная сква-
жина; 5 — вертикальные разведочные скважины; 6 — контур наклонного тоннеля; 7 — шур-
фы; 8 — пнлот-тоннель
150—200 м (для технико-экономического обоснования) или 30—
50 м (для технического проекта), а также в поперечном от оси на-
правлении.
При изыскании на трассе подземных сооружений, имеющих
ограниченные размеры в плане (пешеходные уровни и гаражи
зального типа, транспортные комплексы и т. п.), скважины за-
буривают по контуру стен и по осям колонн конструкции, причем
расстояния между скважинами могут изменяться от 200 до 20 м.
Глубину забуривания скважин устанавливают с учетом их заглуб-
ления на 8—10 м ниже днища подземного сооружения или врезки
на 2—3 м в водоупорный слой. Разведочные скважины диаметром
75—300 мм в неустойчивых грунтах забуривают ударно-враща-
тельным способом по технологии кольцевого забоя (в глинистых и
лёссовидных грунтах) или сплошного забоя с опережающей об-
садкой ( в крупнообломочных и песчаных грунтах). Отбор проб
грунта при этом проводят послойно через 0,5 м. В плотных глинис-
тых, полускальных и скальных грунтах скважины бурят враща-
тельным (колонковым) способом с промывкой водой или глини-
стым раствором, со сплошным отбором керна. Применяют ударно-
канатный, вибрационный и шнековый способы бурения скважин.
В процессе геолого-технической разведки забуривают сква-
жины геологические — для отбора образцов грунта и гидрогеологи-
ческие— для изучения режима подземных вод. Грунт из гео-
логических скважин выбирают в виде кернов в скальных и плот-
ных глинистых грунтах или буровой муки в несвязных песчаных
или крупнообломочных грунтах и направляют в лабораторию
для испытаний и исследований. Иногда деформативные свойства
грунтов определяют непосредственно в скважинах, опуская в них
специальные приборы — прессиометры и дилатометры. Гидрогеоло-
гические параметры в гидрогеологических скважинах изучают пу-
тем пробных откачек воды, наливом в шурфы или скважины.
34
Помимо временных разведочных забуривают длительно дей-
ствующие геологические и гидрогеологические скважины для про-
ведения стационарных наблюдений. В последнее время наряду с
вертикальными находят применение горизонтальные разведочные
скважины. Их забуривают из шахтных стволов, подземных выра-
боток, пилот-тоннелей и т. п. В настоящее время созданы станки
горизонтального бурения с отбором керна, позволяющие бурить
скважины диаметром 45—120 мм на глубину до 500 м и более со
скоростью до 100 м/сут. Устройство горизонтальных скважин вза-
мен вертикальных дает возможность значительно сократить объем
буровых работ и повысить точность прогноза инженерно-геологи-
ческих условий.
Для визуального наблюдения строения грунтового массива, оп-
робования каждого грунтового пласта и определения прочностных
и деформативных характеристик кроме скважин проходят вспомо-
гательные разведочные выработки: шурфы, штольни, шахтные
стволы, пилот-тоннели (рис. II.1). Там, где бурение разведочных
скважин в полном объеме или проходка вспомогательных горных
выработок по каким-либо причинам (плотная застройка, густая
сеть подземных коммуникаций, интенсивное уличное движе-
ние) оказывается невозможным или экономически нецелесооб-
разным, разведочное бурение применяют в сочетании с геофизи-
ческими методами разведки. Эти методы основаны на косвенном
изучении строения грунтового массива, свойств залегающих грун-
тов и режима подземных вод. При этом измеряют различные фи-
зические характеристики грунтов (электрическое сопротивление,
скорость прохождения сейсмических или акустических волн, теп-
лопроводность и т. п.), по которым можно судить об инженерно-
геологических характеристиках: плотности, прочности, пористости
грунта и т. п.
Хорошие результаты дает применение электроразведки в со-
четании с эманационной съемкой, основанной на регистрации га-
зообразной эманации, образовавшейся при распаде радиоактив-
ных элементов в толще грунтового массива. Наряду с геофизи-
ческими измерениями, выполненными на поверхности земли, широ-
ко применяют каротаж — комплекс геофизических методов иссле-
дования грунтов путем измерения их физических характеристик
непосредственно в буровых скважинах. Существуют различные
виды каротажа: магнитный, электрический, газовый, радиоактив-
ный, сейсмический, акустический и др., — при которых в скважи-
ны опускают специальные приборы, измеряющие электрические
или магнитные свойства грунтов, их химический состав, радиоак-
тивность и пр. Созданы миниатюрные телекамеры на ультразву-
ковой основе, опускаемые в скважины и передающие изображе-
ние на экраны, установленные на поверхности земли.
Основное преимущество геофизических методов инженерно-
геологической разведки заключается в возможности исследования
крупных областей грунтового массива, в то время как разведоч-
ное бурение позволяет получать данные только в отдельных точ-
2* Зак. 104	35
ках. К недостаткам геофизических методов разведки относятся
трудности интерпретации полученных данных. В связи с этим гео-
физические методы целесообразно применять в сочетании с тради-
ционными методами разведки.
Для уточнения геологических условий на трассе подземных со-
оружений применяют статическое и динамическое зондирование,
которое проводят в основном в сухих и маловлажных несвязных
грунтах. При зондировании представляется возможность опреде-
лить сопротивление грунта статическим и динамическим нагруз-
кам, выявить глубину залегания кровли скальных и крупнообло-
мочных грунтов, определить плотность и модуль деформации пес-
чаных грунтов. При статическом зондировании в грунт залавлива-
ют стандартный конус или штангу, глубина погружения которых
регистрируется автоматически. При динамическом зондировании
измеряют сопротивление грунта при забивке в него молота с ко-
нусным наконечником.
При геолого-технической разведке также обследуют состояние
инженерных сооружений в районе предполагаемого строительст-
ва. При этом регистрируют все деформации зданий, их фундамен-
тов, а также грунтового массива, устанавливают причины этих
деформаций и оценивают эффективность защитных мероприятий.
Все материалы, полученные в результате рекогносцировки,
крупномасштабной съемки и геолого-технической разведки, под-
вергаются камеральной обработке. В лабораториях исследуют
свойства грунтов и подземных вод, изучают минералогический,
химический и механический составы грунтов, определяют рас-
четные показатели их физико-технических свойств и физико-хими-
ческих свойств подземных вод и т. п.
В случае необходимости для прогнозирования взаимодействия
подземных конструкций с грунтом на стадии инженерно-геологи-
ческих изысканий проводят экспериментальные исследования.
§ 4. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ
И ГЕОДЕЗИЧЕСКО-МАРКШЕЙДЕРСКИЕ РАБОТЫ
Инженерно-геодезические изыскания. Строительство городских
подземных сооружений практически невозможно без геодезичес-
кого обоснования, обеспечивающего вынос проекта сооружения в
натуру, контроль за его положением и габаритными размерами.
Геодезические работы выполняют на всех стадиях создания под-
земного сооружения: в процессе инженерных изысканий, проекти-
рования и строительства, а также в период эксплуатации Они
включают в себя целый комплекс геодезических измерений и по-
строений, методика и техника выполнения которых определяются
в соответствии с видом подземного сооружения, особенностями его
объемно-планировочной схемы, способами производства работ, а
также условиями планировки и застройки данного городского рай-
она.
Проведение геодезических работ в городских условиях ослож-
36
няется в связи с тем, что длина сторон государственных геодези-
ческих сетей короче, чем на внегородских территориях, что обус-
ловливает увеличение ошибок измерений. Возникновение их вы-
звано также расположением опорных пунктов геодезической сети,
часть которых закреплена на крышах высоких зданий, а часть — на
поверхности земли. Кроме того, геодезические работы в городе
зачастую приходится вести в условиях интенсивного движения
транспорта и пешеходов.
В состав геодезических изысканий, выполняемых до начала
строительства подземного сооружения, входят:
топографическая съемка;
создание плановой и высотной геодезических основ;
проектирование трассы и вынос осей сооружения в натуру.
Для создания наземной геодезической основы и проектирова-
ния трассы подземного сооружения необходимо иметь топографи-
ческую карту или план данного городского района, построчные на
основе топографической съемки.
Топографическую съемку выполняют методами инженерной гео-
дезии. В городских районах со спокойным рельефом при неплот-
ной застройке и при наличии больших площадей изысканий при-
меняют аэрофотосъемку. Используя контурно-комбинированные
стереофотографические аэрофотосъемочные методы, составляют'
топографические планы в масштабе 1:10000, 1:5000 или'1:2000.
В тех случаях, когда аэрофотосъемка по каким-либо причинам
невозможна, применяют мензульную съемку, составляя план мест-
ности в масштабе 1:10000—1:1000.
При ограниченных площадях изысканий и плотной застройке,
а также в сложных гидрометеорологических условиях целесооб-
разно применение тахеометрической съемки, в результате которой
получают планы местности в масштабе 1:5000—1:1000. На участках
городской территории со сложным рельефом находит применение
стереофотограмметрическая (фототеодолитная) съемка с состав-
лением планов в масштабе 1:1000—1:1000. В ряде случаев на
участках с плотной застройкой производят теодолитную и нивелир-
ную съемки местности с последующим построением планов в мас-
штабе 1:2000—1:1000. Возможно сочетание указанных выше спосо-
бов топографической съемки.
В результате съемки должны быть получены планы улиц, до-
рог и площадей с нанесением застройки и мест озеленения, а так-
же знаков государственной триангуляции и полигонометрии. Для
разработки технического проекта строительства подземного со-
оружения составляют планы в масштабе 1:2000, 1:1000 и 1:500, а
для разработки рабочих чертежей — в масштабе 1:500. Для
проектирования необходимы также топографические планы с су-
ществующими и .проектируемыми инженерными сетями и комму-
никациями в масштабе 1:500 и 1:200 и их поперечные профили по
пикетам (через 20—40 м) или по некоторым характерным точкам.
Съемку подземных инженерных коммуникаций производят с
использованием колодцев, а также путем выполнения раскопок.
37
Для обнаружения силовых и телефонных кабелей, водопроводов,
газопроводов, теплосетей и т. п. применяют индуктивные кабеле-
11 трассоискатели.
В последнее время топографические планы городских терри-
торий зашифровывают в виде так называемой цифровой модели
.местности. Заложенные в запоминающие устройства ЭВМ основные
данные могут быть быстро представлены в аналитическом или
графоаналитическом виде и использоваться на различных этапах
геодезических работ. По цифровой модели можно установить
также рациональную методику 1производства геодезическо-марк-
шейдерских работ, оценить необходимую степень точности и на-
дежность результатов геодезических измерений.
При проектировании подземных сооружений, расположенных
в сложившихся городских районах, топографическую съемку мест-
ности иногда не производят, используя готовые планы, снятые
при строительстве ранее построенных городских объектов. На эти
планы должны быть нанесены сооружения и объекты, построен-
ные после проведения съемки, и внесены все прочие изменения.
Имея план местности, приступают к созданию плановой и высот-
ной геодезических основ в районе строящегося подземного соору-
жения. Наземная основа представляет собой систему геодезичес-
ких пунктов, опирающихся на знаки существующей государствен-
ной (сети.
В зависимости от вида, размеров подземного сооружения в
качестве плановой основы устраивают триангуляционную сеть,
наземную полигонометрию, аналитическую сеть и пр.
При строительстве протяженных подземных сооружений прок-
ладывают триангуляционную сеть в виде системы треугольников,
близких к равносторонним (с углами аг- не менее 40°), опирающу-
юся на включенные в сеть базисы (рис. II.2). В каждом четырех-
угольнике, образованном двумя треугольниками, должно быть
по две диагонали, располагаемые не реже чем через шесть
треугольников. Форма триангуляционной сети определяется очер-
танием трассы подземного сооружения. Разряд триангуляции зави-
сит от приведенной длины сооружения. Триангуляционная сеть
прокладывается обычными средствами наземной геодезии (теодо-
литные ходы) с двухкратным повторением триангуляционных ра-
бот и контрольными измерениями длин базисов и углов в геоде-
зических треугольниках, с последующим вычислением длин их
сторон. Опорные пункты триангуляции фиксируют на местности
жесткими геодезическими знаками, которые располагают с уче-
том размещения порталов тоннелей, шахтных стволов, рамп, вхо-
дов и выходов с целью обеспечения условий видимости при ори-
ентировании подземных выработок. Все знаки должны быть зало-
жены за пределами участков возможных деформаций поверхности
земли, вызванных строительством данного подземного сооружения.
В ряде случаев в качестве плановой наземной основы (особен-
но в плотно застроенных районах) применяют полигонометрию,
состоящую из сети замкнутых полигонов или отдельных ходов
38
Рис. П.2. Схема плановой геодезической основы по трассе тоннеля
1 — закрытая часть тоннеля; 2 — рампы; 3 — шахтные сТволы
между пунктами государственной триангуляции. Полигонометрии
включает в себя главные полигонометрические ходы длиной 3—
5 км, промежуточные ходы длиной 0,4—0,8 км, основную разби-
вочную сеть длиной 0,2—0,3 км и рабочие ходы — 5—100 м.
Привязку к пунктам триангуляции производят не чаще чем.
через 3 км. Вершины полигонов выносят от знаков государствен-
ной сети и закрепляют так же, как и триангуляционные знаки.
Измеряют длины смежных сторон полигона и углы между ними..
В некоторых случаях для создания плановой наземной основы
используют комбинацию триангуляции и полигонометрии.
При строительстве подземных сооружений, имеющих неболь-
шие размеры в плане, наземную основу выполняют в виде анали-
тической сети квадратов или прямоугольников со сторонами 50,
100 или 200 м, опирая ее на государственную триангуляцию. Пунк-
ты такой сети располагают на поверхности земли по возможности
ближе к выносимым в натуру элементам подземного сооружения.
При этом используют частную систему координат, в которой фик-
сируют места расположения знаков и дирекционные углы сторон
прямоугольной сети. Помимо рассмотренных видов наземной ос-
новы в отдельных случаях применяют микротрилатерацию, метод
геодезических засечек и др.
39
Высотную наземную основу создают преимущественно метода-
ми геометрического нивелирования. Ходы нивелирования образуют
сеть замкнутых полигонов с привязкой к реперам и маркам город-
ской нивелировки.
Построенную и закрепленную на поверхности земли плановую
и высотную основы переносят на планы местности. После этого
на плане разбивают главные и второстепенные оси подземного
сооружения, вычисляют все необходимые геометрические харак-
теристики, производят привязку осей к знакам наземной основы
и к характерным точкам на местности. Кроме того, определяют
координаты осей отдельных элементов подземных конструкций:
колонн, фундаментов, стен, перекрытий и т. п. По такому плану
выносят оси подземного сооружения в натуру.
Разбивочные работы по выносу осей подземного сооружения
в натуру производят от наземной основы с закреплением направ-
лений и высотных отметок постоянными или временными знака-
ми. Для передачи координат и дирекционных углов от пунктов
наземной основы к шахтным стволам, наклонным выработкам,
стройплощадкам и т. п. дополнительно прокладывают одиночные
ходы небольшой длины или замкнутые полигоны подходной по-
лигонометрии, опирающиеся не менее чем на два знака основной
полигонометрии.
До начала строительства подземного сооружения необходимо
предварительно вычислить оптимальную точность геодезичес-
ких измерений, проводимых на всем протяжении создания под-
земного сооружения. Поскольку все геодезические измерения вы-
полняются с какими-либо погрешностями, происходит неизбежное
накопление ошибок, величины которых не должны превышать до-
пустимых нормами. Предварительный расчет требуемой точности
измерений дает возможность обосновать методику геодезических
работ и выбрать целесоответствующие измерительные приборы и
инструменты.
Геодезическо-маркшейдерские работы. В процессе строитель-
ства подземного сооружения осуществляется его ориентирование
относительно наземной основы, создание подземной геодезической
основы и разбивка всех конструктивных элементов в.плане и про-
филе, а также периодический контроль за положением опорных
пунктов основы и разбивочных осей сооружения. Кроме того, вы-
полняются систематическая регистрация процесса производства
работ, подсчет объемов земляных работ и материалов, используе-
мых в строительстве, а также контроль за положением элементов
подземного сооружения в соответствии с проектом.
Ориентирование подземных сооружений производят по-разно-
му в зависимости от способа строительства. Так, при строитель-
стве i'0-’зсмкых сооружений открытым и опускным способами, а
также при проходке коротких тоннелей на прямых в плане со
стороны порталов закрытым способом передачу направлений и
высотных !омеюк осуществляют непосредственным продолжени-
40
ем наземных ходов. Если подземные выработки сооружают закры-
тым способом через шахтные стволы или наклонные тоннели, то-
ориентирование выработок требует выполнения специальных гео-
дезических операций и производится через одну вертикальную
шахту, две шахты, шахту и скважину, горизонтальные или на-
клонные выработки.
Для передачи дирекционных углов и координат опорных точек
применяют различные способы ориентирования в зависимости от
вида вспомогательной выработки и глубины заложения подземного-
сооружения. Ориентирование подземных выработок через один
шахтный ствол выполняют чаще всего способом створа двух отве-
сов или соединительных треугольников. Несмотря на некоторые
различия, оба эти способа основаны на аналогичном принципе
с использованием опущенных в шахтный ствол отвесов.
При первом способе отвесы располагают в створе закреплен-
ного теодолитом направления, соответствующего направлению
подземной выработки. Затем теодолит устанавливают в створе-
отвесов под землей и провешивают ось выработки, закрепляя ее
маркшейдерскими знаками I и II (рис. II. 3,а).
Для передачи координат в подземную выработку измеряют’
расстояние между отвесами, расстояние от теодолита до ближай-
шего отвеса на поверхности земли, а также расстояние от одно-
го из отвесов до маркшейдерского знака и между знаками в под-
земной выработке.
Способ створа двух отвесов следует применять при удалении
забоя выработки от шахтного ствола не более чем на 50 м. При
этом среднеквадратичная ошибка ориентирования находится в
пределах ±30". Повышение точности ориентирования достигается'
путем учета амплитуды колебания отвесов, величина которой
замеряется теодолитом по рейке.
При способе соединительных треугольников в непосредствен-
ной близости от отвесов (но не в створе) устанавливают два тео-
долита: один — на поверхности земли, а второй — в подземной
околоствольной выработке. Первым теодолитом измеряют угол
между направлением на отвесы и примычный угол, а также рас-
стояние между отвесами и расстояния от оси теодолита до каждо-
го из отвесов. В образованном таким образом треугольнике вы-
числяют значения углов, а далее определяют дирекционный угол
линии, проходящей через плоскость створа отвесов.
Аналогичные измерения и вычисления выполняют в подземной
выработке, принимая дирекционный угол плоскости отвесов за
исходный. При помощи теодолита выносят координаты знаков, за-
крепленных в подземной выработке, и вычисляют дирекционный
угол приствольной линии, которую затем включают в сеть под-
земной полигонометрии.
Высртные отметки передают в подземные выработки через
шахтные стволы или скважины при помощи установленных на по-
верхности земли и в подземной выработке нивелиров, стальной
мерной ленты — отвеса и реек (рис. II; 3,6):
41
в)
Рис. II.3. Ориентирование
подземной выработки по
способу створа отвесов (а)
и передача высотных отме-
ток (б, в) через шахтный
ствол
1	— теодолит; 2 — геодези-
ческий знак; 3 — лебедки;
4	— копер; 5 — визирная
марка; 6 — шахтный ствол;
7 — подземная выработка;
8	— отвесы; 9 — бак с мас-
лом: 10 — груз; // — ниве-
лир; 12 — рейка; 13— репер:
14 — мерная лента: 15 —
длиномер
Рис. II.4. Схема подземной
полигонометрии
1 — тоннель; 2 — подходная
полигонометрия; 3 — рабочая
полигонометрия; 4 — основ-
ная полигонометрия; 5 —
шахтный ствол; 6 — подход-
ная выработка
42
Высотную отметку (Яо) репера, установленного в подземной
выработке, можно определить из выражения
Но =	—	— 'г \1 - \т],	(II. 1)
где Hi -- высотная отметка поверхностного репера, мм; hi, h2 — отсчет по рей--
ке на поверхности земли и в подземной выработке, мм; di, d2 — отсчет по
ленте на поверхности земли и в подземной выработке, мм; А/— поправка на
ксмпарирование ленты, мм; Ат— поправка на температурное удлинение лен-
ты, мм.
В некоторых случаях для передачи высотных отметок через
шахтный ствол используют автоматические длиномеры ДА-2, ко-
торые обеспечивают точность измерений в пределах 1:15 000 —
1:25 000 (рис. II. 3,в). Для ориентирования подземных выработок
наряду с рассмотренными геометрическими применяют физические
способы: гироскопический, магнитный, оптического клипа, све-
тового потока, автоколлимационный и др., сущность и методика
применения которых изложены в специальной литературе (Лебе-
дев Н. Н. Курс инженерной геодезии. М., Недра, 1974). Наиболь-
шее распространение получил способ гироскопического ориенти-
рования, основанный на использовании специальных приборов —
гиротеодолитов с торсионным подвесом чувствительного элемента,
с ручным или автоматическим слежением — Ги-Б1, Ги-Б2 и др. В
основе этих приборов гироскопы М-2,	М-3, МГ-1 и
МВ-1, позволяющие определять направление меридиана с точ-
ностью 35—45".
Способ гироскопического ориентирования дает возможность
определять азимут любого направления непосредственно в под-
земной выработке без передачи дирекционных углов с поверхности
через шахтный ствол или скважину.
При этом точность ориентирования примерно в 1,5 раза выше,,
чем при способе соединительных треугольников, среднеквадратич-
ная ошибка составляет ±8".
После ориентирования подземных выработок выполняют це-
лый комплекс геодезическо-маркшейдерских работ, включающий
создание подземной геодезической основы, разбивку контуров
подземного сооружения, обеспечение сбоек проходимых навстре-
чу выработок, ведение по трассе щитов и тоннелепроходческих
машин и т. п.
При закрытом способе строительства подземных сооружений
плановой геодезической основой служит подземная полигономет-
рия, устанавливающая положение опорных пунктов под землей в
наземной системе координат. По сравнению с наземной подземная
геодезическая основа имеет ряд специфических особенностей.
Прежде всего форма фигур подземной полигонометрии является
вынужденной и целиком определяется планом подземного соору-
жения. В связи с тем, что проходка подземных выработок чаще
всего ведется глухим забоем, ходы подземной полигонометрии
прокладываются висячими. Это не дает возможности определить-
невязки и оценить точность геодезических работ до сбойки.
Подземную полигонометрию прокладывают в виде ходов раз-
43'-
личной длины и связывают с наземной геодезической сетью через
порталы, шахтные стволы, штольни и другие вспомогательные вы-
работки. Подземная полигонометрия подразделяется на подход-
ную, рабочую, основную и главные полигонометрические ходы
(рис. II.4).
Для передачи направлений от подходных выработок на трас-
су тоннеля выносят ходы подходной полигонометрии длиной
10—50 м. При длине проходки «глухим» забоем менее 1 км про-
кладывают ходы рабочей и основной полигонометрии. Рабочая
полигонометрия прокладывается в виде цепочки вытянутых тре-
угольников со сторонами 25—50 м и служит для разбивки осей и
выноса элементов конструкций.
Основную полигонометрию прокладывают по пунктам рабочей
(через один) длиной хода 50—100 м. Она предназначена для
контроля точности рабочей полигонометрии. При длине проходки
более 1 км дополнительно выносят главные полигонометрические
ходы длиной 150—800 м по знакам основной полигонометрии. Эти
ходы служат для контроля точности рабочей и основной полигоно-
метрии.
Подземную основу разбивают по мере проходки выработки,
не допуская удаления забоя от последнего знака основы более
чем на 70 м. В качестве высотной подземной основы проклады-
вают сеть геометрического нивелирования от портала или шахтно-
то ствола. Нивелирные ходы также являются «висячими» и про-
кладываются по знакам подземной полигонометрии, которые
одновременно выполняют функцию реперов. Знаки подземной гео-
дезической основы закладывают в подошве выработки или в об-
делке на уровне проезжей части.
Наличие плановой и высотной подземной основ дает возмож-
ность выносить ось подземного сооружения, обеспечивать точ-
ный контур проходимой выработки, устанавливать проектное
положение обделки, обалубки, вести по трассе щиты и тон-
нельные машины и т. п. Эти и другие виды маркшейдерских
работ, являющихся неотъемлемой частью технологического про-
цесса строительства подземных сооружений, изложены примени-
тельно к отдельным способам производства работ
(см. гл. VII — X).
По окончании проходки подземных выработок производят
оценку точности сбойки встречных забоев, которая для автодо-
рожных тоннелей регламентируется в плане величиной ±100 мм,
а в профиле ±50 мм. После сбойки производят сквозное нивели-
рование и контроль высотных отметок. Заключительной стадией
маркшейдерских работ является составление исполнительных чер-
тежей завершенных элементов подземного сооружения, отражаю-
щих фактические размеры сооружения, его расположение относи-
тельно пунктов геодезической сети.
В процессе строительства и эксплуатации подземного сооруже-
ния контролируют осадки и деформации подземных конструкций,
а также всех наземных зданий и сооружений, расположенных
в зоне строительства. В некоторых случаях контролируют дефор-
мации окружающего подземное сооружение грунтового масси-
ва (см. гл. XI).
В настоящее время при строительстве городских подземных
сооружений геодезическо-маркшейдерские работы выполняют с
применением новейших средств электроники, автоматики и вы-
числительной техники. Наряду с использованием обычных геоде-
зических приборов и инструментов (теодолиты, нивелиры, уровни,
мензульные комплекты, тахеометры, мерные ленты и т. п.) все
шире внедряется более совершенное оборудование. В частности,
находят применение теодолиты высокой точности с двусторонни-
ми микрометрами, светодальномеры, работающие на больших и
малых расстояниях, фазовые радиодальномеры с 10- и 3-сантимет-
ровым диапазоном. Применяют также высокоточные нивелиры с
компенсированными уровнями, тахеометры-автоматы, оптические,
топографические и дифференциальные дальномеры, гидротеодо-
литы, гидронивелиры и пр. Весьма эффективны геодезические
лазерные приборы, основанные на использовании оптических
квантовых генераторов.
Для математической обработки результатов измерений, а
также при расчетах, связанных с перенесением проектов соору-
жений в натуру, при предвычислении точности геодезических ра-
бот и т. п. широко используется электронно-вычислительная
техника.
Глава III ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
§ 5. АВТОТРАНСПОРТНЫЕ ТОННЕЛИ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
Общие сведения. Автотранспортные тоннели в городах соору-
жают для:
развязки движения в разных уровнях на пересечениях, при-
мыканиях или разветвлениях магистралей;
увеличения или выравнивания пропускной способности от-
дельных участков магистралей;
улучшения планировочной структуры улично-дорожной сети;
создания подъездных путей к подземным автостоянкам и га-
ражам, торговым центрам, складам, вокзалам, аэропортам и др.
Автотранспортные тоннели мелкого заложения предназначе-
ны обычно для пропуска всех видов городского безрельсового
транспорта: легковых и грузовых автомобилей, автобусов и
троллейбусов. Однако в ряде случаев сооружают тоннели для
пропуска только грузовых или легковых автомобилей. Грузовые
тоннели устраивают по трассе специальных магистралей для гру-
зового транспорта, а также в качестве подъездных путей. Строи-
тельство тоннелей для легковых автомобилей может оказаться
45
целесообразным в центральных районах городов, где доля легко-
вых автомобилей в общем потоке составляет более 80%.
Необходимость строительства городских тоннелей для автомо-
бильного движения чаще всего возникает в связи с реконструк-
цией существующих и созданием новых скоростных дорог и
магистралей непрерывного движения. Обычно скорость автомо-
бильного транспорта и пропускная способность магистралей ли-
митируются перекрестками, где в одном уровне пересекаются
интенсивные потоки. Создание транспортной развязки обеспечи-
вает пересечение потоков в разных уровнях, устраняет задержки
у светофоров, способствует повышению скорости и улучшению
условий безопасности движения. Кроме того, ликвидируются
перепробеги транспорта, увеличивается пропускная способность
перекрестка, повышаются удобства пешеходов, снижаются сте-
пень загазованности воздуха и уровень транспортного шума.
Например, создание транспортных тоннелей в узлах основных
магистралей Москвы увеличило их пропускную способность в
3 раза за счет устранения задержек .транспорта у светофоров.
Развязки в разных уровнях устраивают в местах пересече-
ния, примыкания или разветвления скорости дорог, магистралей
непрерывного движения, а также в местах пересечения скорост-
ных дорог с магистральными. Иногда развязки сооружают в
отдельных узлах районных магистралей. Создание развязок в
разных уровнях целесообразно на перекрестках и площадях с
интенсивностью движения более 6—8 тыс. приведенных автомо-
билей в 1 ч на подходах к узлу или при интенсивности левопово-
ротного движения более 1200 автомобилей в 1 ч.
Развязка транспортных потоков в узле может осуществляться
в двух, трех уровнях и более с использованием выемок,эстакад
или тоннелей. В некоторых случаях сооружают комбинирован-
ные развязки с устройством в одном узле различных искусствен-
ных сооружений. В качестве примера можно привести тоннельно-
эстакадную развязку в трех уровнях на площади Савеловского
вокзала в Москве.
Строительство транспортных тоннелей во многих случаях
оказывается предпочтительнее эстакад, особенно при выпуклом
рельефе местности. Тоннельные развязки занимают сравнительно
небольшую территорию; их конструкции почти не выступают над
поверхностью земли, не ухудшают условий видимости на пере-
крестках и не вносят нарушений в сложившиеся архитектурные
ансамбли. Тоннели, в отличие от открытых выемок и эстакад, за-
щищены от воздействия неблагоприятных атмосферных явлений
(снега, дождя, ветра, гололеда и т. п.), что улучшает условия
движения транспорта. Кроме того, тоннельные сооружения спо-
собствуют снижению транспортного шума, вибрации и загазо-
ванности воздуха. Эффективность автотранспортных тоннелей в
значительной степени возрастает при совмещении их с другими
подземными сооружениями: коллекторными и пешеходными тон-
нелями, подземными автостоянками и гаражами.

Транспортные тоннели, служащие для увеличения пропуск-
ной способности магистрали, сооружают на наиболее стесненных
участках городской территории, расширение которых невозмож-
но из-за капитальной застройки, не подлежащей сносу или пере-
движке, а также вдоль набережных рек, каналов и магистралей.
При этом за счет создания подземного уровня увеличивается
проезжая часть и выравнивается ее пропускная способность, но
условия движения транспорта практически не изменяются.
Экономическую эффективность строительства автотранспорт-
ных тоннелей определяют в два этапа. Прежде всего выявляют
экономическую целесообразность создания искусственного соору-
жения (тоннеля, эстакады, открытой выемки) на данном участке
городской территории. Считается, что строительство искусствен-
ного транспортного сооружения экономически целесообразно при
условии
(Л/?+ Л Р) Т«к>3,	(Ш.1)
где АР — ежегодная экономия за счет устранения остановок транспортных
средств, снижения стоимости перевозок грузов и пассажиров в районе искусст-
венного сооружения, тыс. руб.; АР — ежегодная экономия за счет сокращения
затрат на регулирование уличного движения, тыс. руб.; 7",. — нормативный
срок окупаемости искусственного сооружения, принимаемый равным 10 годам;
3 — капитальные вложения в строительство искусственного сооружения, тыс.
руб.
Затем определяют наиболее экономичный тип транспортного
сооружения. При этом учитывают планировочные и транспортные
характеристики: площадь, занимаемую сооружением в плане,
объемно-планировочные схемы, глубину заложения, способы
строительства, удобство и безопасность движения транспорта и
пешеходов и т. п. Сравнивают два конкурентоспособных варианта
по сроку окупаемости капитальных вложений:
Ток = (Sj 3„)/(5П	(Ш-2)
где Sr, Зп— капитальные вложения по I и II вариантам, тыс. руб.; Эх, Эи—
годовые эксплуатационные расходы по I и II вариантам, тыс. руб.
Годовые эксплуатационные расходы складываются из ежегод-
ных затрат на эксплуатацию транспортных средств в пределах
искусственного сооружения, затрат на содержание и ремонт про-
езжей части и тротуаров, на озеленение, а также на эксплуатацию
самого искусственного сооружения. В результате сравнения пред-
почтение отдают варианту с наименьшим расчетным сроком оку-
паемости.
Далее приведены требования к плану, продольному профилю и
поперечному сечению автотранспортных тоннелей мелкого заложе-
ния в соответствии с положениями СНиП 11-60-75 «Планировка и
застройка городов, поселков и сельских населенных пунктов» и
«Руководства по проектированию городских улиц и дорог».
Планировочные схемы. Автотранспортные тоннели для развязки
движения в разных уровнях сооружают на прямых и косых пере-
сечениях, У- и Т-образных примыканиях, а также на разветвлениях
47
-£BdgooH£Bd ннжоиеоя wore nd]j •иэквбтэизвы химчь’омээн игш хЛн!Г
ные планировочные решения, отличающиеся направлением тонне-
ля, очертанием его в плане, характером развязки транспортных по-
токов и т. п. Выбор планировочной схемы зависит от наличия и
конфигурации свободных территорий в месте развязки, топографии
пересекающихся или примыкающих улиц, характера застройки, ин-
женерно-геологических условий, наличия подземных коммуникаций
и пр.
Планировочные схемы транспортных тоннелей существенно ос-
ложняются в связи с наличием в пределах узла трамвайных путей,
линий железной дороги, а также при увеличении числа примыкаю-
щих улиц и магистралей, особенно если они разной категории, ши-
рины и пропускной способности. При создании тоннеля коренным
образом изменяются условия движения транспорта, причем органи-
зация движения в данном районе может осуществляться по разным
схемам.
Разрабатывая планировочные решения транспортных тоннелей,
учитывают и изменение условий пешеходного движения, стремясь
обеспечить пешеходам удобные переходы через пересекаемые ма-
гистрали, подходы к остановкам общественного транспорта и к
зданиям.
Обычно полную развязку с непрерывным движением по ней ос-
новных и всех поворачивающих потоков устраивают на пересече-
нии скоростных дорог с другими скоростными дорогами или магист-
ралями непрерывного движения при наличии достаточно свобод-
ной от застройки территории. В условиях плотной городской заст-
ройки чаще всего устраивают развязки в двух уровнях с обеспече-
нием непрерывного движения транспорта по главному направлению.
При этом движение по второстепенному и левоповоротным направ-
лениям может быть также непрерывным, с принудительным регу-
лированием или саморегулируемым. Тоннельные развязки по трас-
се автомагистрали рекомендуется устраивать не чаще чем через
1,5—2 км, чтобы не ухудшать продольный профиль и транспортно-
эксплуатационные качества магистрали. При этом полная развязка
движения чаще всего может быть обеспечена только в пределах
нескольких узлов.
При сооружении автотранспортного тоннеля на прямом пересе-
чении двух автомагистралей его стремятся заложить в большинстве
случаев по направлению более широкой магистрали. Это дает воз-
можность оставить места для боковых проездов рядом с тоннелем
и упрощает возможность поворотов с пересекаемой магистрали.
Иногда тоннели располагают по направлению менее широкой ма-
гистрали, оставляя главную, более напряженную магистраль сво-
бодной для скоростного движения. Если тоннель размещается на
прямом пересечении двух магистралей одинаковой ширины, его
лучше закладывать по направлению менее напряженной магистра-
ли, чтобы не нарушать продольный профиль и условия движения
по основной магистрали.
При расположении тоннеля на широкой (порядка 50—80 м) ма-
48
Рис. III.1. Схема транспортного тоннеля
на прямом перекрестке с развязкой дви-
жения по типу «сплющенного клеверного
листа» (а) и «полного клеверного листа»
с объездом кварталов (б)
1 — закрытая часть тоннеля; 2 — рамповые
участки; 3 — направление движения тран-
спорта; 4 — застройка; 5 — подземные пе-
шеходные переходы
Рис. III.2. Схема транспортного тоннеля
на прямом перекрестке с кольцевой (а),
ромбовидной (б) н петлевой (в) развяз-
кой движения
1 — закрытая часть тоннеля; 2 — рамповые
участки; 3 — островки; 4 — направление
движения транспорта; 5 — застройка
гистрали возможно устройство развязки с левоповоротным движе-
нием вдоль рамповых участков и разворотами над тоннелем (рис.
III. 1, а). При этом левоповоротные съезды получаются вытянуты-
ми и имеют радиусы закругления порядка 12—24 м, а правопово-
ротпые съезды устраивают с радиусами закругления 20—50 м. Зо-
на разворотов вокруг рампы должна быть довольно широкой, что-
бы можно было изменять направление движения и обеспечить
встречное движение транспорта. Пропуск пешеходов через пересе-
кающиеся магистрали может быть организован с использованием
как наземных, так и подземных переходов.
Рассмотренная планировочная схема развязки, которая носит
название «сплющенный клеверный лист», применена на ряде транс-
портных тоннелей в Москве (на Арбатской площади, на пересече-
49
нии Беговой улицы с Ленинградским проспектом) и в других го-
родах. При такой развязке осуществляется непрерывное движение
транспорта по всем направлениям, не смешиваются лево- и право-
поворотные потоки. К недостаткам этого типа развязки следует от-
нести некоторое удлинение закрытой части тоннеля для обеспече-
ния разворотов и наличие перепробегов транспорта при левопово-
ротном движении. За счет поворотов и разворотов автомобилей с
предварительным перестроением снижается пропускная способность
основной магистрали. Кроме того, вдоль рамповых участков тонне-
ля возникает встречное движение транспорта, что приводит к сни-
жению скорости движения, а при развороте на кривых малых ра-
диусов автомобили мешают основному движению. Развязка по
типу «сплющенного клеверного листа» требует отвода большой тер-
ритории (до 6—8 га) и поэтому находит применение только на
достаточно крупных площадях при сравнительно небольшой интен-
сивности левоповоротного движения.
Если местные условия не позволяют устроить такую развязку
целиком, применяют развязку по типу неполного «сплющенного
клеверного листа» с двумя двухпутными съездами, как это сдела-
но, например, при строительстве транспортного тоннеля на Ок-
тябрьской площади в Москве. В некоторых случаях при располо-
жении тоннеля на узкой автомагистрали осуществляют развязку
движения по схеме «полного клеверного листа» с организацией ле-
вых поворотов яутем объезда второстепенных улиц и дорог на при-
легающих кварталах (рис. III. 1, б). Это довольно простая схема,
не требующая дополнительной территории для боковых проездов.
Правые повороты осуществляются, как обычно, а левые — через
соседние улицы. Такая схема может оказаться целесообразной в
случае, если размеры прилегающих кварталов невелики (периметр
не более 400—500 м) и перепробеги транспорта незначительны.
Кроме того, следует учитывать некоторое увеличение интенсивнос-
ти движения по прилегающим улицам и снижение безопасности
движения через них пешеходов. При устройстве развязок «клевер-
ного» типа затрудняется движение общественного транспорта в
узле, так как места остановок и пешеходные переходы чаще всего
выносят за пределы развязки.
В ряде случаев при строительстве транспортного тоннеля на
прямом пересечении двух магистралей с интенсивным движением
развязку автомобильных потоков проектируют по кольцевой схеме
вокруг центрального островка (рис. III. 2, а). При этом правопово-
ротное движение осуществляется обычным образом, а левопово-
ротное — по кольцевой схеме (над тоннелем) без принудительного
регулирования. Для обеспечения кольцевого движения транспорта
борта тротуаров должны иметь закругления с радиусом порядка
12—25 м. Диаметр островка (D) должен быть достаточным для
возможности перестроения транспортных потоков и в зависимости
от интенсивности движения составляет 30—80 м. Следует, однако,
отметить, что с увеличением диаметра островка возрастают и пере-
пробеги транспорта. Островок может быть не только кругового, но
50
и любого другого замкнутого очертания в зависимости от местных
условий.
При кольцевой развязке пешеходные потоки пропускают по пе-
риметру площади с пересечением магистралей по наземным или
подземным пешеходным переходам. Кольцевая развязка в наилуч-
шей степени обеспечивает возможность левых и обратных поворо-
тов над тоннелем без дополнительных пробегов транспорта. К дос-
тоинствам ее следует отнести также простоту организации движе-
ния, удобства водителям, хорошие условия видимости и сохранение
застройки. К недостаткам кольцевой развязки следует отнести ее
ограниченную пропускную способность. Увеличение пропускной спо-
собности может быть достигнуто устройством прямого проезда че-
рез островок над тоннелем (перекрестно-кольцевое движение). При
этом движение левоповоротных потоков по кольцу должно регули-
роваться. Дальнейшее развитие узла с кольцевой развязкой воз-
можно путем устройства третьего уровня движения по эстакаде.
Па достаточно больших по площади перекрестках развязку дви-
жения транспорта над тоннелем можно устраивать по ромбовидной
схеме, которая отличается достаточной простотой и экономич-
ностью (рис. III. 2, б).
Левые повороты оканчиваются разворотами вокруг островков,
что требует перестройки идущих на разворот транспортных пото-
ков. При такой схеме необходимо регулирование движения лево-
поворотных потоков, которые пересекаются с прямыми потоками по
второстепенной магистрали. Это приводит к некоторому снижению
скорости движения и уменьшению пропускной способности пере-
крестка.
При развязке движения по типу «ромба» для пропуска через
магистрали пешеходных потоков целесообразно создание пешеход-
ных тоннелей. Ромбовидные развязки устраивают и в трех уровнях
с эстакадой и тоннелем по направлению главной и второстепенной
магистралей и пропуском поворотного движения по поверхности
земли.
В тех случаях, когда площадь прямого перекрестка не позволя-
ет осуществить разворот автомобилей непосредственно над тонне-
лем, устраивают петлевое пересечение с отнесенными левыми пово-
ротами и разворотами (рис. III. 2, в). Последние могут быть или
только по главной магистрали, по главной и второстепенной, или
только по второстепенной магистрали. Отнесенные повороты толь-
ко по второстепенной магистрали устраивают, если движение по
ней не очень интенсивное — до 1500 автомобилей в 1 ч в одном на-
правлении. Места поворотов и разворотов фиксируют специальны-
ми островками, радиусы закругления которых должны быть не ме-
нее 8 м для легковых и 12 м для грузовых автомобилей. Расстояние,
на которое относят островки, зависит от ширины проезжей части и
определяется возможностью перестроения автомобилей, совершаю-
щих левые повороты.
При двухрядном движении в одном направлении расстояние от
начала рамповых участков до островка составляет 60—75 м, а при
51
Рис. III.3. Схема транспортного тоннеля на Т-образном (а), У-образном (б) примыканиях
и на развилке (в) магистралей
/ — закрытая часть тоннеля; 2 — рамповые участки; 3 — направление движения транспорта;
4 —застройка; 5 — островок; 6 — подземные пешеходные переходы
трех- и четырехрядном движении — 150—200 м. При таком типе
пересечения несколько снижаются условия безопасности движения
в связи с необходимостью перестроения транспортных потоков, а
непрерывное движение обеспечивается только по главному направ-
лению. Существенным недостатком петлевой развязки является
также необходимость выноса пешеходных переходов и остановок
общественного транспорта за пределы узла.
На Т-образных примыканиях двух магистралей транспортные
тоннели чаще всего располагают по направлению главной магист-
рали. При этом вдоль рамповых участков тоннеля должны быть
оставлены местные проезды (рис. III. 3, а). В этом случае обеспе-
чивается саморегулируемое движение по всем направлениям: лево-
поворотные потоки могут пропускаться вокруг разделительного ост-
ровка по кольцевой схеме, а разворотные потоки — над тоннелем.
Пропуск пешеходов в месте развязки может быть организован по
поверхности земли или по подземным пешеходным переходам под
рамповыми участками транспортного тоннеля. Возможно создание
системы подземных пешеходных переходов с использованием ост-
ровка над закрытой частью транспортного тоннеля. При наличии
достаточной территории на Т-образных примыканиях могут устраи-
52
Рис. 1П.4. Тоннели для увеличения пропускной способности магистрали на участке ее
сужения (а) и вдоль набережной (б)
/ — застройка; 2 — закрытая часть тоннеля; 3 — направление движения транспорта; 4 —
рампы; 5 — участок местного сужения магистрали; 6 — уровень воды в водотоке
ваться комбинированные развязки над тоннелем по типу «труба»,
«прокол» или «листовидная», при которых тоннель располагается
по направлению второстепенной (примыкающей) магистрали. Это
довольно сложные развязки, включающие различные элементы кле-
верных, петлевых, ромбовидных и других типов пересечений.
На У-образных примыканиях двух магистралей помимо устрой-
ства развязок, аналогичных применяемым на Т-образных примыка-
ниях, возможно расположение тоннеля по двум магистралям на
криволинейной в плане трассе (рис. III. 3, б). В этом случае в за-
висимости от ширины примыкающих магистралей устраивают тон-
нели для пропуска как двух-, так и одностороннего движения. Дли-
на закрытой части таких тоннелей должна быть достаточной для
пропуска транспорта над тоннелем.
Тоннели на развилках магистралей в зависимости от ширины
последних и интенсивности движения устраивают одно- и двусто-
ронними с различными схемами развязки движения над тоннелем.
Например, возможно устройство кольцевой развязки движения над
закрытой частью тоннеля с удлиненными поворотными островка-
53
Рис. III.5. Планировочные
схемы разветвляющихся (а,
б) и пересекающихся в пла-
не (в, г) транспортных тон-
нелей
1 — закрытая часть тоннеля;
2 — открытые рампы; 3 — на-
правление движения тран-
спорта; 4 — закрытая пря-
мая рампа; 5 — закрытая
спиральная рампа
ми, как это принято на тоннельном пересечении на развилке Ленин-
градского и Волоколамского шоссе в Москве (рис. III. 3, в).
Транспортные тоннели для увеличения пропускной способности,
так же как у грузовые тоннели, имеют сравнительно простые пла-
нировочные схемы. Такие тоннели обычно закладывают по направ-
лению основных магистралей. Рамповые участки могут устраи-
ваться по всей ширине тоннеля и состоять из двух частей, так что
над тоннелем будут свободно проходить транспортные потоки (рис.
III. 4, а). Аналогичные планировочные схемы имеют транспортные
тоннели, прокладываемые вдоль набережных (рис. III. 4, б). Воз-
можно создание промежуточных рамп для въезда или выезда транс-
портных средств на прилегающие магистрали по трассе основного
тоннеля.
Автотранспортные тоннели для улучшения планировочной
структуры улично-дорожной сети, сохранения застройки, создания
«безавтомобильных» зон, так же как и подъездные тоннели, могут
иметь различные планировочные схемы в зависимости от конкрет-
ных градостроительных условий.
Все рассмотренные типы планировочных схем с тоннелями пу-
тепроводного типа достаточно просты. Однако иногда в практике
подземного строительства приходится сооружать и более сложные
54
по планировке тоннельные развязки. Так, на крупных площадях,
пересечениях, примыканиях или разветвлениях трех, четырех и
большего числа магистралей приходится строить не один, а несколь-
ко транспортных тоннелей, которые могут быть изолированными или
взаимосвязанными. Имеются в виду тоннели с ответвлениями одно-
сторонних или разветвлениями противоположных потоков, а также
пересекающиеся между собой в плане в двух или трех уровнях (рис.
III. 5). В таких тоннелях необходимо выделение специальных полос,
чтобы исключить перестроение автомобилей.
Объемно-планировочные схемы автотранспортных тоннелей зна-
чительно осложняются при пропуске по ним трамваев и пешеходов,
а также при устройстве в тоннеле остановок общественного транс-
порта, что требует уширения проезжей части и создания дополни-
тельных входов и выходов для пассажиров. Сложные объемно-пла-
нировочные схемы имеют комбинированные развязки в нескольких
уровнях, в состав которых входят автотранспортные и пешеходные
тоннели, эстакады, вестибюли метрополитена и др.
Автотранспортные тоннели мелкого заложения независимо от
планировочной схемы состоят из закрытой, собственно тоннельной
части и открытых рамповых участков. В некоторых случаях для
улучшения условий проветривания и освещения тоннелей значитель-
ной протяженности в местах, где не предусмотрен пропуск назем-
ного транспорта, оставляют открытые сверху участки.
При проектировании тоннелей в плане важно правильно назна-
чать места перехода от рамповой части к тоннелю. Это зависит от
схемы развязки транспортных потоков и от условий пешеходного
движения. Места перехода от рампы к тоннелю назначают таким
образом, чтобы осуществить беспрепятственный пропуск транспор-
та по пересекаемой и всем прилегающим магистралям, а также оста-
вить места для разворота автомобилей над тоннелем, если это пред-
усмотрено схемой развязки. Кроме того, необходимо оставить пе-
шеходные полосы для безопасного перехода через основную маги-
страль. При этом надо стремиться к тому, чтобы длина закрытой
части тоннеля была по возможности минимальной. В некоторых
случаях для развязки автомобильного и пешеходного движения над
транспортным тоннелем прокладывают пешеходный тоннель (см.
рис. III.28). Это несколько сокращает длину тоннельной части, од-
нако приводит к значительному удлинению рамповых участков за
счет необходимости заглубления транспортного тоннеля не менее
чем на 2,5—3 м.
Вдоль рамп транспортных тоннелей на поверхности магистрали
могут быть оставлены проезды для однополосного движения ши-
риной 6—7 м или двухполосного — 9—10,5 м. Между рампами и
местными проездами обычно устраивают газон или тротуар с за-
круглениями для возможности разворота транспорта. Радиус за-
кругления для легковых автомобилей должен быть не менее 8 м,
а для грузовых автомобилей, автобусов и троллейбусов — не менее
12 м.
Автотранспортные тоннели располагают преимущественно на
55
прямолинейной в плане трассе, что предпочтительнее с точки зре-
ния условий безопасности движения, видимости в тоннеле, трасси-
рования, строительства и эксплуатации. Необходимость сооруже-
ния криволинейных в плане тоннелей вызывается условиями пла-
нировки (например, на У-образных примыканиях или на развилках
магистралей), а также стремлением обойти фундаменты зданий и
сооружений, существующие тоннели, коммуникации или другие
подземные объекты. Иногда при невозможности обойти фунда-
менты зданий тоннели прокладывают непосредственно под здани-
ями, предварительно усилив их фундаменты.
При расположении тоннелей на криволинейной трассе умень-
шается устойчивость движущихся автомобилей, на которые дей-
ствуют центробежные силы. Поэтому радиусы кривых следует на-
значать по возможности максимальными: порядка 3000—
5000 м на скоростных, 2000—5000 м на общегородских
и 1000—1500 м на районных магистралях. Минималь-
ные радиусы кривых регламентируются в зависимости от ско-
рости движения автомобилей и.составляют 600, 400 и 300 м соот-
ветственно для скоростных, общегородских и районных маги-
стралей.
Продольный профиль и поперечные сечения. Продольный про-
филь автотранспортных тоннелей проектируют с минимальным за-
ложением перекрытия тоннеля под проезжей частью улицы для
уменьшения полной длины тоннеля. Глубина заложения может
быть увеличена, если над перекрытием тоннеля предусматривается
прокладка подземных коммуникаций или пешеходных тоннелей.
В некоторых случаях для уменьшения глубины заложения тоннель-
ной части подземные коммуникации могут быть пропущены через
конструкцию перекрытия тоннеля.
Если над тоннелем проходит трамвайная линия, глубина за-
ложения перекрытия должна быть не менее 1 м, считая от уровня
головки рельсов трамвайного пути. Как правило, все городские
транспортные тоннели имеют двухскатный продольный профиль
вогнутого очертания. На закрытой, тоннельной части продольный
уклон делается по возможности минимальным, но не менее 4%о по
условиям стока воды. Продольный уклон открытых рамповых уча-
стков, наоборот, следует делать максимальным, что уменьшает
полную длину тоннеля и приводит к снижению объемов основных
работ.
На скоростных дорогах максимальный продольный уклон не
должен превышать 40%о, на общегородских магистралях — 50 и на
районных магистралях — 60%о. При этом ограничение максималь-
ного продольного уклона во многом связано со стремлением со-
кратить газовыделение автомобильных двигателей. В связи с этим
при интенсивном движении грузового транспорта максимальный
продольный уклон на рампах рекомендуется уменьшать на 1О%о-
Сопряжения подходных и рамповых, рамповых и закрытого
участков тоннеля производят путем вписывания вертикальных
кривых, радиусы которых зависят от расчетной скорости движения,
56
типа магистрали, условий видимости (выпуклые кривые) и плав-
ности движения (вогнутые кривые). Радиусы вертикальных кривых
для скоростных дорог должны быть не менее 10 000 м для выпук-
лых и 2000 м для вогнутых кривых. На общегородских и район-
ных магистралях наименьшие радиусы кривых составляют соот-
ветственно 6000 и 4000 м для выпуклых и 1500 и 1000 м для вог-
нутых кривых.
Полную длину тоннеля определяют как сумму горизонтальных
проекций рамповых и закрытого участков. Длину рампы при гори-
зонтальной поверхности улицы (рис. III.6,а) можно определить
из выражения
Др =	,	(III.2)
где ХН— разность отметок проезжей части улицы и тоннеля, м; i — уклон рам-
пы; /?2 — радиусы выпуклой и вогнутой кривых, м.
В случае если имеется поверхностный уклон улицы (рис,
111.6,6), длину рампы можно определить из выражения
,	А И' ± h„ — Т, ii — Т2 i2
Др = Л +------------)-----------+ Г2 >	(Ш -4)
где Т j , Тг —тангенсы выпуклой н вогнутой вертикальных кривых;
Т\ = /?2 (1-б)/2;
= Ri (j 1%) /2",
ii — уклон поверхности улицы; »2— уклон закрытой части тоннеля.
Остальные обозначения видны из чертежа (рис. III.6). При
подъеме улицы от тоннеля величину h0 берут с плюсом, а при об-
ратном уклоне — с минусом.
Автотранспортные тоннели мелкого заложения устраивают для
пропуска в одном уровне двух-, трех-, четырех- и шестиполосного
движения. На крупных развязках обычно устраивают тоннели для
двустороннего движения, а при одностороннем уличном движении
проектируют тоннели для одностороннего движения.
Возможно также строительство многоярусных автодорожных
тоннелей с пропуском движения в двух (рис. III.7,а) или несколь-
ких уровнях (рис. III.7,б). Размеры поперечного сечения авто-
транспортных тоннелей определяются требуемой пропускной спо-
собностью с расчетом на перспективу и габаритами транспортных
средств.
Пропускная способность автотранспортных тоннелей зависит
от скорости движения автомобилей, интервалов между ними, ши-
рины проезжей части, условий видимости, радиусов горизонталь-
ных кривых, продольного уклона, состояния дорожного по-
крытия и изменяется от 300 до 25000 автомобилей в 1 ч при двух-
57
Рис. III.6. Схема к определению длины рамповой части автотранспортного тоннеля при
горизонтальной (а) и наклонной (б) поверхностях проезжей части улицы
Рис. III.7. Поперечные сечения двух- (а)
н трехъярусного (б) транспортных тон-
нелей
>1200
Рис. II 1.8. Габарит приближения конструк-
ции городского автотранспортного тоннеля
полосном движении. Максимальную пропускную способность авто-
транспортного тоннеля можно определить по формуле1
Птах = (1000 VO./L) nk,	(III.5)
где Vo — оптимальная скорость движения автомобилей в тоннеле, км/ч; L — ди-
намический габарит автомобиля, м; п — число полос движения; k — коэффи-
циент многополосности, равный 1, 0,8 и 0,7 соответственно при одной, двух и
трех полосах движения..
Размеры поперечного сечения автотранспортных тоннелей ус-
танавливают в соответствии с существующими габаритами при-
1 Хомяк Я. В., Середняк Я. И. К вопросу пропускной способности автотран-
спортных тоннелей. — В кн.: «Автомобильные дороги и дорожное строительство»,
1980, вып. 27, с. 81.
58
ближения конструкций (рис. III.8). В соответствии с габаритом
ширина проезжей части для двух полос движения составляет 8 м,
а для трех полос—12 м; высота тоннеля от уровня проезжей час-
ти до низа перекрытия должна быть не менее 5 м. На магистра-
лях районного значения ширина проезжей части может быть
уменьшена до 7,5 м при двухполосном и до 11,25 м при трехпо-
лосном движении. Между проезжими частями двусторонних тон-
нелей устраивают разделительную полосу, ширина которой долж-
на быть не менее, чем на примыкающих к тоннелю участках доро-
ги. В виде исключения допускается сужение разделительной
полосы в тоннеле до 1,2 м с плавным сопряжением ее с раздели-
тельной полосой на подходах к тоннелю.
По бокам проезжей части устраивают колесоотбойные брусья
и тротуары шириной 0,75 м, которые используют в качестве слу-
жебных, а также для пассажиров и водителей автомобилей в
случае внезапной остановки последних в тоннеле. В тоннелях для
одностороннего движения тротуары шириной 0,75 м (в сложных
условиях 0,4 м) должны быть устроены с двух сторон проезжей
части. При пропуске по тоннелю пешеходного движения тротуары
шириной 1 м располагают в повышенном уровне, а для изоляции
пешеходов от транспортной зоны тоннеля предусматривают сплош-
ное ограждение.
Проезжая часть в тоннеле должна иметь поперечный . уклон
порядка 15—2О°/оо для стока с нее воды. Если тоннель располага-
ется на прямой в плане, уклоны проезжей части устраивают в раз-
ные стороны от оси тоннеля. На криволинейных участках необхо-
димо устраивать виражи, придавая проезжей части в каждом от-
секе уклон 30—4О°/оо при радиусе кривой /? = 300—700 м и
2О%о при /? = 700—1000 м в сторону центра кривой для умень-
шения центробежных сил, действующих на движущиеся авто-
мобили. При расположении тоннелей на кривых следует уширять
проезжую часть с внутренней стороны на величину, зависящую
от радиуса кривой. При /? = 750—550 м величина уширения со-
ставляет 0,2 м, при /? = 550—400 м — 0,25 м, а при /? = 400—
300 м — 0,3 м на одну полосу движения. Если по одному отсе-
ку тоннеля предусматривается пропуск более двух рядов авто-
мобилей, уширение проезжей части не делают.
При проектировании тоннелей для легковых автомобилей на
две, три, четыре и шесть полос движения ориентировочную ши-
рину одной полосы движения принимают порядка 2,75—3 м, а
гысоту габарита назначают около 2,5—3 м в соответствии с вы-
сотой легковых автомобилей и добавлением 0,5-метрового зазора.
Ширину служебных тротуаров в таких тоннелях можно при-
нимать равной 0,5—0,7 м.
Форма поперечного сечения автотранспортных тоннелей
определяется глубиной заложения, величиной и характером
распределения внешних нагрузок, а также инженерно-геологи-
ческими условиями. Транспортные тоннели мелкого заложения
имеют преимущественно прямоугольное поперечное сечение. Та-
5Э
кая форма в наибольшей степени соответствует установленным
габаритам приближения конструкций и обеспечивает минималь-
ную высоту и-длину тоннеля. В некоторых случаях транспортные
тоннели мелкого заложения проектируют сводчатого и кругового
очертания.
§ 6. ПОДЗЕМНЫЕ АВТОМАГИСТРАЛИ
Общие положения. Отдельные относительно короткие авто-
транспортные тоннели мелкого заложения увеличивают пропуск-
ную способность магистрали и способствуют упорядочению дви-
жения наземного транспорта в прилегающих районах города.
Вместе с тем наличие по трассе магистрали часто расположен-
ных тоннельных пересечений, имеющих короткую закрытую
часть и длинные рампы, приводит к ухудшению продольного
профиля магистрали, вызывает дополнительные транспортно-
энергетические затраты на преодоление автомобилями чередую-
щихся подъемов, нарушает условия движения транспорта. В
связи с этим в центральных районах города целесообразно со-
здание протяженных автотранспортных тоннелей, дублирующих
основные грузонапряженные магистрали и одновременно обес-
печивающих развязку движения в разных уровнях на несколь-
ких узлах (рис. III.9).
В таких тоннелях, длина которых может составлять несколь-
ко километров, должны быть предусмотрены промежуточные
рампы для заезда и выезда автомобилей на второстепенные ули-
цы, а также остановки общественного транспорта. Со временем
отдельные протяженные автотранспортные тоннели могут вой-
ти в состав системы внеуличных подземных автомагистралей, в
в наибольшей степени отвечающих современным тенденциям
развития крупнейших городов.
Развитая сеть достаточно протяженных тоннелей способна
обеспечить транзитный пропуск значительных транспортных
потоков через центральные районы города, где концентрируется
большое количество автомобилей и велики пешеходные потоки.
У порталов подземных автомагистралей, а также через опреде-
ленные интервалы по длине должны быть предусмотрены въезды
и выезды на поверхность земли. По трассе магистральных тонне-
лей и в местах взаимного примыкания и пересечения целесооб-
разно создавать крупные подземные комплексы, включающие
автостоянки и гаражи.
Сопоставление вариантов наземных и подземных автомагист-
ралей свидетельствует о ряде преимуществ подземных решений.
Подземные автомагистрали требуют отвода территории только
в местах въездов и выездов на поверхность земли, а также над
вентиляцонными шахтами, экскалаторными тоннелями и дру-
гими вспомогательными сооружениями, что примерно в 4—5 раз
меньше, чем при прокладке наземных магистралей. Трассирова-
ние подземных магистралей в отличие от наземных можно про-
60
Рис. 111.9. План трассы автотранспортного тоннеля большой протяженности
/ — тоннель; 2 — рампа; 3 —река; 4 — зеленые насаждения; 5 — застройка
!:
J
изводить вне зависимости от условий городской застройки, обес-
печивая минимальную длину линий, соединяющих отдельные го-
родские районы. К преимуществу подземных автомагистралей
следует отнести также возможность создания сравнительно про-
стых развязок движения в разных уровнях, что в большинстве
случаев вызывает затруднения на поверхности земли. Развязки
в узлах пересечения или примыкания подземных автомагистра-
лей занимают вдвое меньшую площадь, чем развязки по трассе
наземных магистралей.
Сеть автотранспортных тоннелей глубокого заложения обес-
печивает удобства населению города и повышает условия безо-
пасности движения. При этом происходит полное разделение
автомобильных и пешеходных потоков, освобождаются городские
территории. Выделяемые автомобилями вредные газы удаляются
за счет искусственной вентиляции и не загрязняют окружающую
атмосферу в районе тоннеля. За счет создания подземных ма-
гистралей становится более доступной, свободной и удобной
наземная сеть автомагистралей, что также способствует упоря-
дочению автомобильного и пешеходного движения. Преимущест-
ва подземных автомагистралей перед наземными возрастают
в связи с дальнейшим повышением стоимости городских земель
и интенсивным развитием техники тоннелестроения.
При благоприятных инженерно-геологических и градострои-
тельных условиях строительство подземных автомагистралей в
центральных районах города может оказаться весьма эффектив-
ным. Создание подземных автомагистралей представляется целе-
сообразным на опрделенном этапе развития городского подзем-
ного хозяйства при наличии развитой системы подземных соору-
61
женин: многоярусных гаражей и комплексов, пешеходных уров-
ней, сети метрополитена, транспортных и пешеходных тоннелей
и т. п. В этом случае подземные автомагистрали, связывающие
эти сооружения, являются важным и органичным элементом под-
земной транспортной системы города. Однако необходимо учи-
тывать, что строительство городских подземных автомагистра-
лей представляет собой сложную проблему и требует больших
капиталовложений. Крупные масштабы схем подземных маги-
стралей, значительные размеры их поперечных сечений и др.
исключают экстраполяцию традиционных решений, принимаемых
при строительстве других подземных сооружений. В связи с этим
может оказаться целесообразным как с технической, так и с
экономической точки зрения создание подземных автомагистралей
только для легковых автомобилей. За счет существенного умень-
шения размеров поперечного сечения магистральных тоннелей
снижается стоимость и упрощаются условия их строительства
и эксплуатации.
Трасса и поперечные сечения. Трассирование подземных авто-
магистралей должно производиться с учетом особенностей на-
земной дорожно-уличной сети, расположения крупных наземных
и подземных сооружений, а также инженерно-геологических
словий.
Подземные автомагистрали могут дублировать сеть наземных
скоростных дОрог и магистралей непрерывного движения, а
а также отдельные главные направления или располагаться
независимо от поверхностных трасс, соединяя под землей отдель-
ные районы города по кратчайшему расстоянию. В некоторых
случаях может оказаться целесообразным строительство маги-
стральных тоннелей по периметру городской территории. В со-
ответствии с планировочной структурой города сеть подземных
автомагистралей может быть запроектирована по радиально-коль-
цевой или ортогональной схеме (рис. III.10).
Радиально-кольцевая схема подземных дорог обеспечивает
кратчайшую связь между центральным и периферийным,и рай-
онами города. Однако для такой схемы характерна концентра-
ция транспортных потоков в центре и на кольцевой магистрали.
Ортогональная схема взаимно пересекающихся магистралей
позволяет более равномерно распределять транспортные потоки,
но при этом несколько удлиняются пути между районами, рас-
положенными на диагональных направлениях. Возможно устрой-
ство комбинированной схемы с элементами кольцевой и ортого-
нальной сетей в сочетании с диагональными или хордовыми
магистралями.
В зависимости от конкретных градостроительных и инженер-
но-геологических условий подземные автомагистрали могут быть
как мелкого, так и глубокого заложения. Подземные магистрали
мелкого заложения, как правило, дешевле глубоко заложенных,
имеют более простые и короткие въезды и выезды на поверхность
земли. Однако область их применения ограничена малозастроен-
62
ними территориями в периферий-
ных городских районах. В центре
городов строительство подземных
автомагистралей мелкого зало-
жения сопряжено с целым рядом
трудностей. В частности, ослож-
няются условия трассирования,
требуется переустройство подзем-
ных коммуникаций, нарушаются
нормальные условия движения
транспорта и пешеходов в период
строительства. В связи с этим в
пределах центральной части го-
родов наиболее целесообразно
создание подземных магистралей
глубокого заложения.
Свобода в выборе трассы, не-
зависимость от других подземных
сооружений и коммуникаций,
минимальные нарушения поверх-
ностных условий (только при
строительстве въездов и выездов),
а также возможность размеще-
ния по трассе подземных стоянок
любой вместимости — все это
предопределяет эффективность
строительства в центре города
магистральных тоннелей глубоко-
го заложения. При строительстве
протяженных подземных автома-
гистралей, пересекающих город-
скую территорию, может ока-
заться рациональным в централь-
ных районах прокладывать их
при глубоком, а на окраинах —
при мелком заложении.
Глубину заложения подзем-
ных магистралей назначают таким
Рис. ШЛО. Принципиальные схемы го-
родских подземных автомагистралей
а — радиальная; б — ортогональная; / —
линии метрополитена; 2 —подземные ав-
томагистрали; 3 — подземные автостоянки;
4 — зональные общественные центры: 5 —
вентиляционные шахтные стволы; М-1 —
М-12 — магистральные тоннели; В-1 —
В-27 — въезды и выезды из тоннелей;
А-1—А-9 — автостоянки
образом, чтобы тоннели рас-
полагались в однородных, устойчивых и неводоносных грунтах,
ниже подземных коммуникаций, коллекторных тоннелей и тонне-
лей метрополитена, которые обычно залегают на глубине, не пре-
вышающей 30—40 м.
Подземные автомагистрали следует располагать по возможнос-
ти на прямолинейной в плане трассе. Криволинейные участки мо-
гут понадобиться для приближения магистралей к важным город-
ским центрам, где предусмотрены въезды и выезды на поверхность.
63
Рис. III.11. Въезды и выезды из магистральных тоннелей в виде прямых (а) и спираль-
ных (б) рамп
1 — магистральные тоннели; 2 — наклонные тоннели; 3 — прямая рампа; 4 — криволинейная
рампа; 5 — спиральная рампа; 6 — вспомогательные тоннели; 7 — подземный комплекс; S —
лифты и аварийные лестницы
Рис. III.12. Варианты по-
перечного сечения магист-
ральных тоннелей
а — двухполосиых; б, е —
четырехполосиых; в — трех-
полосиых; г, д — шестипо-
лосиых
земли, а также на участках ответвлений от магистралей к сущест-
вующим подземным сооружениям.
Продольный профиль магистральных тоннелей в зависимости от
топографических и инженерно-геологических условий может быть
как односкатным, так и двухскатным вогнутого или выпуклого
очертания.
Въезды и выезды из магистральных тоннелей следует преду-
сматривать исходя из конкретных условий, но не реже чем через
64
3—5 км. Их следует располагать вблизи крупных площадей или
наземных магистральных улиц, в местах размещения администра-
тивных центров, торговых и зрелищных предприятий и т. п. При
этом въезды и выезды следует располагать таким образом, чтобы
они не мешали основным потокам наземного транспорта и пеше-
ходам.
Въезды и выезды из магистральных тоннелей могут быть вы-
полнены в виде прямых или спиральных рамп. Прямые рампы с
продольным уклоном до 6—8 % могут располагаться вдоль основ-
ной подземной трассы или под углом к ней (рис. III.11,а).
На большей части длины рампу выполняют закрытой в виде
наклонного тоннеля и лишь при выходе на поверхность земли ее
делают открытой, незамкнутого сверху профиля аналогично рам-
пам тоннелей мелкого заложения.
В стесненных условиях может оказаться предпочтительнее уст-
ройство спиральных рамп, занимающих меньше места, чем пря-
мые, и позволяющих рационально разместить автостоянки (рис.
III. 11, б). Минимальный радиус кривизны спиральных рамп зави-
сит от высоты проезда и продольного уклона и составляет пример-
но 20 м при уклоне 5,% и 24 м при уклоне 4% и высоте проезда
5 м. Однако полная длина спиральных рамп в 3—3,5 раза боль-
ше, чем прямых, а проезд по крутым рампам с малыми радиусами
кривизны затруднителен, требует снижения скорости и не отвеча-
ет в полной мере условиям безопасности движения.
В местах примыкания криволинейных рамп к магистральным
тоннелям должны быть предусмотрены местные уширения — шлю-
зы для разделения или слияния автомобильных потоков, а в на-
чале спиральных рамп — прямые вставки для плавного вписыва-
ния автомобилей в поворот.
Магистральные тоннели могут быть предназначены для про-
пуска как одностороннего, так и встречного движения транспорта.
В первом случае создаются наиболее благоприятные условия дви-
жения автомобилей, упрощается их въезд в тоннель и выезд на
поверхность земли. Однако при этом требуется создание двух па-
раллельных подземных магистралей, что приводит к существенно-
му удорожанию строительства.
Форма поперечного сечения магистральных тоннелей зависит
от способа сооружения и инженерно-геологических условий. При
глубоком заложении тоннелей наиболее рациональным оказывается
круговое поперечное сечение, целесообразное по условиям статичес-
кой работы конструкции и позволяющее разместить за пределами
габарита проезда вентиляционные каналы и отсеки для пропуска
инженерных коммуникаций (рис. III.12).
Размеры поперечного сечения магистральных тоннелей опреде-
ляются интенсивностью автодвижения и габаритами транспортных
средств. Так, для пропуска двухполосного движения (легковые,
грузовые автомобили и автобусы) тоннель должен иметь диаметр
порядка 10—11 м, трехполосного в одном уровне и четырехполос-
ного в двух уровнях—13—13,5 м, а шестиполосного в двух уров-
3((|,.25) Зак. 104	§5
пях—16—18 м. Поскольку четырех- и шестиполосные тоннели по-
лучаются двухъярусными, это приводит к усложнению развязок
в местах пересечения таких тоннелей, требует усиления тоннель-
ной обделки и осложняет условия проветривания.
Размеры поперечного сечения магистральных тоннелей могут
быть существенно уменьшены при создании подземных автома-
гистралей только для легковых автомобилей. Интенсивность авто-
движения на одну полосу магистрального тоннеля может составлять
до 1,5 тыс. приведенных транспортных единиц в 1 ч при скорости
движения порядка 80—100 км/ч. Помимо круговой возможны и
иные формы поперечного сечения магистральных тоннелей: в виде
эллипса, пересекающихся окружностей, подъемистого свода и др.
В общем комплексе подземных автомагистралей глубокого за-
ложения сооружают шахтные стволы, представляющие собой вер-
тикальные или наклонные выработки диаметром 4—10 и глуби-
ной 10—80 м и более. Шахтные стволы выполняют различные
функции на стадии строительства и эксплуатации подземных авто-
магистралей. Их используют в качестве разведочных выработок
в процессе инженерно-геологических изысканий, для ориентирова-
ния подземных выработок пр,и проведении геодезическо-маркшей-
дерских работ, а также для раскрытия дополнительных забоев по
трассе протяженных тоннелей. В период эксплуатации подземных
автомагистралей шахтные стволы служат для вентиляции тон-
нелей, а также в качестве несущих конструкций лестничных схо-
дов, лифтов и для пропуска инженерных коммуникаций.
В зависимости от назначения шахтные стволы располагают
через 0,5—1 км по трассе магистральных тоннелей на относитель-
но свободной, незастроенной территории: во дворах, парках, скве-
рах и т. п. При этом чаще всего шахтные стволы проходят в сто-
роне от магистральных тоннелей и соединяются с ними под зем-
лей подходными выработками. Поперечное сечение шахтных ство-
лов может быть круговым, прямоугольным, многоугольным или
овоидальным. В большинстве случаев сооружают шахтные стволы
кругового поперечного сечения. Размеры поперечного сечения
шахтных стволов определяются главным образом их назначением.
§ 7. ПОДВОДНЫЕ ТОННЕЛИ
Условия применения. В общем комплексе городских транспорт-
ных сооружений важное место занимают надводные и подводные
пересечения водных преград. Обычно крупные города распо-
лагаются на территории, пересекаемой различными водными путя-
ми: реками, каналами, озерами, водохранилищами, — затрудняю-
щими сообщение между отдельными городскими районами. При
создании постоянно действующей транспортной связи через какое-
либо водное препятствие прежде всего возникает необходимость; ре-
шения довольно сложной задачи: что строить в данных условиях —
мост или тоннель? Точный ответ может быть получен только пос-
66
ле детального технико-экономического сравнения различных ва-
риантов мостового и тоннельного переходов.
При выборе вариантов сооружения учитывают архитектурно-
планировочные особенности в районе пересечения, характер и ин-
тенсивность транспортных потоков, топографические и инженер-
но-геологические условия, гидрологический режим водотока и ус-
ловия судоходства, а также экономические соображения. Однако
независимо от местных условий можно отметить некоторые преи-
мущества и недостатки тоннельных переходов по сравнению с
мостовыми. Основные преимущества подводных тоннелей заклю-
чаются в том, что они:
не нарушают бытового режима водотока;
не препятствуют судоходству;
обеспечивают защиту транспортных средств от неблагоприят-
ных атмосферных воздействий;
в минимальной степени нарушают архитектурный ансамбль го-
рода.
Преимущества тоннелей могут в значительной степени возрас-
тать при пологих берегах водотока и интенсивном судоходстве.
Так, при большой высоте судоходных габаритов й2 и низких бе-
регах водотока относительно уровня воды h\ длина мостового пе-
рехода LM будет превышать длину тоннеля LT. Разность между
длинами мостового и тоннельного переходов может быть ориенти-
ровочно определена по формуле проф. Е. Е. Гибшмана:
2	2
— /-т ~	(^2	— 2 /ij — й4 — /15) ~ 7- (0,75 й2 — 2 — йт), (III.6)
i	1
где — высота от проезжей части до свода тоннеля, м.
Остальные обозначения видны из чертежа (рис. III.13).
Не только длина, но и высота, на которую должны подниматься
и опускаться транспортные средства, оказывается больше при про-
езде по мосту Нм, чем по тоннелю Нт, причем разница между вы-
сотами в этом случае составляет
Нм — Нт = й2 + h3 — 2 fit — hi — Л5 0,75 й2 — 2 ht hT. (Ill .7)
Необходимо учитывать также, что возведение мостовых опор
с глубоким заложением фундаментов, особенно при наличии сла-
бых и неустойчивых грунтов, слагающих русловое ложе, представ-
ляет собой сложную инженерную задачу.
Пропуск по реке или каналу крупногабаритных судов вызыва-
ет необходимость значительного увеличения судоходных пролетов
(в некоторых случаях до 300 м и более), что влечет за собой рост
стоимости мостового перехода. Иногда для пропуска морских и
океанских судов, а также плавучих кранов и другого крупногаба-
ритного оборудования сооружают разводные мосты. Однако они
не обеспечивают постоянной транспортной связи между берегами
и могут явиться причиной образования пробок то на подходах к
мосту, то на водном пути.
Создание высоких мостов (висячих, вантовых) в городах может
оказаться неприемлемым, ибо такие мосты являются своеобраз-
3*(0,25) Зак. 104
07
Рис. 111.14. Виды подводных тоннелей
о — заглубленный в дно; б --на дамбе; в — па опорах ( гоннель-мост); г — <-'И.г] в •юш.пи» .
1— закрытая часть юнпеля; 2 — рампы; 3— дамба; 4— опоры; 5 — трос вые ог;яжки
ным препятствием для взлетающих или идущих на посадку само-
летов, особенно если мостовой переход расположен вблизи аэро-
дрома.
Строительство подводных тоннелей может оказаться целесооб-
разным, если водное препятствие уже пересекают многочисленные
и близко расположенные один от другого мосты, пропускная спо-
собность которых исчерпана. В этом случае рядом с мостами со-
оружают подводные тоннели-дублеры. Подводные тоннели могут
сооружаться и взамен старых мостов, не отвечающих современным
требованиям. Подводные тоннели оказываются предпочтительнее
мостов при пересечении водной преграды в районе порта, где про-
исходят маневры судов, погрузочно-разгрузочные операции, рас-
полагаются причалы и т. п. Подводные тоннели потребуется строить
68
в городах и по трассе подземных автомагистралей глубокого за-
ложения. При этом сравнительно легко сопрягать подводный и бе-
реговые участки, в то время как при создании мостового перехода
условия трассирования подземных автомагистралей значительно
осложняются.
При сравнении вариантов мостового и тоннельного пересече-
ния водного препятствия учитывают и экономические показатели.
При этом определяют расчетный срок окупаемости сооружения с
учетом строительных и эксплуатационных затрат:
Гок= (Sr-5;1)/(Эп-Э;),	(III.8)
где Si, Sn — капитальные вложения по I и II вариантам, тыс. руб.; Эт, Эн —
эксплуатационные расходы по вариантам, тыс. руб.
Если величина Ток окажется меньше установленного норматив-
ного срока окупаемости (Т°к =10 лет), то более эффективным счи-
тают вариант с большими капиталовложениями, обеспечивающими
меньшие эксплуатационные расходы.
Во многих случаях стоимость строительства моста оказыва-
ется ниже стоимости строительства подводного тоннеля. Однако
эта разница в стоимости существенна при небольших пролетах мо-
ста (до 120—150 м), а при увеличении их до 200—300 м и более сто-
имости 1 м длины моста и тоннеля выравниваются. Кроме того,
' надо учитывать, что в последнее время достигнут значительный про-
гресс в области сооружения подводных тоннелей. В частности, при-
менение индустриального способа опускных секций (см. гл. VIII,
§ 25) позволяет значительно сократить сроки и снизить стоимость
строительства подводных тоннелей.
В зависимости от расположения относительно дна водотока
3 различают подводные тоннели, целиком заглубленные в грунтовый
массив, тоннели на дамбах или отдельных опорах и «плавающие»
тоннели, заанкеренные тросовыми оттяжками в русловое ложе
(рис. III. 14). Подводные тоннели на дамбах, тоннели-мосты и
«плавающие» тоннели, могут оказаться эффективными при
пересечении глубоких водных преград, при этом значительно со-
кращается длина тоннельного перехода, улучшаются эксплуата-
ционные показатели трассы.
Трасса и поперечные сечения. Выбор места расположения под-
водного тоннеля в городе диктуется главным образом характером
планировки и застройки береговых участков, топографическими ус-
ловиями, а также способом сооружения тоннеля. В большинстве
случаев тоннельное пересечение трассируют перпендикулярно оси
водотока (рис. III. 15,а), что обусловливает уменьшение длины тон-
неля, упрощает строительство и эксплуатацию перехода. Однако в
условиях плотной застройки берегов такое решение не всегда мо-
жет быть реализовано. Характер застройки и расположение суще-
ствующих магистралей может вызвать необходимость устройства
косого пересечения водной преграды (рис. III.15,б).
Подводный тоннель может частично или целиком располагаться
на прямой или криволинейной в плане трассе (рис. III.15,в, г). Рас-
3(0,5) Зак. 104
69
Рис. III.15. Планировочные схемы подводных тоннелей
на прямой (а) и криволинейных (б—г) трассах
1 — закрытая часть тоннеля; 2~ рампа; 3 — застройка
г)
тельных забоев и т.
располагают только
положение тоннеля на криволинейной трассе
может быть вызвано необходимостью обхода
каких-либо препятствий: зон сильного размы-
ва, островов, искусственных подводных соору-
жений и т. п. В некоторых случаях искривле-
ние трассы, наоборот, связано со стремлением
подхода к острову для устройства на нем вен-
тиляционных шахт, для раскрытия дополни-
п. Иногда на криволинейной в плане' трассе
подводную часть тоннеля, а иногда — участки
сопряжения подводной части с береговой.
Подводные тоннели по длине состоят из отдельных участков:
подруслового, береговых и открытых — рамповых. Продольному
профилю подводных автотранспортных тоннелей чаще всего при-
дают двухскатное вогнутое очертание (см. рис. III. 13). В некоторых
случаях при сложном рельефе дна профиль подводного тоннеля
может иметь многоскатное полигональное очертание.
Одной из наиболее важных задач при проектировании продоль-
ного профиля подводного тоннеля является выявление рациональ-
ного соотношения между длинами подруслового, берегового и рам-
пового участков, сооружаемых различными способами. Например,
если береговые участки сооружают более дорогостоящим щитовым
способом, а подрусловый — способом опускных секций, то следу-
ет по возможности увеличивать протяженность подруслового уча-
стка, сокращая длину береговых участков. Если же береговые уча-
стки сооружают открытым способом, а па подрусловой части при-
меняют щитовую проходку под сжатым воздухом, то необходимо
стремиться к сокращению подруслового участка за счет удлинения
береговых.
Максимальная глубина рампы не должна превышать 12—15 м,
так как при большей глубине значительно утяжеляется рамповая
конструкция и усложняется процесс производства работ. Посколь-
ку в ряде случаев рампы располагаются на затопляемых берегах,
70
верх их должен не менее чем на 1 м превышать высокий историче-
ский горизонт с учетом ледохода, подпора и высоты волны. Однако
в городских условиях вдоль берегов рек и каналов часто устраива-
ют набережные с подпорными стенами и дамбами, предотвращаю-
щими возможное затопление берегов, поэтому в ряде случаев бы-
вает достаточно располагать верх рампы на 1 —1,5 м выше уровня
дорожного покрытия на пересекаемой магистрали. В некоторых
случаях для сокращения длины тоннеля рампа может быть поднята
на искусственную дамбу или эстакаду.
Большое значение при проектировании продольного профиля
подводных тоннелей имеет правильное назначение глубины зало-
жения верха тоннеля относительно дна водотока или водоема. Даже
незначительное углубление тоннеля приводит к существенному уд-
линению его трассы. Поэтому глубину заложения подводного тон-
неля стараются по возможности делать минимальной и назначают
в зависимости от способа сооружения тоннеля и свойств грунтов,
слагающих русловое лож'е.
Если подводную часть тоннеля сооружают щитовым способом
под сжатым воздухом, то во избежание его прорыва глубину за-
ложения тоннеля относительно линии возможных размывов назна-
чают не менее 4—6 м в плотных глинистых грунтах ине менее8—
10 м в слабых несвязных. Некоторое уменьшение толщины защит-
ной кровли над тоннелем может быть достигнуто устройством по
дну реки или канала защитного глиняного тюфяка (пластыря).
Последний толщиной 2—3 м укладывают непосредственно над тон-
нелем на ширине, равной 3—4 диаметрам тоннеля. После сооруже-
ния тоннеля тюфяк может быть оставлен или ликвидирован.
При строительстве подрусловой части тоннеля способом опуск-
ных секций глубина заложения тоннеля может составлять 2,5—
3 м в слабых несвязных и 1,5—2 м в плотных глинистых грунтах.
Проектируя продольный профиль тоннеля на дамбе, тоннеля-моста
или «плавающего» тоннеля, следует исходить из возможного со-
кращения длины перехода. При этом глубина воды над тоннелем
должна быть достаточной по условиям судоходства.
Подводные автотранспортные тоннели сооружают для пропуска
в одном уровне двух-, четырех-, шести- и восьмиполосного движе-
ния; возможно строительство и двухъярусных подводных тоннелей.
Размеры поперечного сечения подводных автотранспортных тон-
нелей определяются габаритами приближения конструкций,
причем при длине тоннеля более 300—400 м должно быть остав-
лено место для размещения вентиляционных каналов или установ-
ки струйных вентиляторов. Для пропуска через автодорожный тон-
нель пешеходных потоков сбоку от проезжей части устраивают тро-
туары шириной не менее 1 м с ограждениями. При большой ин-
тенсивности пешеходного движения целесообразно устройство спе-
циальных отсеков для пешеходов, изолированных от транспортной
зоны тоннеля сплошными стенками. Отсеки могут располагаться
по бокам или в середине тоннеля, между проезжими частями.
Форма поперечного сечения подводного тоннеля на подрусловом
3*(0.5) Зак. 104
71
участке определяется главным образом способом сооружения. По-
скольку в большинстве случаев подводные участки тоннелей со-
оружают щитовым способом и способом опускных секций, чаще
всего выработке придают круговое или прямоугольное очертание.
§ 8.	ТОННЕЛИ ГОРНОГО ТИПА
Общие данные. Многие крупные города располагаются в гори-
стой или холмистой местности, причем горы, холмы и другие воз-
вышенности могут окружать городскую территорию с одной или
с нескольких сторон либо находиться непосредственно в черте го-
рода. Холмы, возвышенности и отроги гор затрудняют трассиро-
вание автодорог и магистралей, осложняют условия пешеходного
движения в городах.
Для преодоления трассой дороги высотных препятствий суще-
ствует несколько возможных решений в зависимости от высоты пре-
пятствия, конфигурации и размеров его в плане, места расположе-
ния, крутизны склонов, характера городской планировки и застрой-
ки, инженерно-геологических условий и экономических факторов.
Возможно обойти препятствие в плане, что требует удлинения
и некоторого усложнения трассы дороги, значительная часть ко-
торой должна располагаться на кривой в плане. Другим решени-
ем является пересечение препятствия поверху с устройством от-
крытой выемки. Третий вариант пересечения горного массива пре-
дусматривает сооружение тоннеля, который по кратчайшему пути
соединяет два района, разделенных высотным препятствием. К пре-
имуществам этого варианта следует отнести также возможность
расположения трассы дороги на прямой в плане, благоприятные
условия движения транспорта, защищенного от ветра, дождя, снега,
гололедицы и т. п. В связи с этим, несмотря на более высокую стро-
ительную стоимость тоннельного варианта, ему часто отдают пред-
почтение. Свидетельством тому являются транспортные и пешеход-
ные тоннели горного типа в Тбилиси, Будапеште, Праге, Гавре,
Женеве и других городах.
Если горный массив расположен на окраине города, транспорт-
ные тоннели служат для связи внутригородских и междугородных
магистралей. Такие тоннели мало отличаются от обычных горных
тоннелей. Тоннели, пересекающие отдельные холмы, возвышенности
или отроги гор, вклинивающиеся непосредственно на городскую тер-
риторию, характеризуются рядом особенностей, требующих их
учета при проектировании, строительстве и эксплуатации.
Трасса и поперечные сечения. Определяющее влияние на выбор
места расположения городских тоннелей горного типа оказывают
характер расположения дорог и магистралей на подходных уча-
стках, степень устойчивости склонов и откосов высотного препят-
ствия, инженерно-геологические и гидрогеологические условия, а
также стоимость строительства и эксплуатации участка автомаги-
страли.
В плане трасса тоннелей горного типа может располагаться це-
72
ликом или частично на прямых или криволинейных участках. Не-
смотря на существенные преимущества тоннелей на прямых уча-
стках, устройство их не всегда оказывается возможным по ряду
обстоятельств. Искривление трассы тоннеля может потребоваться
по условиям плавного сопряжения тоннеля с городскими магистра-
лями, стремлением обойти нарушенные зоны, а также для сохране-
ния существующей застройки.
Тоннели горного типа устраивают преимущественно глубокого
заложения и при длине их менее 300 м — с односкатным продоль-
ным профилем. При большей длине тоннели могут иметь как одно-
скатный, так и многоскатный продольный профиль выпуклого очер-
тания с подъемом от порталов к середине тоннеля. На очертание
продольного профиля городских тоннелей горного типа и величину
уклонов решающее влияние оказывают высотные отметки подход-
ных дорог.
Максимальный продольный уклон проезжей части тоннелей
горного типа ограничивается по условиям вентиляции и составляет
4О°/оо. В сложных топографических условиях при длине тоннеля до
500 м допускается увеличение продольного уклона в нем до 6О%о.
Минимальный уклон по условиям водоотвода принимают равным
3%о. В средней части тоннеля допускается устройство разделитель-
ных площадок длиной 250—500 м с уклонами до 2°/00 в обе стороны
от середины.
Проектируя продольный профиль тоннелей горного типа, необ-
ходимо установить места расположения порталов, обеспечив хо-
рошие условия видимости въезда в тоннель. Для городских тонне-
лей горного типа выбор места расположения портала в ряде случа-
ев может быть продиктован не столько технико-экономическими,
сколько архитектурно-планировочными соображениями. В процессе
проектирования трассы тоннеля горного типа намечают места рас-
положения шахтных стволов, аналогично тому как это делается на
трассе подземных автомагистралей глубокого заложения (см. § 6
настоящей главы).
Тоннели горного типа в городах сооружают чаще всего для про-
пуска двухполосного движения транспорта. При необходимости
пропуска четырехполосного движения рекомендуется строить два
рядом расположенных двухполосных тоннеля (рис. III. 16,а). Только
в особых случаях при сложной топографии местности и тяжелых
горно-геологических условиях допускается сооружение четырехпо-
лосного тоннеля, что требует специального обоснования.
В отдельных случаях могут быть построены двухъярусные тон-
нели горного типа для пропуска четырех- или шестиполосного дви-
жения (рис. III. 16,6). Пролет таких тоннелей примерно равен про-
лету двух- или трехполосных тоннелей, в связи с чем величина гор-
ного давления на обделку двухъярусного тоннеля не намного пре-
вышает величину давления на обделку двух- или трехполосного
тоннеля. Основные трудности при создании двухъярусных тоннелей
связаны с устройством развязки движения встречных потоков у
порталов тоннеля.
73
Рис. III.16. Поперечное сечение одноярусного (а) и двухъ-
ярусного (б) тоннелей горного типа
Тоннели горного типа, сооружаемые чаще всего закрытым спо-
собом, имеют сводчатое или круговое очертание. Размеры попереч-
ного сечения определяются местом расположения тоннеля и интен-
сивностью движения транспорта и устанавливаются в соответствии
с габаритами приближения конструкций. Для тоннелей на пригород-
ных магистралях можно руководствоваться габаритами горных тон-
нелей (ГОСТ 24451—80) с шириной проезжей части 7—9,5 и вы-
сотой 5 м. Проезжая часть должна иметь поперечные уклоны не
менее 20%0 в сторону от оси проезда для стока воды. Сбоку от про-
езжей части устраивают служебные проходы шириной 750 мм (на
дорогах I и II категорий) или вместо одного из проходов — защит-
ную полосу шириной 500мм (на дорогах III и IV категорий). При
соответствующем технико-экономическом обосновании в тоннелях
могут быть устроены однополосные или двухполосные тротуары
шириной соответственно 1000 и 1500 мм.
Тоннели горного типа по трассе внутригородских автомагистра-
лей следует проектировать с учетом габаритов городских автотран-
спортных тоннелей с шириной проезжей части 8 или 12 м и высо-
той 5 м (см. рис. III.8). При расположении тоннелей на кривых ма-
лых радиусов (<700 м) устраивают уширение проезжей части на
0,4—0,6 м в зависимости от радиуса кривой.
§ 9.	ПОДЗЕМНЫЕ АВТОСТОЯНКИ, ГАРАЖИ И КОМПЛЕКСЫ
Общие данные. Рост автомобильного движения в крупных го-
родах требует организации многочисленных стоянок преимуще-
ственно для индивидуальных автомобилей, поскольку они состав-
ляют большую часть автомобильного городского парка, а эксплу-
атируются не более 400—500 ч в году. На один легковой автомо-
биль требуется выделить 20—25 м2 площади для постоянного хра-
нения по месту жительства владельца и столько же для временной
стоянки по месту назначения поездки. Поскольку открытые назем-
ные стоянки занимают много места, целесообразно, строительство
многоярусных стоянок и гаражей большой вместимости. Однако
строительство таких стоянок и гаражей в центральных районах
городов сопряжено с определенными трудностями, связанными с
74
отсутствием свободных территорий и высокой стоимостью земель.
В связи с этим оказывается эффективным сооружение внеулич-
ных подземных и полуподземных автостоянок и гаражей, которые
занимают ограниченную площадь и освобождают городскую тер-
риторию для строительства других зданий и сооружений.
Существуют разнообразные типы подземных автостоянок и га-
ражей, отличающиеся назначением, местом расположения, глуби-
ной заложения, вместимостью, планировочными схемами, числом
ярусов, конструктивными особенностями и т. п. Выбор типа под-
земной автостоянки и гаража определяется главным образом кон-
кретными градостроительными и транспортными условиями, а так-
же экономическими соображениями.
Социально-экономическая эффективность строительства под-
земных автостоянок и гаражей, обусловленная высвобождением
наземных территорий и приближением автостоянок к местам про-
живания или работы их владельцев, определяется из выражения
Э = 2А₽1У£,	(Ш-9)
где АТ? — разница в радиусе доступности гаража при подземном размещении
по сравнению с наземным; М— среднее число поездок иа автомобиле в год;
Е — вместимость гаража, маш.-мест.
Подземные автостоянки и гаражи могут быть предназначены
для хранения легковых (индивидуальных или общественных), гру-
зовых или специальных автомобилей и других автотранспортных
средств, причем стоянки служат только для хранения, а гаражи
также и для техобслуживания и ремонта автомобилей. Как стоян-
ки, так и гаражи могут обеспечивать временное (от 1—2 ч до не-
скольких суток), сезонное или постоянное хранение автомобилей.
Возможно устройство стоянок и гаражей частично для кратковре-
менного и частично для постоянного хранения. Стоянки и гаражи
для временного хранения автомобилей целесообразно размещать
в центральных районах городов, в местах наибольшего скопления
людей: у административных, торговых, культурных центров и т. п.
В ряде случаев такие стоянки и гаражи располагают при въезде в
город, а владельцы, оставляя здесь свои автомобили, могут доби-
раться в центр города на общественном транспорте. Такая система
периферийных стоянок позволяет частично разгрузить централь-
ную часть города от автомобильного движения.
Подземные автостоянки и гаражи для постоянного хранения
автомобилей обычно размещают у мест жилой застройки, под ули-
цами, проездами, скверами или парками в виде отдельно располо-
женных сооружений (рис. III.17,а). При этом они должны нахо-
диться от жилой застройки на определенном расстоянии, преду-
смотренном санитарно-гигиеническими нормами, чтобы газовыде-
ления автомобилей не проникали в здания. При размещении сто-
янок и гаражей необходимо, чтобы радиус их доступности не превы-
шал 300—400 м. Наиболее целесообразно располагать подземные
стоянки и гаражи в подвальных и цокольных этажах жилых, адми-
нистративных или хозяйственных зданий (рис. III. 17,6), что созда-
75
Рис. 111.17. Разновидности гаражей
а, б — подземные; в — полуподземный
ет максимальные удобства владельцам
автомобилей, которые непосредственно
из своих квартир или служебных поме-
щений могут на лифте спускаться в
гараж.
Следует отметить, что стоимость стро-
( ительства подземных стоянок и гаражей,
П встроенных в подвальные помещения зда-
I] ний, значительно ниже стоимости отдель-
но расположенных стоянок и гаражей.
При строительстве наземных многоэтаж-
ных стоянок и гаражей целесообразно устраивать и подземные яру-
сы для размещения автомобилей. Это позволяет ускорить операции
по установке автомобилей, а также сократить высоту перемещения
автомобилей по вертикали. Наряду с подземными в ряде случаев.
строят и полуподземные автостоянки и гаражи, верх которых рас-
полагается выше поверхности земли на 0,5—0,6 м (рис. III.17, в).
На перекрытии таких гаражей устраивают открытые стоянки лег-
ковых автомобилей, спортивные площадки и т. п.
Помимо подземных и полуподземных автостоянок и гаражей в
некоторых случаях может оказаться целесообразным строительство
подводных гаражей, располагаемых вблизи берега под акватори-
ей реки, канала, озера, водохранилища. При этом практически не
требуется отвода дорогостоящих земельных территорий, не нару-
шаются условия движения городского транспорта, отпадает необ-
ходимость переустройства подземных коммуникаций.
В ряде случаев устраивают подземные гаражи тоннельного типа
в виде отрезков тоннелей длиной до 150—200 м, сооружаемых за-
крытым способом практически без нарушений поверхности земли
Такие гаражи могут быть построены с использованием естествен-
ного рельефа местности (холмов, возвышенностей и пр.), что уп-
рощает устройство подъездных путей и позволяет значительно со-
кратить объем земляных работ и снизить стоимость строительства.
В зависимости от местных условий подземные стоянки и га-
ражи устраивают различной вместимости, которая устанавлива-
ется с учетом района расположения, а также степени насыщения
автомобилями данного района и развития общественного тран-
спорта. Различают подземные автостоянки и гаражи малой вме-
76
стимости — до 60—75 автомобилей с площадью помещений до
1500 м2, средней вместимости — до 240—300 автомобилей с пло-
щадью помещений до 6000 м2 и большой вместимости — более 300
автомобилей. В отдельных случаях сооружают подземные автосто-
янки и гаражи на 1000, 2000, 3000 автомобилей. По способу уста-
новки автомобилей следует различать гаражи манежного типа с от-
крытыми стоянками и боксовые, места стоянок в которых изолиро-
ваны. Сооружают также гаражи комбинированного типа, часть сто-
янок в которых открытые, а часть изолированные.
В практике подземного строительства получили распростране-
ние рамповые и механизированные стоянки и гаражи. В рампо-
вых гаражах въезд и выезд автомобилей, а также перемещение их
с яруса на ярус производятся по прямым или спиральным рампам.
В механизированных гаражах и стоянках рампы отсутствуют и
все операции осуществляются без участия водителя: автомобили по-
даются на нужный ярус в лифтовых подъемниках и устанавли-
ваются на свободную площадку. Механизированные гаражи зани-
мают меньше места, чем рамповые, поэтому их особенно целесооб-
разно строить при остром дефиците территории и использовать для
длительного хранения автомобилей. Хотя стоимость механизиро-
ванных стоянок и гаражей выше, чем рамповых, они имеют целый
ряд эксплуатационных преимуществ. Прежде всего исключаются
маневры автомобилей внутри гаража, в связи с чем резко снижа-
ется объем газовыделений и сокращаются расходы на вентиляцию.
Значительно уменьшается площадь, занимаемая гаражом, за счет
отсутствия прямых или спиральных рам.
Сооружают и полумеханизированные гаражи, в которых авто-
мобили опускают на тот или иной подземный ярус лифтовым подъ-
емником, а устанавливают на стоянку водители или работники га-
ража.
В последние годы во многих городах строят полностью автома-
тизированные механизированные подземные гаражи, в которых
все операции выполняются средствами дистанционного управления
без доступа на стоянку обслуживающего персонала. При этом вы-
сота ярусов может быть уменьшена до минимума, отпадает необ-
ходимость в создании систем искусственной вентиляции, освеще-
ния и отопления. Такие гаражи обеспечивают наибольшие удобства
владельцам автомобилей.
Во многих крупных городах подземные стоянки и гаражи часто
сооружают в составе многоярусных подземных комплексов много-
целевого назначения. Их располагают обычно вблизи крупных тран-
спортных узлов, на привокзальных площадях, в районе аэропортов,
торговых центров и т. п. Поскольку в этих местах в первую оче-
редь возникает необходимость в строительстве различных тран-
спортных сооружений (станций метрополитена и железнодорож-
ных вокзалов, транспортных и пешеходных тоннелей, стоянок и га-
ражей), то целесообразно объединить их в одном сооружении. В
состав подземных комплексов включают также предприятия тор-
говли и общественного питания, кинотеатры, предприятия бытового
77
обслуживания и т.п., что создает максимальные удобства посе-
тителям. В зависимости от конкретных условий подземные ком-
плексы могут иметь 2—6 ярусов.
Первый подземный ярус чаще всего предназначается для пе-
шеходного движения и соединяется с прилегающими улицами ле-
стничными или эскалаторными сходами. На этом же ярусе раз-
мещают небольшие магазины, кафе, киоски и пр. На втором и
третьем ярусах могут находиться стоянки автомобилей и станции
технического обслуживания. Нижние ярусы обычно используются
для размещения станций метрополитена и железнодорожных вок-
залов. Для связи между отдельными ярусами служат экскалаторы,
лифтовые подъемники и лестницы. К подземным комплексам могут
примыкать автотранспортные тоннели, тоннели метрополитена и
коммунальные тоннели.
Объемно-планировочные схемы. При проектировании подзем-
ных автостоянок и гаражей стремятся выбрать такую планировоч-
ную схему, которая обеспечивает быструю постановку автомобилей
на стояночные места и вывод их на поверхность земли. При этом
должны быть предусмотрены достаточные размеры стояночных
мест, проездов, въездов и выездов. Необходимо также создание
удобных пешеходных путей внутри стоянки или гаража для води-
телей и обслуживающего персонала.
В условиях-плотной застройки под улицами и проездами соору-
жают подземные стоянки и гаражи линейного типа, длина кото-
рых L может достигать 300 м и более, а ширина В определяется ши-
риной улицы или проезда, под которым располагается стоянка
(рис. III.18,а). Если позволяют местные условия, подземным авто-
стоянкам придают в плане квадратное или полигональное очерта-
ние (рис. 111.18,6). Это дает возможность ограничить линейные
размеры сооружения, более рационально размещая автомобили
на стоянке. В некоторых случаях подземные стоянки и гаражи вы-
полняют кругового очертания в плане (рис. III.18,в). При этом
уменьшается отводимая для стоянки территория. Подземные сто-
янки и гаражи могут иметь и более сложное очертание в плане в
соответствии с местными условиями (рис. III. 18,г).
В зависимости от планировочной схемы и размеров подземных
ярусов применяют различную расстановку автомобилей, причем
для лучшей ориентации водителей и владельцев автомобилей целе-
сообразно, чтобы схемы расстановки на каждом ярусе были одина-
ковыми. В подземных автостоянках и гаражах применяют одно-
стороннюю и двустороннюю схемы расстановки автомобилей.
Расположение автомобилей с одной стороны проезда неэконо-
мично и применяется в основном в гаражах линейного типа, ши-
рина которых ограничена. Так, при ширине улицы 16—20 м ши-
рину подземной стоянки (гаража) назначают равной 15—18 м,
размещая два ряда стояночных мест по 4,5—5 м с проездом между
ними шириной 5—7,5 м. При меньшей ширине улицы возможно со-
оружать стоянку или гараж с расположением автомобилей в один
78
установкой их перпендикулярно оси
Рис. HI.18. План подземных ярусов
гаражей мелкого заложения: линей-
ного типа (а), зального типа (б),
круговой формы (в) и сложной кон-
фигурации (г)
1 — въездная рампа; 2 — выездная
рампа; 3— стоянка автомобилей;
4 — проезды
ряд и с одним проездом.
Автомобили можно уста-
навливать параллельно,
перпендикулярно или под
углом 30, 45, 60° к оси
проезда в один или не-
сколько рядов.
Для постоянного хра-
нения автомобилей пред-
почтительнее двусторон-
няя однорядная схема с
проезда. При этом требуется
минимальная площадь стоянки и обеспечивается независимый выезд
любого автомобиля. Для временного хранения целесообразна косо-
угольная расстановка («елочная», «паркетная»), при которой об-
легчается заезд и выезд автомобилей на стояночные места и не-
сколько сокращается ширина проезда. Однако при этом на 30—25%
увеличивается общая площадь стояночных мест, увеличивается
длина проезда и не используется полностью площадь стоянки.
В зависимости от типа автомобилей и схемы их расстановки из-
меняется площадь одного стояночного места. Так, для легковых
автомобилей ширина стояночного места составляет 2,2—2,5 м, а
длина 4,6—5,3 м при прямой расстановке и соответственно 2,1 —
2,3 и 4,5—4,8 м при косоугольной расстановке. Ширина проезда
при однорядной стоянке должна быть не менее 3, а при двухряд-
ной— порядка 5—7 м. Минимальные радиусы поворота проездов
составляют 5,5—6,5 м. Проезды должны располагаться таким об-
разом, чтобы обеспечивать в гараже поточное правостороннее дви-
жение. В гаражах вместимостью более 100 автомобилей встречные
потоки не должны пересекаться. Таким образом, при прямой рас-
79
становке автомобилей в два ряда с проездом посередине требуется
свободный пролет не менее 15 м, а при расстановке под углом 60
и 45° — соответственно 14 и 13,5 м. Общая площадь одного стояноч-
ного места с учетом проездов составляет для легковых автомоби-
лей от 20 до 28,5 м2, а для грузовых автомобилей до 60 м2.
В автостоянках и гаражах зального типа автомобили устанав-
ливают преимущественно перпендикулярно оси проезда в два или
несколько рядов, при этом улучшаются условия маневрирования
автомобилей. В автостоянках и гаражах круговой в плане формы
автомобили устанавливают в радиальном и реже в хордовых на-
правлениях.
Подземные автостоянки и гаражи рампового типа могут быть
одно- и многоярусными. С увеличением числа подземных ярусов
расчетная норма площади на один автомобиль снижается. Так, в
одноярусных гаражах на один автомобиль приходится в среднем
25 м2 площади, в двухъярусном — 15, в трехъярусном — 10, в четы-
рехъярусном— 8 м2. В соответствии с уменьшением площади снижа-
ется и стоимость 1 маш.-места, однако при увеличении числа ярусов
более 4—5 стоимость 1 маш.-места начинает возрастать и возника-
ют трудности с организацией движения внутри стоянок, въездом и
выездом на поверхность земли. Как показывают предварительные
технико-экономические расчеты, в центральных районах крупных
городов наиболее эффективными являются подземные рамповые
гаражи вместимостью 450—1200 автомобилей с числом подземных
ярусов 2—5. Такие гаражи характеризуются наиболее высоким
сравнительным показателем — коэффициентом эффективности ис-
пользования территории:
Кэит = E/S--= 1/Р,	(III. 10)
где Е— вместимость гаража, маш.-мест; S — площадь земельного участка, отве-
денного для сооружения гаража с учетом проездов, подъездов и зеленых на-
саждений, м2; Р— площадь земельного участка на один автомобиль, м2.
Глубина заложения верхнего перекрытия подземных автосто-
янок и гаражей должна быть минимальной и устанавливается в
зависимости от толщины дорожного покрытия, глубины промер-
зания, расположения подземных коммуникаций. Если над гаражом
предусматривается посадка деревьев или кустарника, толщина слоя
грунта над перекрытием должна быть не менее 1,5—2 м.
Высота каждого подземного яруса зависит от типов автомоби-
лей и должна по крайней мере на 0,2 м превышать высоту самого
высокого автомобиля (но не менее 2—2,2 м). Обычно первые под-
земные ярусы, где размещаются станции технического обслужи-
вания автомобилей, имеют высоту 2,2—2,5 м, а остальные ярусы —
2-2,1 м.
Въезды и выезды из рамповых автостоянок и гаражей должны
обеспечивать быструю и удобную постановку автомобилей на сто-
янку и выезд с нее. Число въездных и выездных рамп устанавли-
вают исходя из скорости движения автомобилей 15 км/ч, интер-
вала между ними 20 м и эвакуации всех автомобилей в течение 1 ч.
80
Независимо от этого в подземных гаражах вместимостью менее
100 автомобилей обычно устраивают одну однопутную рампу для
въезда и выезда, в гаражах вместимостью 200 автомобилей — одну
двухпутную рампу, а в гаражах вместимостью более 200 автомо-
билей— две однопутные рампы.
Въезды и выезды из гаража располагают непосредственно на
прилегающих улицах, причем целесообразно устраивать их по на-
правлению второстепенных улиц, не нарушая движения на главных
магистралях. В условиях плотной застройки, а также в подводных
гаражах подъезды и выезды устраивают в виде отдельных тонне-
лей. Непосредственно перед въездом в подземный гараж устраива-
ют площадки-накопители для временного размещения в них 5—
10% общего числа автомобилей, предназначенных для хранения
в гараже.
Следует иметь в виду, что въезды и выезды из подземных гара-
жей должны быть удалены от жилых зданий не ближе чем на 10—
20 м в зависимости от вместимости гаража. Для перемещения ав-
томобилей с яруса на ярус внутри гаража применяют прямые или
спиральные (винтовые) рампы. Прямые рампы могут иметь уклон
до 10% (наружные) и до 18% (внутренние) и ширину 3 м для од-
норядного и 5,5—6 м для двухрядного движения (рис. III.19,а).
Спиральные рампы устраивают с уклоном до 10% вне гаража и
до 13% в пределах гаража (рис. III.19,б). Шаг спиральных рамп
может быть равен высоте одного или двух ярусов гаража. В начале
спиральной рампы должен быть прямой участок длиной не менее
3 м для въезда автомобилей. Радиус кривизны спиральных рамп
Ro зависит от продольного уклона и изменяется от 20 м при уклоне
5% до 6 м при уклоне 15%, максимальный поперечный уклон спи-
ральных рамп 6%.
Как прямые, так и спиральные рампы могут быть обособлен-
ными для пропуска только въезжающих или только выезжающих
автомобилей и совмещенными для пропуска встречных потоков.
Если по рампам предусматривается пропуск водителей и обслужи-
вающего персонала, необходимо устройство тротуара шириной
0,75 м. Устройство рамп в подземных гаражах приводит к умень-
шению полезной площади помещений и вызывает повышение газо-
выделения автомобилей, особенно при движении их на подъем.
В некоторых случаях для переезда автомобилей с яруса на ярус
устраивают полурампы, смещая перекрытия соседних помещений
подземных гаражей на половину высоты яруса (рис. III.20,а). По-
лурампы обычно имеют уклон порядка 15—16% и относительно
небольшую длину. Возможно устраивать подземные гаражи и сто-
янки с наклонными междуярусными перекрытиями, располага-
емыми с уклоном до 4%, на которых устанавливают автомобили
и организуют проезды с яруса на ярус (рис. III.20,б).
В подземных гаражах кругового очертания в плане иногда при-
меняют скатно-винтовые перекрытия в виде непрерывной спирали,
служащей для установки и перемещения автомобилей. Наклон-
ные перекрытия исключают необходимость создания рамп или по-
81
Рис. III.19. Различные виды прямых (а) испиральных (б) рамп
Рис. III.20. Схемы подземных гаражей с полурампами (а) и наклонными перекрытиями (б)
1 — полурампы; 2 — наклонные перекрытия
R9
Рис. III.21. Гаражи тоннельного типа сводчатого (а) и кругового (б) поперечного сечения
1 — въездная рампа; 2 — тоннель-стоянка; 3 — вспомогательные выработки; 4 — проезды;
5 — стояночные места; 6 — выездная рампа; 7 — магистральные тоннели; 8 закрытые
рампы; 9 — лифты
Рис. III.22. Механизированные подземные
гаражи
а —с подвижными тележками: б —с по-
воротными платформами; 1 — лифтовые
подъемники; 2 — тележки; 3 — платформы
лурамп, однако при этом значительно усложняются строительные
конструкции подземного гаража.
Автостоянки и гаражи тоннельного типа имеют, как правило,
линейные планировочные схемы и выполняются в виде системы
83
тоннелей сводчатого или кругового поперечного сечения. В каче
стве примера можно привести гараж тоннельного типа на 1500 ав-
томобилей в Зальцбурге (Австрия). Два тоннеля длиной по 128,5м
расположены параллельно в крепких скальных породах и соеди-
нены между собой поперечными сбойками (рис. III.21,а). Тоннели
сводчатого очертания пролетом 16 и высотой 15 м рассчитаны на
четыре яруса. На каждом из них высотой 2,2 м принята двусторон-
няя прямоугольная расстановка автомобилей перпендикулярно
оси проезда; размеры стояночного места 5\2,3 м, ширина проезда
6 м. По торцам тоннелей устроены спиральные рампы диаметром
18 м для переезда автомобилей с яруса на ярус.
В проекте подземных автомагистралей Лондона предусмотрено
сооружение системы автостоянок тоннельного типа, располага-
емых параллельно главным подземным магистралям по обе сто-
роны от них (рис. III.21,б). Стоянки имеют круговое поперечное
сечение диаметром 18 м, что позволяет устроить шесть ярусов, при-
чем на каждом 5-метровом участке помещаются 24 автомобиле-
места. Для переезда с яруса на ярус запроектированы спиральные
рампы, а для связи с магистральными тоннелями — прямые рампы.
Механизированные подземные гаражи устраивают прямоуголь-
ного’или кругового очертания в плане. В первом случае их обору-
дуют специальными боксами с подвижными тележками, которые
подаются к шахте лифтового подъемника для приема или выдачи
автомобилей (рис. III.22,а).
В гаражах круговой в плане формы на каждом ярусе устраи-
вают поворотные платформы (рис. 111.22,6). Когда автомобиль по-
дается в подъемнике на определенный ярус, платформа поворачи-
вается таким образом, что напротив двери подъемника устанавли-
вается свободный бокс, куда автомобиль перемещается работником
гаража или с помощью автоматически действующего устройства.
Лифтовые подъемники могут помещаться в стационарных или пе-
редвижных шахтах. В первом случае автомобили перемещают
только с яруса на ярус, а во втором — еще и в пределах каждого
яруса. Размеры клети лифтового подъемника определяются габа-
ритами автомобилей с минимальным запасом 0,6 м по ширине,
0,8 м по длине и 0,2 м по высоте. Количество лифтовых подъемни-
ков в механизированных гаражах устанавливают из расчета один
лифт на каждые 100 автомобилей. Если в гараж одновременно при-
бывает несколько автомобилей, они временно помещаются в верх-
ней части гаража в специальных накопителях и поочередно пере-
мещаются на стоянку. Механизированные подземные гаражи и
стоянки целесообразно устраивать многоярусными с высотой каж-
дого яруса не менее 1,8 м.
Объемно-планировочные решения подземных комплексов мно-
гофункционального назначения разрабатывают с учетом конкрет-
ных градостроительных и транспортных условий, в соответствии
с характером объектов, входящих в состав комплекса.
В большинстве случаев подземные комплексы проектируют
зального типа, придавая им в плане различное очертание: прямо-
угольное, полигональное, круговое, эллиптическое или неправиль-
ной формы. Площадь отдельных ярусов и их высоту устанавлива-
ют в зависимости от назначения подземных объектов.
Подземные комплексы, автостоянки и гаражи, расположенные
по трассе подземных магистралей, в ряде случаев оборудуют эска-
латорами. Эскалаторы помещают в наклонных тоннелях, распо-
ложенных под углом ~ 30° к горизонту и имеющих длину 12—80 м
и более в зависимости от глубины заложения подземного сооруже-
ния. В верхней части эскалаторные тоннели примыкают к машин-
ному помещению, а в нижней — к натяжной камере. В большинстве
случаев эскалаторные тоннели имеют круговое поперечное сечение,
диаметр которого зависит от числа и габаритов эскалаторов. На-
пример, наклонные тоннели для 3 эскалаторов должны иметь внут-
ренний диаметр не менее 7, а для 4 — не менее 9 м.
§ 10.	ПЕШЕХОДНЫЕ ТОННЕЛИ
Область применения. При решении транспортной проблемы в
крупных городах принимают меры и по упорядочению пешеходного
движения, по созданию специальных пешеходных путей, изолиро-
ванных от транспорта, удобных и доступных населению, обеспечи-
вающих связь со всеми крупными городскими центрами. При ор-
ганизации системы пешеходных путей в городах неизбежно воз-
никает необходимость пересечения автомагистралей, железнодо-
рожных и транспортных путей. Несмотря на специальные меры по
обеспечению условий безопасности в случае устройства наземного
перехода (светофорное регулирование, разметка, ограждения на
тротуарах, островки безопасности, четкие указатели и т.п.), такой
переход не может гарантировать в полной мере безопасность пе-
шеходов. Кроме того, при наземных переходах нельзя обеспечить
скоростное и непрерывное движение транспорта по магистрали. В
связи с этим в городах широко применяют внеуличные пешеходные
переходы мостового или тоннельного типа.
Строительство внеуличного пешеходного перехода через авто-
магистраль целесообразно и оправданно в том случае, если пеше-
ходы не успевают перейти по наземному переходу за время цикла
зеленого сигнала светофора. Внеуличные пешеходные переходы
следует сооружать в первую очередь в таких транспортных узлах,
где в течение года происходит пять дорожно-транспортных проис-
шествий и более. Несмотря на то что стоимость строительства впе-
уличного пешеходного перехода в среднем в 10—20 раз выше сто-
имости создания нерегулируемого наземного перехода типа «зебра»
и в 5—10 раз выше стоимости регулируемого наземного перехода,
ему часто отдают предпочтение.
В большинстве случаев сооружают пешеходные тоннели, основ-
ное преимущество которых перед мостами заключается в меньшей
высоте подъема и опускания пешеходов. Так, разность отметок ме-
жду уровнем земли и полом подземного перехода составляет в сред-
нем 3,5—4 .м, в то время как у пешеходных мостов эта разница до-
85
стигает 4,5—5 м, а у мостов, пересекающих железнодорожные ли-
нии на станциях и перегонах, увеличивается до 6,5 — 7 м.
Строительство пешеходного моста через широкую автомаги-
страль требует устройства промежуточных опор, что приводит к
ухудшению условий видимости и снижению безопасности движения
транспорта. Пешеходные мосты, особенно при плотной малоэтаж-
ной застройке, ухудшают архитектурные качества городских ан-
самблей; возникают трудности в размещении сходов с моста.
В отличие от мостов пешеходные тоннели защищают пешеходов
от воздействия вредных газов, а также от неблагоприятных погод-
ных факторов. Пешеходные тоннели не стесняют проезжую часть
дороги, легче осуществляется их связь с наземными и подземными
сооружениями. Вместе с тем сооружение пешеходных тоннелей
связано с необходимостью выполнения больших объемов земляных
работ и переустройства подземных коммуникаций. Следует иметь
в виду, что строительство пешеходных тоннелей в центре города
без перерыва уличного движения значительно дороже, чем таких
же тоннелей на незастроенных территориях. Эксплуатация пешеход-
ных тоннелей требует довольно сложной системы водоотвода и
искусственного освещения. В связи с этим стоимость сооружения
тоннеля весьма высока и примерно в 1,5—2 раза превышает сто-
имость моста. Однако с увеличением длины перехода, а следова-
тельно, и с увеличением пролетов моста разница в стоимости со-
кращается.
При сравнении вариантов внеуличного пешеходного перехода
определяют срок окупаемости сооружения по формуле
70к= (5 + 3)/(рпй-365),	(III.11)
где S — стоимость сооружения перехода, тыс. руб.; Э — ежегодные эксплуата-
ционные расходы, тыс. руб.; р — размеры задержек транспорта в течение 1 ч,
маш.-ч; п — среднесуточное число часов работы транспорта, ч; k — себестои-
мость маш.-ч, руб-.
Экономическая эффективность строительства пешеходных тон-
нелей достигается за счет ликвидации потерь времени транспорта
у светофоров и полного устранения дорожно-транспортных проис-
шествий, связанных с пешеходами.
Пешеходные тоннели в городах сооружают:
по трассе скоростных дорог и магистралей непрерывного дви-
жения;
на улицах и дорогах с регулируемым движением транспорта при
интенсивности пешеходного движения через проезжую часть
более 3000 чел. в 1 ч и при ее ширине более 14 м1’2;
на улицах и дброгах с нерегулируемым движением транспорта
при интенсивности автомобильного движения более 600 автомоби-
лей в 1 ч (при наличии разделительной полосы более 1000 автомо-
билей в 1 ч) в обоих направлениях и одновременной интенсивности
1 СНиП П-60-75 «Планировка и застройка городов, поселков и сельских на-
селенных пунктов». М„ Стройиздат, 1981.
2 Руководство по проектированию городских улиц и дорог. М., Стройиздат,
1980.
86
пешеходного движения через проезжую часть более 1500 чел. в
1 ч;
на перекрестках, примыканиях или развилках улиц и дорог, на
крупных площадях, где интенсивные транспортные потоки затруд-
няют свободное и безопасное движение пешеходов в одном уровне
с транспортом;
в местах наибольшего тяготения пешеходных потоков: вблизи
станций метрополитена, железнодорожных, авто- и аэровокзалов,
стадионов, парков, торговых центров, зрелищных предприятий и
т. п.;
в составе крупных транспортных развязок в разных уровнях;
при пересечении линий городских железных дорог, наземных
линий метрополитена или скоростного трамвая( (на станциях и пе-
регонах) ;
при пересечении высотных и контурных препятствий (холмов,
возвышенностей, насыпей, дамб, рек, каналов, озер, водохранилищ
и т. п.).
В последние годы в крупных городах сооружают подземные пе-
шеходные уровни (залы, площади, улицы) как отдельно располо-
женные, так и совмещенные с многоярусными подземными комплек-
сами многоцелевого назначения. Их размещают на крупных тран-
спортных узлах, вблизи вокзалов, аэропортов, административных
и торговых центров. Пешеходные уровни на привокзальных площа-
дях должны иметь связь со стоянками автомобилей и остановками
общественного транспорта и соединены системой пешеходных тон-
нелей с посадочными платформами.
План и продольный профиль. Планировочные решения пешеход-
ных тоннелей отличаются большим разнообразием и зависят глав-
ным образом от топографических и градостроительных условий.
При пересечении скоростных дорог и магистралей непрерывного
движения, а также линий железной дороги или высотных и контур-
ных препятствий чаще всего устраивают одиночные пешеходные
тоннели линейного типа. Их располагают по трассе магистрали
перпендикулярно оси проезжей части через 400—500 м (рис. III.
23,а). В дальнейшем с ростом пешеходных потоков может потре-
боваться создание между существующими дополнительных пеше-
ходных тоннелей. В некоторых случаях, когда ширина тротуаров
на отдельных участках вдоль магистралей становится недостаточ-
ной для пропуска пешеходов, подземные переходы трассируют вдоль
магистрали, устраивая ответвления для выходов на обе ее сторо-
ны (рис. III. 23,6).
Одиночные тоннели линейного типа могут устраиваться и на пе-
рекрестках автомагистралей, на площадях и располагаться по на-
правлению главных пешеходных потоков.
Иногда на прямом перекрестке сооружают два взаимно перпен-
дикулярных тоннеля, пересекающих обе магистрали (рис. III. 23,в).
Однако при этом значительно удлиняются пути пешеходов и не
обеспечивается полной развязки движения транспорта и пешехо-
дов. Чаще всего на перекрестках и площадях устраивают несколько
87
Рис. IIL23. Схемы расположения пешеходных тоннелей линейного типа вдоль магистрали
(а, б) и на прямом перекрестке (в—ж)
/ — тоннель; 2 ~ сходы; 3 — застройка; 4 — наземный переход
Рис. II 1.24. Примеры расположения пешеходных тоннелей линейного типа на Т-образном
(а) и У-образном (б) примыканиях магистралей
1 — тоннель; 2 — сходы; 3 — застройка
88
пешеходных тоннелей в виде примыкающих друг к другу, взаимно
пересекающихся или разветвляющихся коридоров, а также замкну-
того контура. Так, при интенсивном автомобильном и пешеходном
движении и при преобладающих прямых пешеходных потоках обыч-
но предусматривают систему из четырех тоннелей по двум направ-
лениям, что обеспечивает полную изоляцию пешеходных потоков
от автомобильного движения (рис. III. 23,г). Однако при этом не-
сколько удлиняются пути пешеходов, пересекающих перекресток в
диагональном направлении. Возможна замена двух параллельных
тоннелей одним соединительным, расположенным по оси магистра-
ли (рис. III. 23,<3).
При преобладающих пешеходных потоках в диагональных на-
правлениях тоннели на прямых перекрестках устраивают по Х-об-
разной схеме, что приводит к некоторому удлинению путей пеше-
ходов, которые пересекают одну из магистралей, но обеспечивает
кратчайшее пересечение обеих магистралей (рис. III. 23,е). Осо-
бенностью такой планировочной схемы является наличие перекре-
щивающихся пешеходных потоков в центральной зоне, что требует
ее расширения.
Иногда подземные переходы располагаются по периметру пе-
рекрестка, пересекая все сходящиеся в узле улицы (рис. III. 23, ж).
При этом могут возникать неравномерные потоки пешеходов по от-
дельным тоннелям и значительно удлиняются некоторые пешеход-
ные маршруты.
Пешеходные тоннели на Т- и У-образных примыканиях, а также
на развилках двух магистралей состоят обычно из разветвляющих-
ся коридоров, примыкающих под углом друг к другу и имеющих
выходы на близрасположенные улицы (рис. III. 24). При этом сле-
дует стремиться по возможности обеспечить связь всех тротуаров
без наземных переходов.
Часто пешеходные тоннели сооружают в общем комплексе с
транспортными для развязки движения в разных уровнях. Обычно
отсутствие пешеходных тоннелей в местах транспортных развязок
значительно снижает эффективность последних. Вынос пешеходных
тоннелей за пределы транспортного пересечения на расстояние
150—200 м значительно удлиняет пешеходные маршруты, а устрой-
ство подземного перехода над транспортным тоннелем требует боль-
шого заглубления последнего, что увеличивает и его протяженность.
В этом случае для некоторого уменьшения глубины заложения кон-
струкцию пешеходного тоннеля целесообразно объединить с кон-
струкцией транспортного тоннеля, как это сделано, например, на
Добрынинской площади в Москве.
Прокладка пешеходного тоннеля под транспортным сопряжена
со значительным заглублением (более 7—8 м) пола перехода, что
не всегда может быть оправданно. Наиболее оптимальным оеше-
нием следует считать устройство пешеходных тоннелей в пределах
рамповых участков. При этом несколько увеличивается глубина за-
ложения пешеходного тоннеля, но улучшаются условия движения
пешеходов.
Зак. 104
89
Рис. 111.25. Планировочные схемы подземных пешеходных переходов зального типа круго-
вого (а) и полигонального (б) очертания
/ — распределительный зал; 2 — пешеходные тоннели; 3 — сходы; 4 — застройка; 5 — зеле-
ные насаждения
На больших площадях, где сходятся четыре, пять и более круп-
ных магистралей и улиц, пешеходные тоннели могут иметь достаточ-
но сложные планировочные схемы. Они могут быть полигонального
или криволинейного очертания в плане или состоять из отдельных
прямолинейных и криволинейных коридоров и т. п. На крупных пло-
щадях наиболее целесообразно устройство центрального распреде-
лительного пешеходного зала, к которому примыкают отдельные
подземные коридоры, ведущие ко всем тротуарам, остановкам об-
щественного транспорта, административным и торговым зданиям
(рис. III. 25).
Центральный зал позволяет равномерно распределять пешеход-
ные потоки и служит также для размещения в нем магазинов, лот-
ков, киосков, кафе, ресторанов, витрин и т. п. Центральный зал мо-
жет быть кругового, прямоугольного, полигонального, овального
или любого другого замкнутого очертания. На площадях с коль-
цевой организацией движения транспорта подземный распредели-
тельный зал может быть выполнен в виде открытого сверху заглуб-
ленного островка. Это способствует лучшему освещению и провет-
риванию подземного перехода, хотя не обеспечивает защиты от ат-
мосферных осадков.
В большинстве случаев трасса пешеходных тоннелей распола-
гается на прямой в плане. Это обеспечивает кратчайшие пути пе-
шеходам, улучшает условия видимости и проветривания, упрощает
конструкции и облегчает процесс сооружения тоннеля. Однако
иногда по эксплуатационным соображениям, а также в связи с
конкретными градостроительными и транспортными условиями бы-
вает целесообразно располагать пешеходные тоннели под углом к
магистрали или на криволинейной в плане трассе.
Пешеходные тоннели чаще всего имеют односкатный продоль-
ный профиль (рис. III.26,а). При пересечении каких-либо препятст-
вий (река, канал, насыпь, подземное сооружение и пр.) возможно
90
V)
Рис. III.26. Виды продольного профиля пешеходных тоннелей
а— односкатный; б —ломаный; в — двускатный вогнутый; г — двускатный выпуклый; 1 —
пешеходный тоннель; 2 — сходы; <3 — транспортный тоннель; 4 — лестница; 5 — железнодо-
рожная насыпь
расположение пешеходного тоннеля на двух- или многоскатном вог-
нутом или выпуклом профиле (рис. III. 26, в, г).
В отдельных случаях (при расположении входов и выходов в
разных уровнях, при прокладке пешеходного тоннеля под транс-
портным) пешеходные тоннели могут иметь ломаный профиль с
лестницами или пандусами внутри тоннеля (рис. III. 26,6). Незави-
симо от вида продольного профиля продольный уклон чистого пола
пешеходных тоннелей должен быть не менее 4 и не более 40%о, а
поперечный уклон — порядка 4—10%0 в обе стороны от оси. В слу-
чае необходимости допускается располагать пешеходный тоннель
на нулевом продольном уклоне с созданием одностороннего попереч-
ного уклона не менее 10%0.
Глубину заложения пешеходных тоннелей следует назначать
минимальной с учетом расположения подземных коммуникаций.
Это обусловлено стремлением по возможности уменьшить высоту
подъема и спуска в тоннель пешеходов. С этой же целью следует
рационально использовать естественный рельеф местности.
Входы в тоннели и выходы из них. Если пешеходный тоннель
пересекает какое-либо высотное препятствие и уровень пола пере-
хода совпадает с поверхностью земли, специальных входов и вы-
ходов не требуется. Во всех остальных случаях для связи пешеход-
ных тоннелей с дневной поверхностью необходимо устройство спе-
циальных сходов. В зависимости от глубины заложения тоннеля,
рельефа местности, наличия свободной территории, характера ок-
ружающей застройки, интенсивности пешеходных потоков и других
факторов применяют лестничные, пандусные, эскалаторные, лифто-
вые или комбинированные входы и выходы. Они могут размещать-
ся только по концам пешеходных тоннелей, а также и в промежу-
точных сечениях. Входы и выходы могут располагаться по направ-
лению тоннеля, перпендикулярно или под углом к его продольной
оси; их можно устраивать непосредственно на тротуарах, в первых
этажах или подвалах зданий, а также делать совмещенными с раз-
личными подземными сооружениями: станциями метрополитена,
гаражами, комплексами и т. п. Это позволяет пешеходам не толь-
ко пересекать под землей магистрали, но и попадать непосредствен-
но из подземного перехода в другие сооружения.
При интенсивности пешеходного движения менее 7000 чел.-ч и
глубине заложения пола тоннеля менее 3—3,2 м устраивают лест-
ничные входы и выходы, размещая их на тротуарах — у проезжей
части улиц или с отступом от нее. В первом случае между парапе-
том схода и внешней гранью борта должна быть оставлена по-
лоса безопасности шириной 0,5—0,75 м. При размещении сходов
с отступом от проезжей части необходимо предусматривать прохо-
ды шириной не менее 3 м для пешеходов, не направляющихся в
подземный переход.
Если ширина тротуара мала, а интенсивность пешеходного дви-
жения значительна, проходы для пешеходов могут быть устроены в
первых этажах зданий. Возможно также устройство сходов в тон-
нель, встроенных в подвальные или первые этажи зданий. При этом
часто применяют поворотные лестничные марши с разворотом в
в обратном, направлении, которые занимают меньшую площадь,
чем обычные.
Пешеходные тоннели, пересекающие широкие автомагистрали
с несколькими проезжими частями, разделенными аллеями или
скверами, могут иметь промежуточные входы и выходы
(рис. III.27,а— в). Необходимость в промежуточных входах и вы-
ходах возникает также у остановок общественного транспорта и на
железнодорожных вокзалах для выхода к платформам. Проме-
жуточные сходы могут быть сделаны для связи пешеходного тон-
неля с транспортным, внутри которого имеются остановки маршрут-
ных автобусов или троллейбусов (рис. III.28).
При преобладающих односторонних пешеходных потоках не-
большой интенсивности можно устраивать одиночные сходы с каж-
дой стороны тоннеля. При наличии достаточно широких тротуаров
или полос зеленых насаждений, а также на незастроенных пло-
щадях или железнодорожных станциях лестничные сходы могут
располагаться вдоль оси тоннеля. В этом случае им целесообразно
придавать раструбную в плане форму для увеличения пропускной
способности (рис. III.27,г).
На застроенной территории чаще всего устраивают двойные
лестничные сходы поперек оси тоннеля или примыкающие один к
другому под разными углами. При расположении лестничных схо-
дов в местах примыкания двух улиц им часто придают дуговое или
ломаное (Г-образное) очертание в плане (рис. Ш.27,д).
Лестничные марши должны иметь уклон не более 1:3,3 с раз-
мерами ступеней 12X40 см. В особых случаях допускается устрой-
ство одной из двух лестниц с уклоном 1:2,3 и размерами ступеней
14X32 см. В одном лестничном марше не должно быть более 14 сту-
пеней. Длина разделительной площадки между маршами должна
Рис. III.27. Разновидности лестничных сходов
и — в — прямые; г — раструбный; д — дуговой н Г-образный; 1 — тоннель; 2 — концевые
сходы; 3 — промежуточные сходы; 4 — проезжая часть; 5 — застройка; 6'— павильоны; 7 —
места остановки общественного транспорта; 8 — местные проезды
Рис. II 1.28. Связь пешеходного тоииеля с транспортным
/ — транспортный тоннель; 2 — пешеходный тоннель; 3 — сходы в транспортный тоннель; 4 —
места остановки общественного транспорта в тоннеле
быть не менее 1,5 м. Ступени и площадки устраивают с уклоном
15%» для отвода с них воды. Верхние площадки лестничных сходов
во избежание их затопления должны превышать уровень тротуаров
не менее чем на 6 и не более чем на 15 см.
31
Рис. III.29. Схемы прямолинейного (а),
дугового (б), поворотного (в), спирально-
го (г) и комбинированного (б) сходов
/ — тоннель; 2 — пандус; 3— застройка;
4 — граница тротуара; 5 — лестницы
При интенсивности пешеход-
ного движения более 7000 чел.-ч и
глубине заложения тоннеля более
3,0—3,2 м устраивают эскала-
торы. Оборудование сходов эска-
латорами требуется также в пе-
шеходных тоннелях, примыкаю-
щих к вокзалам и аэропортам.
Обычно на одном сходе устанав-
ливают не, менее двух эскалато-
ров, причем их делают встроенны-
ми в здания или примыкающими к
специальным павильонам. Эска-
латоры располагают под углом
30° к горизонту. Ступени эскала-
тора шириной 45—100 см переме-
щаются со скоростью 0,5—1 м/с.
При незначительных пешеходных
потоках для связи пешеходных
тоннелей с поверхностью земли
могут быть применены лифтовые
подъемники.
При определенном рельефе
местности может оказаться целе-
сообразным устройство сходов в тоннель в виде пандусов с уклоном
до 60%о, а в особых условиях —до 80°/оо- Пандусы чаще всего устра-
ивают в таких пешеходных тоннелях, которые располагаются
вблизи скверов, парков, бульваров и где много пешеходов с дет-
скими колясками. Кроме того, во всех пешеходных переходах долж-
ны быть устроены пандусы шириной не менее 1 м для подъема и
спуска детских колясок.
Прямые и дуговые пандусы (рис. III.29,а, б) увеличивают длину
схода до 20—40 м, требуют обхода их пешеходами и переоборудо-
94
вания дорожного покрытия на прилегающих площадях, а также
защиты от атмосферных осадков в виде навесов и павильонов.
Поворотные пандусы (рис. III.29,в) занимают меньшую пло-
щадь, чем прямые или дуговые, однако они менее удобны для пе-
шеходов, особенно в условиях интенсивного движения. Иногда в
составе лестничных сходов устраивают накладные пандусы с пе-
рильными ограждениями. Такие пандусы, предназначенные для
пешеходов с детскими колясками и велосипедами, используются
мало, так как они недостаточно удобны в эксплуатации. При от-
сутствии территории, достаточной для размещения прямых, дуго-
вых и поворотных пандусов, могут быть устроены спиральные пан-
дусы (рис. Ш.29,г).
Эффективность пандусных сходов значительно повышается при
оборудовании их специальными механическими устройствами не-
прерывного действия — движущимися тротуарами (траволато-
рами). Принцип действия движущихся тротуаров такой же, как
у экскалаторов, но располагаются они на уклоне до 12—15°. Конг
структивно движущиеся тротуары могут быть выполнены в виде
бесконечного резинового полотна на стальной основе или из от-
дельных звеньев. Ширина ленты движущегося тротуара может из-
меняться от 60 до 150 см и более, скорость перемещения 0,5—1 м/с,
а пропускная способность 10—40 тыс. чел.-ч.
В некоторых пешеходных тоннелях сооружают комбинирован,
ные сходы из лестниц для спуска и экскалаторов для подъема, а
также лестнично-пандусные сходы (рис. III.29Д), причем в пог
следнем случае ширина пандуса должна быть не менее 1 м. В пово-
ротных пандусах необходимо предусматривать разделительные
площадки длиной не менее 2—2,25 м.
Большинство лестничных сходов устраивается открытого типа.
При этом не нарушается характер окружающей застройки и соз-
даются хорошие условия видимости для пешеходов. Открытые
сходы ограждают парапетом высотой не менее 0,7 м или решетча-
иым ограждением на цоколе. Пди устройстве эскалаторов и дви-
жущихся тротуаров, а также при расположении лестничных и пан-
дусных сходов в районах, где бывают снегопады и гололед, обяза-
тельно возведение наземных павильонов.
Поперечные сечения. Так ж'е как и автотранспортные, пешеход-
ные тоннели могут иметь прямоугольное, сводчатое и круговое
поперечное сечение. Ширину пешеходных тоннелей назначают, ис-
ходя из перспективной интенсивности пешеходных потоков и про-
пускной способности 1 м тоннеля. При этом в расчет следует при-
нимать максимальную ожидаемую интенсивность пешеходного по-
тока в часы пик.
Действительная пропускная способность подземного перехода
определяется режимом и плотностью пешеходного потока, которая
в свою очередь зависит от интенсивности и скорости движения пе-
шеходов.
Необходимо также учитывать внутричасовую, суточную и го-
довую неравномерность пешеходных потоков. При этом надо иметь
95
в виду, что пропускная способность тоннеля изменяется в случае
пропуска односторонних, встречных и пересекающихся пешеходных
потоков. При непрерывном движении пешеходов пропускная спо-
собность 1 м подземного перехода может быть определена из вы-
ражения.
NT = d с-3600,	(III. 12)
где d — плотность потока, чел/м2; с — скорость движения пешеходов по тон-
целю, м/с.
Плотность потока для нормальных условий движения прини-
мают равной 0,3 чел/м2, а для стесненных условий — 0,6 чел/м2-.
Скорость движения пешеходов зависит от цели движения1 и со-
ставляет в среднем 1,4 м/с. Таким образом, пропускная способ-
ность 1 м ширины пешеходного тоннеля составляет 2—2,5 тыс.
чел.-ч. Следовательно, ширину пешеходного тоннеля можно опре-
делить по формуле
B = W/aiVT,	(III. 13)
где Л’ — суммарный расчетный поток пешеходов в час пик; а — коэффициент
неравномерности движения пешеходов в течение часа пик, принимаемый рав-
ным отношению максимальной интенсивности^ пешеходного движения в течение
10 мин к средней интенсивности за этот же период.
При установлении ширины лестничных, пандусных и эскала-
торных сходов исходят из соответствия пропускной способности
сходов и тоннеля. При этом пропускную способность 1 м лест-
ничных сходов на спуск и подъем принимают равной 1,5—1,6
тыс. чел.-ч, а 1 м пандуса — 1,75 тыс. чел-ч.
(В случае если через тоннель пропускаются весьма интенсив-
ные пешеходные потоки, то в связи с уменьшением скорости дви-
жения пропускная способность тоннеля уменьшается и составляет
соответственно для 1 м тоннеля, лестничного схода и пандуса
1500, 1450 и 1375 чел.-ч. Провозную способность одной ленты
эскалатора или движущегося тротуара можно определить по фор-
муле (Ю. А. Лиманов. Метрополитены)
П = 3600 ц0/пст Р т|,	(III. 14)
где v0 — скорость движения полотна, м/с; «ст —шаг ступеней, м; Р — число
рядом стоящих пешеходов; ц— коэффициент, учитывающий загрузку эскала-
тора или движущегося тротуара,.
Определяя размеры пешеходных тоннелей, надо учитывать,
что ширина их в свету не должна быть менее 3, а высота —
2,3 м. Если пешеходные потоки невелики, ширину подземного
перехода допускается уменьшать до 2,5 а в некоторых случаях
до 2 м. Ширина лестничных и пандусных сходов должна быть не
менее 2,25 м, а пандусов для детских колясок—-не менее 1 м.
В двухпролетных тоннелях высота от уровня чистого пола до ни-
за прогона должна быть не менее 2 м. Следует отметить, что
размеры поперечного сечения подземных пешеходных переходов в
некоторых случаях рекомендуется несколько увеличивать с удли-
нением тоннеля. Это создает лучшие условия движения пешехо-
дов, способствует устранению у них ощущения замкнутости, под
96
земности. Увеличение высоты до 2,5—
3 м можно рекомендовать для подзем-
ных пешеходных уровней и тоннелей,
имеющих входы и выходы, оборудо-
ванные эскалаторами или движущи-
мися тротуарами. Обычно пешеходные
тоннели устраивают шириной 4, 6 или
8 м.
Если в подземном переходе преду-
сматривается установка рекламных
щитов или витрин, то ширина его уве-
личивается на 1 м с каждой стороны.
Иногда устраивают местные уширения
пешеходных тоннелей для размещения
в них телефонов-автоматов, театраль-
ных касс, газетных киосков и т. п.
Рис. III.30. Движущиеся тротуары
в пешеходном тоннеле
1 — обделка тоннеля; 2 — водоза-
щитный зонт; 3 —движущийся тро-
туар; 4 — пешеходная дорожка
Для увеличения пропускной спо-
собности подземных переходов и создания больших удобств пе-
шеходам в тоннелях длиной более 100—150 м целесообразно
устройство движущихся тротуаров для перемещения людей
вдоль тоннеля или по отдельным направлениям в подземных
уровнях и комплексах. В последние годы движущиеся тротуары
находят применение в аэропортах, на крупных промышлен-
ных предприятиях, территориях выставок пересадочных стан-
циях метрополитена и в пешеходных тоннелях. Первый в
нашей стране пешеходный тоннель с движущимися тротуа-
рами построен в Тбилиси. Он имеет длину 106 м и внутрен-
ний диаметр поперечного сечения 5,6 м (рис. III. 30). Два движу-
щихся тротуара шириной по 1 м перемещаются со скоростью
0,9 м/с и перевозят в 1 ч около 16 тыс. чел. Применение дви-
жущихся тротуаров дает возможность значительно уменьшить ши-
рину пешеходных тоннелей и увеличить их пропускную способ-
ность. В первую очередь движущиеся тротуары следует устанав-
ливать в пешеходных переходах и уровнях, расположенных вблизи
вокзалов и аэропортов.
Глава IV. КОНСТРУКЦИИ ПОДЗЕМНЫХ
ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
§ 11. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Постоянные несущие конструкции подземных сооружений пред-
назначены для восприятия всех действующих нагрузок, а также
для защиты сооружения от подземных вод. Материалы, из кото-
рых возводят подземные конструкции, должны обладать повышен-
ной прочностью, водонепроницаемостью, невыветриваемостью,
морозостойкостью, огнестойкостью и стойкостью к химической и
97
электрохимической агрессии. В связи со сложностью реконструкции
подземных сооружений срок их службы должен быть больше, чем
наземных, а следовательно, материалы для изготовления таких
конструкций должны быть более долговечными.
Материалами, в разной степени отвечающими этим требова-
ниям, являются бетон, железобетон, сталь и чугун. При возве-
дении бетонных конструкций проектная марка бетона по проч-
ности должна быть не менее М200, а толщина несущих элемен-
тов— не менее 20 см. Для железобетонных ненапрягаемых
конструкций марку бетона по прочности принимают не менее
М200 для монолитных и не менее М300 для сборных элементов,
а толщину их не менее 15 см. Для предварительно напряженных
железобетонных конструкций марка бетона должна быть не
менее М300. Марка бетона по водонепроницаемости должна
быть не менее В-6 для конструкций, находящихся в водонасы-
щенных грунтах, и не менее В-4 для конструкций, зало-
женных в грунтах естественной влажности. Расчетные сопро-
тивления бетона в бетонных и железобетонных конструкциях
принимают в соответствии с действующими нормами
(СНиП П-21-75 «Бетонные и железобетонные конструкции. Нор-
мы проектирования»).
Марку бетона по морозостойкости при расположении подзем-
ного сооружения в необводненных грунтах, а также” для назем-
ных и полуподземных частей подземных конструкций (рампы,
порталы, припортальные участки транспортных тоннелей, сходы
в пешеходные тоннели и т. п.) принимают в районах со средне-
месячной температурой самого холодного месяца 273—253 К не
менее Мрз150, а при температуре ниже 253 К — не менее Мрз200.
Если подземные конструкции залегают в водонасыщенных грун-
тах и среднемесячная температура воздуха ниже 263 К, марка
бетона по морезостойкости должна быть не менее МрзЗОО.
В практике подземного строительства наряду с обычными
применяют особые виды бетонов, характеризующиеся меньшим
удельным весом, повышенной прочностью на растяжение, мень-
шей водопроницаемостью и т. п. Широкое распространение в
тоннелестроении получил набрызг-бетон, наносимый на поверх-
ность выработки под действием сжатого воздуха. Толщина от-
дельных слоев набрызг-бетона составляет около 3—5 см, а
полная толщина покрытия может достигать 20 см и более.
Увлажнение сухой смеси происходит только при вылете ее из
сопла нагнетательной машины, причем водоцементное отношение
составляет 0,35—0,5. При толщине покрытия более 8—10 см
набрызг-бетон армируют стальной сеткой. Набрызг-бетон имеет
достаточно высокие прочностные характеристики, причем проч-
ность на растяжение примерно на 10% выше, чем у обычного
бетона. К достоинствам набрызг-бетона относится хорошее сцеп-
ление его с грунтом (1,5—2,5 МПа) и с арматурой (2,5—4,5 МПа);
а также повышенная плотность и водонепроницаемость.
В последнее время начали применять дисперсное армирование
98
набрызг-бетонного покрытия стальными иглами длиной 20—25 см
и диаметром 0,4—0,5 мм. Такие иглы вводят в состав сухой
смеси в количестве 3—5% по массе (около 140 кг на 1 м3 смеси).
Дисперсно-армированный набрызг-бетон (фабронабрызг-бетон)
характеризуется повышенной прочностью (7?Сж увеличивается в
1,3—1,5 раза, а Др при изгибе—-в 1,2 раза) и деформативностью.
При щитовой проходке тоннелей в ряде случаев успешно
применяют монолитную обделку из прессованного бетона (см.
гл. IX, § 27). Бетонная смесь, состав которой практически не от-
личается от состава обычных смесей, с водоцементным отноше-
нием 0,5—0,6 укладывается за опалубку и прессуется щитовыми
домкратами или автономными домкратными устройствами под
давлением до 5 МПа. За счет отжатия части воды бетонная смесь
приобретает водоцементное отношение 0,3—0,35 и обделка полу-
чается прочной и водонепроницаемой. Уже через сутки прочность
бетона может достигать 40 МПа.
При возведении подземных конструкций иногда целесообраз-
но применение облегченных или легких бетонов на пористых за-
полнителях. Бетоны на искусственных заполнителях (керамзит,
трепел, аглопорит и др.) или на природных заполнителях вулка-
нического происхождения (пемза, шлак, туф) могут быть облегчен-
ными плотностью 1,8—2,2 т/м3 и легкими плотностью 0,5—
1,8 т/м3. Такие бетоны характеризуются повышенной трещиностой-
костью, долговечностью и морозостойкостью. Поскольку значения
модуля упругости у них примерно на 30% ниже, чем у тяжелых
бетонов, улучшаются условия совместной работы конструкции с
окружающим грунтом. Изготовленные из облегченных и легких
бетонов сборные элементы имеют сравнительно небольшую массу
и более низкую стоимость, чем элементы из тяжелых бетонов.
Для сооружения подземных конструкций можно использовать
полимербетоны, в составе которых в качестве вяжущего применя-
ются синтетические смолы.
Полимербетоны характеризуются высокой прочностью на сжа-
тие (до 70—80 МПа) и более высокой, чем обычные бетоны, проч-
ностью на растяжение (6,4—7 МПа). Изготовленные из полимер-
бетона образцы непроницаемы для воды при давлении до 2—
2,5 МПа. Полимербетон обладает стойкостью к химической агрес-
сии, имеет высокие показатели сцепления с арматурой (6,5—
8 МПа). Он может применяться как для возведения монолитных,
так и для изготовления сборных конструкций. Однако широкому
внедрению полимербетонов в подземное строительство препятству-
ет его повышенная ползучесть и не определенная пока долговеч-
ность.
Наряду с полимербетонами можно применять бетонополиме-
ры — бетоны на минеральном вяжущем, пропитанные под давле-
нием полимерами и обладающие благодаря этому повышенной
плотностью и водонепроницаемостью.
Перспективным в подземном строительстве может оказаться
самонапряженный бетон на напрягающем цементе (НЦ). Послед-
99
ний изготовляют путем совместного помола портландцементного
клинкера, глиноземистого шлака и гипсового камня в соотноше-
нии 70:15:15. Напрягающий цемент способен расширяться после
набора прочности порядка 13—15 МПа, за счет чего в бетоне и
арматуре создаются предварительные напряжения. Самонапря-
женный бетон характеризуется повышенной плотностью, водо- и
газонепроницаемостью, трещиностойкостью и может быть исполь-
зован как для возведения монолитных, так и для изготовления
сборных конструкций подземных сооружений.
Несмотря на некоторые различия в свойствах, все виды бето-
нов имеют существенные недостатки — невысокую прочность на
растяжение и водопроницаемость. В связи с этим бетон применя-
ют только в таких подземных конструкциях, которые заложены в
сухих грунтах и работают главным образом на сжатие.
Широкое распространение при строительстве подземных кон-
струкций получил железобетон. Наиболее эффективно использо-
вать в городских условиях конструкции из сборного железобетона.
Наличие в городах мощной индустриальной базы и широкого
фронта работ в условиях массового подземного строительства,
концентрации подземных объектов на сравнительно небольшой
территории (в пределах города), возможность использования
мощного грузоподъемного оборудования — основные предпосыл-
ки для широкого внедрения сборного железобетона. Сборные же-
лезобетонные конструкции получаются более высокого качества,
чем монолитные, изготовленные непосредственно на месте строи-
тельства подземного сооружения. Индустриальные конструкции
возможно делать тонкостенными и облегченными, что приводит к
уменьшению размеров подземных выработок и сокращению
объемов земляных работ. Сборные конструкции могут иметь гото-
вую гидроизоляцию по наружной поверхности и отделку по внут-
ренней.
Применение сборных железобетонных конструкций позволяет
стандартизировать готовые элементы. Типовые блоки с единым
размерным модулем обеспечивают взаимозаменяемость и воз-
можность применения их в различных подземных сооружениях.
Для повышения степени сборности конструкций, сокращения чис-
ла их типоразмеров и марок следует унифицировать элементы
сборных железобетонных конструкций в части их основных пла-
нировочных параметров, расчетных нагрузок и геометрических
размеров.
Уменьшение числа типоразмеров и марок элементов приводит
к увеличению производительности заводского оборудования и сни-
жению себестоимости и трудоемкости изготовления железобетон-
ных конструкций. Преимущества применения сборного железо-
бетона подтверждаются практикой подземного строительства
прежде всего в Советском Союзе, где впервые в мире в широком
плане начали применять сборные конструкции в подземных со-
оружениях.
Арматурная сталь для изготовления железобетонных конструк-
100
ций должна соответствовать требованиям ГОСТ 5781—75. Сталь
используют также для изготовления несущих конструктивных
элементов: перекрытий, колонн и прогонов каркасных подземных
сооружений, тюбингов тоннельных обделок, а также элементов
временной крепи (ограждение стен котлованов, арки, анкеры
и пр.).
При строительстве подземных сооружений в сложных инже-
нерно-геологических условиях в качестве несущих конструкций
применяют обделки из чугунных тюбингов. Тюбинги изготовляют
путем отливки их в формах с последующей механической обра-
боткой бортов. В большинстве случаев в тоннелестроении приме-
няют серый литейный чугун марок СЧ 21-40, СЧ 24-44, СЧ 28-48,
расчетные сопротивления сжатию которого составляют 180—210,
а растяжению 60—80 МПа. Находят также применение и более
прочные виды чугуна: модифицированный серый чугун, содержа-
щий графитизирующие присадки (МСЧ 32-52, МСЧ 352-56, МСЧ
38-60), а также синтетический высокопрочный чугун с шаровид-
ным графитом (ВЧ 338-17, ВЧ 42-12, ВЧ 50-2, ВЧ 60-2, ВЧ 100-4).
Созданный в нашей стране высокопрочный чугун (продукт пере-
плавки отходов стали) обладает повышенной прочностью на рас-
тяжение (в 2,5—3 раза выше, чем у серого чугуна), высокой из-
носоустойчивостью и жаростойкостью.
§ 12. КОНСТРУКЦИИ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ,
ВОЗВОДИМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ
Сборные железобетонные конструкции автотранспортных тон-
нелей. Автотранспортные тоннели мелкого заложения имеют раз-
личные конструкции в пределах закрытой тоннельной части и на
открытых рамповых участках. Конструкции тоннелей на закрытом
участке устраивают обычно в виде одно- или двухпролетной
замкнутой рамы из сборного или монолитного железобетона, а
также комбинированной сборно-монолитной конструкции.
При котлованном способе работ конструкции автотранспорт-
ных тоннелей возводят преимущественно из сборного железобето-
на. В практике отечественного тоннелестроения широко приме-
няют типовые унифицированные конструкции городских автотран-
спортных тоннелей, отдельные элементы которых имеют одинако-
вые форму и наружные размеры. Использование их в различных
инженерно-геологических условиях, при разной глубине заложения
тоннеля и неодинаковых нагрузках на конструкцию достигается
соответствующим армированием блоков.
Конструкции четырех- и шестиполосных автотранспорных тон-
нелей устраивают двухпролетными и собирают из семи типов
блоков: стеновых, фундаментных, опорных, колонн, прогонов, лот-
ковых блоков и блоков перекрытия (рис. IV. 1). Блоки перекрытия
и прогоны изготовляют из бетона марки М500, стеновые блоки и
колонны — марки М400, лотковые блоки—-марки М300, а фунда-
101
ментные и опорные — марки М200. Все блоки армируют сварными
каркасами из горячекатаной арматуры гладкого и периодического
профиля.
Стеновые блоки трапециевидного поперечного сечения ши-
риной 1—1,5 м, высотой hc = 6,25—6,76 м и толщиной вверху
0,2—0,25 м имеют массу 5—7 т. К низу стеновые блоки уширяют-
ся с уклоном 1:20, и толщина их в опорном сечении достигает
0,5—0,6 м. В верхней части стеновые блоки снабжены консоль-
ным выступом для опирания блоков перекрытия. Стеновые блоки
жестко заделывают в фундаментные блоки, образующие сплош-
ной ленточный фундамент с пазом для установки стен. Ширина
фундаментного блока (а) составляет 2,5—4, длина 2—3 м, а мас-
са до 9 т.
В средней части двухпролетных тоннелей устанавливают опор-
ные блоки-подколонники шириной (Ь) 3,5—4, длиной (с) 2,6 и
высотой 1 м. Подколенники имеют конструкцию, аналогичную
фундаментным блокам, а в центре снабжены гнездом для уста-
новки колонн. Между фундаментными и опорными блоками укла-
дывают лотковые блоки. Они выполнены в виде плоских плит
толщиной 20—30 см, шириной (/) 3 м, длиной 1 — 3 м и мас-
сой до 7 т.
Колонны квадратного поперечного сечения размером 40X40
или 50X50 см имеют высоту до 5,5 м и массу 3—4 т. Их уста-
навливают в_ гнезда опорных блоков через 4 = 3—4 м по длине
тоннеля. Продольные прогоны-ригели имеют прямоугольное или
тавровое поперечное сечение и выполняются в виде двухконсоль-
пых однопролетных балок длиной до 8 и высотой до 1,2 м. При-
меняют также прогоны в виде однопролетных разрезных или мно-
гопролетных неразрезных балок с омоноличенными стыками в
местах опирания их на колонны или в пролете.
Блоки перекрытия автотранспортных тоннелей имеют чаще
всего П-образное сечение и опираются на стены и прогон. При
длине блока 12,15, ширине 1,55 и высоте 0,85 м масса его со-
ставляет 10,75 т. Такие блоки обладают высокой несущей спо-
собностью и жесткостью. Высоту блоков перекрытия (йр) назна-
чают в зависимости от перекрываемого пролета (L).
При перекрытии двух- или трехполосной проезжей части, когда
пролет составляет 10—14 м, высоту блоков перекрытия следует
принимать в пределах ('/ю—’/12)L. Толщину плиты блока пере-
крытия назначают в зависимости от высоты и ширины блока, но
не менее 8—10 см. Стыки между отдельными блоками распола-
гают вразбежку, чтобы повысить жесткость конструкции и не
создавать сплошных швов, разделяющих тоннель на мелкие секции.
Совпадение стыков всех блоков допускается только в местах
устройства температурных и осадочных швов через 40—60 м по
длине тоннеля. Собранная из типовых блоков конструкция четы-
рехполосного тоннеля имеет ширину (В) около 22 м, а шестипо-
лосного — около 30 м. Высота автотранспортных тоннелей (Н)
определяется высотой габарита приближения конструкции, высо-
102:
f !
103
Рис. IV.2. Вариант конструкции автодорожного тоннеля (а) и отдельных блоков (б — е)
- блок перекрытия: 2 — стеновой блок; 3 — фундаментный блок; 4— монолитная обвязка; 5 — балочная распорка
делительная стенка; 8 — проем; 9 — проезжая часть; /(9 — гидроизоляция
104
той блока перекрытия, а также толщиной лотка, песчаного осно-
вания и дорожной одежды и составляет 6,8—7,5 м.
Объединение всех сборных элементов в единую рамную кон-
струкцию производят сваркой арматурных выпусков или заклад-
ных деталей, обетонированием стыков, заливкой и зачеканкой
швов цементным раствором.
Возможны некоторые модификации типовой конструкции авто-
транспортных тоннелей за счет изменения конфигурации, разме-
ров и типов отдельных блоков. Так, в некоторых случаях стеновые
блоки выполняют без консольного выступа, устраивая в верхней
части арматурные выпуски для создания монолитной обвязки —
шкафной стенки высотой около 1 м, на которую опирают блоки
перекрытия (рис. IV.2, а). Обвязку устраивают для объединения
стеновых блоков по длине тоннеля и обеспечения центральной
передачи усилий с перекрытия.
В отдельных случаях применяют ребристые стеновые блоки
П-юбразного поперечного сечения (рис. IV.2,5).
Блоки перекрытия могут быть не только П-образного, но и
таврового поперечного сечения, причем при отсутствии обвязки
они должны иметь торцовые диафрагмы для лучшего опирания
на стены и прогоны (рис. IV.2,s).
Для шести- и восьмиполосных автотранспортных тоннелей
может оказаться целесообразным применение предварительно
напряженных железобетонных блоков перекрытия (рис. IV.2,a).
Иногда вместо системы колонн и прогонов устраивают сплошную
среднюю стенку из железобетонных блоков шириной 2—3 и тол-
щиной 0,25—0,30 м, имеющих в верхней части утолщение для
опирания блоков перекрытия (см. рис. IV.2,a).
Для возможности перехода обслуживающего персонала из од-
ного отсека тоннеля в другой в блоках устраивают проемы шири-
ной а0= 1,2—1,5 и высотой h0 = 2 м, располагая их через а0 = 6—
12 м по длине тоннеля. Наличие средней разделительной стенки
обеспечивает изоляцию транспортных потоков и улучшает условия
освещения и вентиляции в тоннеле.
В зависимости от инженерно-геологических условий по разно-
му устраивают и лотковую часть тоннеля.
В тех случаях, когда тоннель залегает в сухих устойчивых
грунтах, а уровень грунтовых вод располагается ниже подошвы
тоннеля, между фундаментными и опорными блоками вместо лот-
ковых плит укладывают балочные распорки (см. рис. IV.2,а). Пос-
ледние имеют прямоугольное поперечное сечение размером 35Х
Х35 или 35X40 см и рсполагаются с шагом /р = 4,5—6 м по длине
тоннеля.
Рассмотренные конструкции транспортных тоннелей требуют
использования большого числа монтажных элементов, что приво-
дит к образованию протяженных швов и разрывов между блоками,
подлежащих омоноличиванию. В связи с этим целесообразно соз-
дание конструкций тоннелей из укрупненных объемных железо-
бетонных элементов П- или [-образной формы длиной до 6—
105
Рис. IV.3. Конструкции автотранспортных
тоннелей из монолитного железобетона
(при котлованном способе работ)
/ — проезжая часть; 2 —обделка; 3 — гид-
роизоляция; 4—-проемы; 5 — буровые сваи;
6 — песчаная отсыпка
8 м и массой до 20—30 т и более. Конструкции автотранспорт-
ных тоннелей, сооружаемых в открытых котлованах, могут быть
запроектированы таким образом, чтобы стены их служили ограж-
дением котлована взамен дефицитного и дорогостоящего свайно-
го или шпунтового металлического крепления (см. гл. VII).
Сборно-монолитные железобетонные конструкции автотран-
спортных тоннелей. Если автотранспортные тоннели располагают-
ся на криволинейных участках трассы, проходят вблизи зданий
или непосредственно под их фундаментами и размеры поперечно-
го сечения тоннелей изменяются по длине (сборные железобетон-
ные конструкции могут оказаться неприемлемыми). В этих случаях
применяют конструкции из монолитного железобетона или комби-
нированные сборно-монолитные, которые легко приспосабливаются
к различным градостроительным и инженерно-геологическим усло-
виям.
Однопролетные тоннели из монолитного железобетона, соору-
жаемые котлованным способом, представляют собой замкнутую
раму, состоящую из лотка, стен и перекрытий (рис. IV.3, а).
Толщина стен бс изменяется от 0,3 до 0,5, лотка бл от 0,4 до 0,8, а
ребристого перекрытия (hp) от 0,6 до 1 м и более. Сопряжение
стен с лотком и перекрытием устраивают при помощи вутов, обе-
106
спечивая необходимую жесткость узлов. Стены и лоток чаще все-
го делают плоскими, а перекрытие в зависимости от пролета —
плоским или ребристым.
Конструкции четырех- и шестиполосных автотранспортных тон-
нелей выполняют в виде двухпролетной железобетонной рамы со
средней разделительной стенкой (рис. IV.3, б). Крупнопролетные
конструкции из монолитного железобетона могут быть выполнены
со сводчатым перекрытием (рис. IV. 3,s).
Прямоугольные конструкции из монолитного железобетона ха-
рактеризуются повышенной жесткостью углов и работают как ста-
тически неопределимые рамные системы замкнутого контура.
Это обусловливает некоторое снижение усилий в элементах кон-
струкции по сравнению со сборными железобетонными конструк-
циями. Вместе с тем такие конструкции чувствительны к осадкам
основания, поэтому их следует применять при наличии плотных и
твердых грунтов.
В слабых или просадочных грунтах монолитные контрукции
опирают на свайные фундаменты (рис. IV.3, а). В ряде случаев
оказывается целесообразным устройство комбинированных конст-
рукций, состоящих частично из монолитных и сборных элементов.
Как пример, можно привести комбинированную конструкцию ав-
тотранспортного тоннеля, построенного котлованным способом на
пересечении Варшавского и Каширского шоссе в Москве1 (рис.
IV.4). Стены тоннеля выполнены из плоских железобетонных па-
нелей, жестко заделанных при помощи выпусков арматуры в
плоские фундаментные блоки. По верху стен устроена монолитная
железобетонная обвязка, на которую опираются сборные блоки
перекрытия длиной 14 м. В средней части установлены железобе-
тонные колонны сечением 70X70 см с шагом 8,3 м, опирающие-
ся на фундаментные блоки стаканного типа. В местах опирания на
колонны блоков перекрытия вдоль тоннеля устроен скрытый ри-
гель из монолитного железобетона. Для этого по торцам блоков
перекрытия и в верхней части колонн предусмотрены выпуски ар-
матуры. Лотковая часть тоннеля выполнена в виде системы балоч-
ных распорок прямоугольного сечения размеры 35X35 см. Находят
применение конструкции, лоток и стены которох выполнены из
монолитного железобетона, а перекрытие из сборных железобе-
тонных блоков. Возможно устройство лотковой части тоннеля
вместе с фундаментами стен и колонн из монолитного железобе-
тона, а всех остальных элементов конструкции (стен, колонн, про-
гонов и перекрытий) — из готовых блоков. Сборно-монолитные
конструкции автотранспортных тоннелей находят применение и
при траншейном способе работ, при использовании технологии
«стена в грунте». При этом боковые и среднюю стены тоннеля бе-
тонируют в траншеях, закрепленных глинистым раствором. Тол-
щина стен обычно не превышает 0,4—0,6 м, а глубина — 15—
20 м. Заглубление стен ниже подошвы тоннеля необходимо для
опирания их на плотные и водонепроницаемые грунты и для повы-
шения их устойчивости в процессе сооружения тоннеля. Кроме
107
600	5000	700 850
◄
Рис. IV.4. Пример конструкции автотранс-
портного тоннеля
/ — блок перекрытия; 2— стеновой блок;
3 — фундаментный блок; 4 — подколонник;
5 — опорный блок; 6 — колонна; 7 — моно-
литный прогон; 8— проезжая часть; 9—
балочные распорки
Рис. IV.5. Конструкция автотранспортного тоннеля из монолитного железобетона (при
траншейном способе работ)
/ — перекрытие; 2 —обвязка; 3 — траншейные стены; 4 —логок; 5 — прогон; 6 — проезжая
часть; 7 — коллектор
108
того, заглубление стен в водоупорные слои грунта обеспечивает
возможность строительства тоннеля без применения искусственно-
го водопонижения. Наряду со стенами, бетонируемыми в тран-
шеях, применяют стены из пересекающихся в плане буронабивных
железобетонных свай диаметром 50—70 см.
На рис. IV.5 показана конструкция автотранспортного тоннеля,
построенного в Москве по трассе кольца В с применением техно-
логии «стена в грунте». Двухпролетная обделка шириной 39,5 м
состоит из боковых и средней траншейных стен из монолитного
железобетона толщиной 60 см и глубиной 17—23 м. На стены опи-
раются сборные предварительно напряженные железобетонные бло-
ки перекрытия ребристого сечения высотой 1 м и пролетом 19 м.
Лоток выполнен из монолитного железобетона.
Представляет интерес комбинированная конструкция однопро-
летного тоннеля из сборных железобетонных блоков в виде не-
замкнутых П-образных рам, образующих перекрытие и верхнюю
часть стен и опирающихся на траншейные стены из монолитного
железобетона (рис. IV.6) При длине блока перекрытия 7,5 м, ши-
рине 2,4—2,6 м и высоте стеновых консолей 4,5—5 м масса его
достигает 25 т. Блоки изготовляют с заводской гидроизоляцией и
гладко офактуренной внутренней поверхностью. Стыки между
П-образными элементами герметизируют на месте строительства.
Траншейные стены могут быть выполнены также и из сборных
железобетонных панелей толщиной 25—40 см. Используют пло-
ские и сплошные или пустотелые панели одинаковой толщины или
комбинированные конструкции, состоящие из железобетонных сто-
ек-столбов Т-образного сечения, расположенных через 3—4 м,
между которыми помещают плоские плиты, передающие боковое
давление грунта на столбы (рис. IV.7). Для связи панелей между
собой по их торцам устраивают пазы прямоугольного или ци-
линдрического очертания, заполняемые цементным раствором. Если
стены тоннеля имеют криволинейное очертание в плане, сопряже-
ние отдельных панелей обеспечивается путем соединения петлевых
или стержневых выпусков арматуры. Для устройства сборных стен
глубиной более 10—15 м возможна установка двух или трех пане-
лей, стыкуемых по высоте путем омоноличивания горизонтальных
швов. По верху стен устраивают сплошной пояс из монолитного
железобетона, выравнивающий поверхность стен, объединяющий
отдельные участки по длине и служащий также для опирания бло-
ков перекрытия.
Конструкции пешеходных тоннелей. Подземные пешеходные
переходы состоят из закрытой (тоннельной) части и открытых ле-
стничных, пандусных или экскалаторных входов и выходов. Кон-
струкции пешеходных тоннелей во многом аналогичны конструкци-
ям автотранспортных тоннелей, однако имеют свои особенности.
Разработаны типовые сборные железобетонные конструкции
однопролетных и двухпролетных систем. Однопролетные конструк-
ции шириной 4—6 м собирают из трех типов блоков: лоткового, двух
стеновых и блока перекрытия (рис. IV.8, а). Поскольку размеры
109
Рис. IV.6. Конструкция автотранспортного
тоннеля из сборно-монолитного железобе-
тона (при траншейном способе работ)
1 — П-образный блок; 2 — монолитные
траншейные стены; 3 — лоток
Рис. IV.7. Конструкция автотранспортно-
го тоннеля (а) н сборных стен (б) (при
траншейном способе работ)
/ — перекрытие; 2 — монолитная обвязка;
3 — лоток; 4— стены; 5 — плоские панели;
6 — уголковые блоки; 7 — Т-образные
столбы; 8 — цементный раствор; 9 — песча-
ная засыпка
пешеходных тоннелей значительно меньше, чем транспортных, и
усилия, передающиеся на грунт, сравнительно невелики, необхо-
димость в специальных фундаментных блоках отпадает. Поэтому
стеновые блоки пешеходных тоннелей снабжены в нижней части
консольной пятой, опирающейся па грунт, а верхней части'—вы-
ступом для установки плит перекрытия.
Стеновые блоки имеют ширину 6=1,48, толщину бс = 0,2—
0,25 м, а массу 2,5—3 т. Блоки перекрытия П-образного попереч-
ного сечения длиной 4,12 и 6,1 м и шириной соответственно 1,48 и
1,31 м имеют высоту йр = 0,3 и 0,45 м и массу 2,85 и 5;43 т. Связь
между отдельными блоками устраивается так же, как в конструк-
циях автотранспортных тоннелей.
Пешеходные тоннели шириной в свету менее 3 м, предназначен-
ные для пропуска малоинтенсивных пешеходных потоков, могут
быть выполнены из вибропрокатных панелей шириной 2,38, длиной
2,46, высотой 32 м и массой 8,85 т. Все четыре плиты соединяются
стальными накладками, образуя геометрически изменяемую четы-
рехшарнирную раму, которая может работать на внешние нагруз-
ки только совместно с окружающим грунтом.
Двухпролетные пешеходные тоннели состоят из двух отсеков
ПО
Рис. IV.8. Конструкции однопролетного (а) и двухпролетного (б) пешеходных тоннелей из
сборных железобетонных элементов
/ — стеновой блок: 2 — блок перекрытия; 3 — лотковый блок; 4 — покрытие пола; 5 ~ гидро*
изоляция; 6 — подколойник; 7 — колонна; 8 — прогой
Рис. IV.9. Крупноблочные конструкции пешеходных тоннелей
ст — из трех типов блоков; б, в — из двух типов блоков; г, д — из одного типа блоков; 1
блок перекрытия; 2 — стеновой блок; 3 — лотковый блок; 4 — отверстия для тяжей; 5 —
верхний блок; 6 — нижний блок; 7 — цельная секция
шириной по 4, 6 м и более, разделенных рядом колонн, располага-
емых через 3 м по оси тоннеля (рис. IV.8, б). Колонны прямо-
угольного поперечного сечения (размерами 30X30, 40X40, ЗОХ
\40 см и массой 0,8—1 т) опираются на подколенники и несут про-
дольный прогон прямоугольного или таврового сечения.
111
Блоки перекрытия могут быть П- или Т-образного сечения, а
если пролеты отсеков пешеходных тоннелей не превышают 3—4 м,
их выполняют из облегченных плит с овальными или круглыми
пустотами. Возможно также применение неразрезных блоков, пе-
рекрывающих оба пролета тоннеля и опирающихся на .боковые
стены и прогон или разделительную стенку.
Дальнейшее совершенствование сборных конструкций пешеход-
ных тоннелей во многом связано с уменьшением количества типов
блоков и укрупнением последних. В качестве примера однопролет-
ной конструкции можно привести обделку пешеходного тоннеля
шириной в свету 10 м (рис. IV.9, а).
Стеновые блоки выполнены заодно с уширенными фундамент-
ными блоками; они имеют jL-образную форму и массу 4 т. Блоки
перекрытия представляют собой железобетонные плиты прямо-
угольного поперечного сечения с преднапряженной арматурой.
Длина плиты 11,4, ширина 2 м, масса 22 т. Опирают блоки пере-
крытия на стеновые блоки через неопреновые прокладки. Для по-
вышения плотности поперечных стыков конструкции вдоль оси тон-
неля обжимают путем натяжения арматурных стержней, пропу-
щенных через отверстия в блоках.
Находят применение конструкции однопролетных тоннелей, со-
стоящие из верхнего П-образного блока, опирающегося ;на пло-
ский лотковый элемент (рис. IV.9, б). Используют также конст-
рукции пешеходных тоннелей из Ц-образных блоков, на которые
опирают блоки перекрытия (рис. IV-9, в). Пешеходные тоннели мо-
гут быть выполнены и из двух П-образных железобетонных блоков,
установленных один на другой (рис. IV.9, г).
Стык верхних и нижних блоков устраивают путем сварки вы-
пусков арматуры с последующим обетонированием или при помо-
щи стержневых фиксаторов, помещенных в цилиндрические пазы,
предусмотренные по торцам верхнего и нижнего блоков, с инъеци-
рованием образующейся полости цементным раствором. Основным
недостатком конструкции из Ц- и П-образных блоков является
большая протяженность продольных швов.
В наибольшей степени требованиям индустриализации строи-
тельства отвечают цельносекционные обделки пешеходных тонне-
лей, состоящие из отдельных пространственных элементов замкну-
той конструкции. Их выполняют из обычного железобетона пря-
моугольного, сводчатого или кругового очертания длиной до 2—
3 м и массой 8—10 т и более.
На рис. IV.9, д показана конструкция крупноблочной цельно-
секционной обделки пешеходного тоннеля шириной в свету 6 м.
Такие секции длиной 1,5 м и массой около 17 т могут иметь пря-
моугольное или ребристое перекрытие. На одном из торцов каж-
дой секции предусмотрена чеканочная канавка сечением 20У
Х50 мм.
Цельносекционные конструкции имеют заводскую гидроизоля-
цию, и поэтому на месте работ производят только герметизацию сты-
112
Вариант
Рис. IV.10. Конструкции стыков цельиосекционных обделок
а. б —с болтовыми связями; в — с замоноличенными стыками; г, д — с монтажными тяжа-
ми; 1 — монтажные уголки с отверстиями для болтов; 2 — закладные пластины с анкерами;
3 — болты; 4 — выпуски арматуры; 5 — отверстия для тяжей
ков между секциями. Длина секции вдоль оси тоннеля ограничи-
вается массой элемента, которая в свою очередь определяется гру-
зоподъемностью имеющегося в наличии транспортного и монтаж-
ного оборудования.
Отдельные секции тоннельной обделки стыкуют между собой
при помощи сварки арматурных выпусков, скреплением на болтах
закладных деталей в пазах по торцам блоков или соединением
и обжатием продольной преднапряженной арматуры. В некоторых
случаях смежные секции соединяют при помощи клеев или компа-
ундов на основе синтетических смол. Секции возможно соединять
на болтах, устанавливая их в отверстия в уголках, приваренных к
закладным деталям на внутренней поверхности стен (рис. IV.10, а).
Для устройства болтовых соединений в днище и ригеле секций по
торцам могут быть сделаны местные углубления, в которых закреп-
ляют накладки с отверстиями для болтов (рис. IV. 10, б). После
постановки болтов углубления обетонируют. Для выпусков арма-
туры в углах секций могут быть сделаны углубления по всей вы-
соте, которые после сварки выпусков заполняют бетоном (рис.
IV. 10, в). Стыки со сваркой выпусков арматуры, а также стыки
на болтах необходимо омоноличивать, что довольно трудоемко.
Более технологичными являются стыки, позволяющие стяги-
вать секции стальными стержнями, пропущенными через отверстия
в секциях. Тяжи чаще всего располагают по углам секций, что со-
пряжено с необходимостью устройства отверстий в несущих кон-
струкциях, с нарушением их целостности (рис. IV. 10,г). Поэтому
иногда для пропуска тяжей на наружной поверхности стен секций
устраивают консольные выступы с отверстиями (рис. IV. 10, д).
ИЗ
При этом конструкция секций не ослабляется, но осложняется
процесс изготовления и гидроизоляции элементов тоннеля.
На криволинейных участках тоннеля применяют трапециевид-
ные в плане секции или между прямыми секциями укладывают ко-
нические железобетонные вкладыши.
Конструкции тоннелей из цельных секций имеют преимущества
по сравнению с конструкциями тоннелей, выполненными из блоков.
Секции характеризуются повышенной трещиностойкостью и во-
донепроницаемостью; применение их позволяет сократить расход
бетонной смеси и арматурной стали, упрощает устройство гидроизо-
ляции и обеспечивает снижение трудоемкости строительно-монтаж-
ных работ.
Наряду со сборными применяют монолитные и комбинирован-
ные сборно-монолитные конструкции пешеходных тоннелей, анало-
гичные конструкциям автотранспортных тоннелей и отличающиеся
в основном размерами поперечного сечения. Рассмотренные выше
железобетонные элементы применяют и при строительстве пешеход-
ных распределительных залов одно- или многопролетной конст-
рукции.
Конструкции пешеходных тоннелей могут быть выполнены и
из стальных элементов. Так, при строительстве тоннелей в откры-
тых котлованах со шпунтовым ограждением стальной шпунт ис-
пользуют в качестве постоянной конструкции стен и опирают
на него готовые элементы двускатного профиля и сводчатого по-
перечного сечения, изготовленные из литой стали (рис. IV. 11, а).
Стыки между блоками перекрытия и между шпунтом и блоками
перекрытия сваривают. Такие конструкции пролетом до 12—16 м
могут быть быстро и легко смонтированы, поскольку масса блоков
перекрытия не превышает 1 т.
При строительстве пешеходных тоннелей под насыпями исполь-
зуют конструкции замкнутого сводчатого очертания из гофрирован-
ных высокопрочных стальных звеньев (рис. IV. 11, б). Собранные
из отдельных листов звенья тоннеля пролетом 4—8 и высотой 2,5—
5,5 м соединяют между собой внахлестку при помощи сварки или
па болтах. Такие конструкции устанавливают непосредственно на
грунт или на заранее устроенный бетонный или железобетонный
фундамент, закрепляя их анкерными болтами. В некоторых слу-
чаях для придания конструкции тоннеля повышенной продольной
жесткости устраивают сплошные рандбалки из монолитного или
сборного железобетона. Их располагают вдоль оси тоннеля на раз-
ной высоте и соединяют со звеньями обделки на болтах. Конструк-
ции из гофрированного металла с противокоррозионным покрытием
характеризуются высокой прочностью, легкостью и долговечностью,
не требуют создания специальной гидроизоляции.
Конструкции подземных автостоянок, гаражей и комплексов
многоцелевого назначения проектируют в соответствия с их объ-
емно-планировочными схемами, учитывая при этом инженерно-
геологические условия и технологию производства работ. При
строительстве таких сооружений открытым способом подземные кон-
114
Рис. 1V.11. Конструкции пешеходных тоннелей нз стальных элементов (а—в)
1 — элементы перекрытия; 2 — стальиой шпунт; 3 —лоток; 4 — гофрированные звенья; 5 •—
рандбалки; .6 — фундамент
струкции выполняют в виде одно- или многоярусных, одно- или
многопролетных рамных систем. Их возводят из монолитного или
сборного железобетона, а также комбинированными сборно-моно-
литными. В отдельных случаях возможно применение стальных и
сталежелсзобетонных элементов.
Подземные автостоянки и гаражи линейного типа шириной до
15—18 м проектируют, как правило, однопролетными без проме-
жуточных опор-стоек. Конструкции их состоят из лотковой части,
фундаментов, наружных стен, верхнего и междуярусных перекры-
115
Рис. IV.12. Конструкции подземных гаражей
а — однопролетная; б — двухпролетная; 1 — стеновой блок; 2 — верхнее перекрытие; 3 —
междуярусное перекрытие; 4—-лоток; 5 — фундамент; 6 — гидроизоляция; 7 — траншейная
стена; 8 — колонны
Рис. IV.13. Конструкция одноярусного мио-
гопролетного подземного гаража с зак-
рытой въездной рампой
1 — блоки перекрытия; 2 — прогоны; 3 —
колонны; 4 — стеновые блоки; 5 — фунда-
ментные блоки; 6 — лоток; 7 — проезжая
часть; 8 — монолитная обвязка
тий (рис. IV. 12, а). Подземные гаражи и комплексы зального типа
шириной более 18—25 м выполняют двух- или многопролетными.
В этом случае несущие конструкции помимо лотков, фундаментов
и стен включают и каркасно-ригельную систему, состоящую из од-
ного или нескольких рядов колонн, на которые опираются продоль-
ные прогоны-ригели, а по ним укладывают блоки перекрытия
(рис. IV.12, б).
При проектировании несущей каркасно-ригельной системы га-
ража важно установить оптимальное расстояние между колоннами.
Расстояния между осями колонн вдоль полосы стоянок принимают
кратными ширине одного стояночного места, которая в зависимо-
сти от схемы расстановки и типа автомобилей составляет 2—2,5 м.
Шаг колонн в поперечном направлении обычно назначают с уче-
том длины стояночного места и ширины проезда. При строительстве
116
встроенных и пристроенных подземных автостоянок и гаражей
шаг колонн должен быть увязан с шагом колонн наземных зданий
и сооружений.
Обычно сетку колонн в подземных автостоянках и гаражах при-
нимают 6X6, 9X6 м (рис. IV.13) и реже 18X6 м. При этом ис-
пользуют унифицированные сборные элементы фундаментов,
стен, перекрытий, колонн и прогонов. Размеры несущих элементов
рамных конструкций подземных сооружений прямоугольной в пла-
не формы зависят от габаритов внутренних помещений и назна-
чаются так же, как при проектировании конструкций автотранс-
портных и пешеходных тоннелей, а также зданий и сооружений в
промышленном и гражданском строительстве. В зависимости от
свойств грунтов устраивают различные типы фундаментов из мо-
нолитного или сборного железобетона: ленточные, столбчатые,
плитные или свайные из забивных или буровых свай.
Опирающиеся на фундамент наружные стены подземных га-
ражей и комплексов выполняют чаще всего в виде несущих и ог-
раждающих конструкций, воспринимающих боковое давление грун-
та и нагрузку от верхнего и междуярусного перекрытий. Несущие
стены возводят из монолитного или сборного железобетона тол-
щиной 40—60 см.
При сооружении подземных конструкций в открытых котлова-
нах чаще всего применяют сборные железобетонные конструкции
стен из отдельных блоков или панелей, монтируемых снизу вверх
одновременно с внутренним каркасом гаража. Соединяют их по
высоте сваркой закладных деталей или выпусков арматуры с
последующим омоноличиванием швов бетоном. Такие стеновые
блоки и панели должны иметь выступы или пазы для опирания на
них блоков перекрытия и ригелей. По мере углубления боковое
давление грунта на стены подземного сооружения возрастает,
поэтому стеновые блоки и панели имеют различную толщину. В
некоторых случаях стеновые блоки могут служить только в каче-
стве ограждающей конструкции, передающей нагрузки от боко-
вого давления грунта на каркасно-ригельную систему. При этом
основные несущие конструкции выполнены в виде системы стоек,
опирающихся на фундамент и связанных в продольном и попе-
речном направлениях ригелями и рандбалками. Пространство
между соседними стойками (по ширине) и между рандбалками (по
высоте) заполняют навесными панелями.
В практике подземного строительства получили распростране-
ние траншейные стены из монолитного или сборного железобе-
тона. Такие стены толщиной 30—80 см и глубиной до 25—30 м
возводят в траншеях, закрепленных глинистым раствором, а за-
тем по мере разработки грунтового ядра раскрепляют между-
ярусными перекрытиями или наклонными грунтовыми анкерами
(см. гл. VII, § 23).
Железобетонные колонны выполняют прямоугольного, полиго-
нального, кругового или эллиптического поперечного сечения,
размеры которого могут быть постоянными или переменными по
117
Рис. IV.14. Конструкция многоярусного
подземного комплекса прямоугольной (а)
н круговой (б) формы в плане
1 — верхнее перекрытие; 2 — траншейные
стены; ’> ~ обычные колонны; 4 — сквоз-
ные колонны; 5 — фундаменты; 6 — меж-
дуярусьые перекрытия; 7 — ригель
Рис. IV.15. Конструкции рамп из монолит-
ного железобетона с консольными стенка-
ми (а, б. е. ж), с распорками (в), с ан-
керами (г, з) и с разгружающими консоль-
ными плитами (д)
1 — рама; 2 — проЛжая часть; 3 — гидро-
изоляция; 2 — контрофорсы, 5 — пояс; 6 —
распорка; 7 — анкер; 8 — разгружающая
консольная плита
до 20000
л	В	.В ,
118
высоте. Колонны могут иметь консольные выступы для опирания
на них ригелей или уширения — капители для опирания плитного
безбалочного перекрытия.
По высоте подземного сооружения колонны соединяются меж-
ду собой путем сварки стальных оголовников, прикрепленных к
рабочей арматуре колонн. Стальные колонны могут быть сплошно-
го или составного (решетчатого) поперечного сечения из сварен-
ных между собой листов или прокатных профилей. Как железобе-
тонные, так и стальные колонны могут быть выполнены сквозны-
ми в виде отдельных буронабивных или буровых свай (рис.
IV. 14,а). Для этого с поверхности земли до низа подземного со-
оружения пробуривают скважины диаметром 50—75 см, заполняя
их бетоном или опуская в них железобетонные или стальные бал-
ки. После разработки грунта в котловане возводят междуярусные
перекрытия, опирая их на заранее устроенные сквозные колонны.
Перекрытия подземных гаражей и комплексов чаще всего
выполняют из монолитного или сборного железобетона. Конст-
рукции перекрытия аналогичны применяемым при строительстве
автотранспортных и пешеходных тоннелей. В основном использу-
ют ребристые, реже безбалочные перекрытия из монолитного
или сборного железобетона, причем в подземных гаражах и
комплексах кругового очертания в плане блоки перекрытия вы-
полняют трапецеидальной формы, опирая их на кольцевые риге-
ли и колонны (рис. IV. 14,6). Если пролеты перекрытия превы-
шают 12—15 м, используют предварительно напряженные желе-
зобетонные блоки, а при пролетах более 25—ВО м может ока-
заться целесообразным применение железобетонных или метал-
лических ферм, а также сводчатого перекрытия.
Сводчатые перекрытия устраивают из монолитного или сбор-
ного железобетона и опирают на вертикальные стены или на
массивные фундаменты по типу односводчатых станций метропо-
литена. При пролете свода А=18—20 м толщина его в замке
должна быть не менее 0,5—0,6 м, а в пятах — около 1 —1,2 м.
Рампы, лестничные, пандусные и эксалаторные сходы.
Въездные и выездные участки городских автотранспортных тон-
нелей, подземных автомагистралей, подводных тоннелей, авто-
стоянок, гаражей и комплексов, сопрягающие закрытую подзем-
ную часть с наземными магистралями, выполняют в виде от-
крытых выемок. В тех случаях, когда территория над подзем-
ным сооружением достаточно свободна, возможно устройство
открытых выемок с естественными откосами, покрытыми в летнее
время травяным газоном.
В большинстве случаев городские подземные транспортные
сооружения располагаются на густозастроенной территории, в
связи с чем на рамповых участках требуется устройство несу-
щей ограждающей конструкции. Она представляет собой жест-
кую раму незамкнутую сверху прямоугольного профиля и
переменной высоты. Стены рампы могут закреплять откосы вы-
119
емки на всю высоту или только в нижней их части с устрой-
ством в верхней части естественных откосов.
В зависимости от градостроительных и инженерно-геологи-
ческих условий встречаются различные конструкции рамп из мо-
нолитного или сборного железобетона, а также комбинирован-
ные сборно-монолитные. Применение монолитного железобетона
в ряде случаев может оказаться более целесообразным, чем
сборного, что связано с необходимостью непрерывного изменения
высоты стен рампы. Конструкции из монолитного железобетона
имеют ц-образное сечение и состоят из боковых стен переменной
толщины, переходящих внизу в лотковую плиту (рис. IV. 15, а).
Такая конструкция является наиболее простой и применяется
при глубине рампы (Н) до 3—4 м.
При большей глубине труднее обеспечить устойчивость бо-
ковых стен, воспринимающих горизонтальное давление грунта.
В этом случае устраивают консольный выступ лотковой части в
сторону грунта для противодействия опрокидывающему моменту
и промежуточные ребра жесткости — контрфорсы, располагаемые
через /0 = 2—4 м вдоль рампы (рис. IV. 15,6). При этом значи-
тельно повышается жесткость конструкции и стены могут быть
облегчены. С этой же целью возможно устройство по высоте
стен разгружающих консольных плит (рис. IV. 15,6). Если высота
стен превышает 8—10 м, применяют горизонтальные распорки,
которые устанавливают над габаритом приближения конструк-
ции (рис. IV. 15, в). Для равномерной передачи усилий распорки
должны упираться в сплошные пояса — монолитную железобе-
тонную обвязку, устраиваемую по стенам вдоль рампы. Однако
при строительстве четырех- или шестиполосных тоннелей, шири-
на которых превышает 20—25 м, распорки получаются тяже-
лыми. Поэтому для рамповых участков таких тоннелей более
рациональным может оказаться применение грунтовых анкеров
(рис. IV. 15, г).
При устройстве рамповых конструкций в водонасыщенных
груш ах обеспечивают их устойчивость против всплытия, что дости-
гается утяжелением конструкции за счет увеличения толщин стен
и лотка (рис. IV. 15, е) или укладки балластного пригруза на
лотковую плиту, которую в этом случае целесообразно делать
криволинейной, чтобы не увеличивать высоту стен (рис. IV. 15, ж).
Наиболее эффективное средство против всплытия рамповых
конструкций — это заанкеривание их в грунт (рис. IV. 15, з).
Для этого используют специальные грунтовые анкеры, набивные
бетонные пли стальные винтовые сваи и т. п. Применение этого
способа позволяет значительно облегчить несущую конструкцию
рампы и вместо массивных использовать тонкостенные ребристые
конструкции.
Сборные железобетонные конструкции рамп собирают из от-
дельных элементов но типу тех, которые применяют при строи-
зельстве закрытых участков автотранспортных тоннелей мелкого
заложения. Для обеспечения требуемого продольного уклона
120
Рис. IV.16. Конструкция рампы из сборного железобетона
/ — стеновой блок; 2 — проезжая часть; 3 — парапет; “/ — гидроизоляция; 5 —гранитная об-
лицовка; 5 — портал; 7 — фундаментный блок; 8 — лотковый блок; 9 — монолитная обвязка
Рис. IV.17. Конструкции лестничных сходов (а. в) и типы лестничных маршей (б)
Z — стеновон блок: 2— лестничная площадка; 3 — поручень; 4 — косоур; 5 — парапет; 6~
блок перекрытия; 7 — лотковый блок; 8 — гидроизоляция; 9 — наземный павильон; 10— гра-
нитные ступени; 11 — Иодстуненкп; /2— проступи
рампу разбивают на отдельные секции длиной /С=Ю—20 м, в
пределах каждой из которых устанавливают стеновые блоки
одинаковой высоты (рис. IV. 16). Нижние части секций устанав-
ливают с уступами 0,5 м.
5 Зак. ] 04
Конструкция рампы состоит из стеновых блоков, заделанных
в фундаментные блоки, между которыми укладывают сплошные
лотковые плиты или распорки. В сооответствии с разбивкой рам-
повой конструкции на отдельные секции стеновые блоки имеют
различную высоту Но — от 2,5 до 8 м через 0,5 м. При этом ши-
рина Ьо блоков высотой 2,5—5 м — 2,48 м, а высотой 5,5—8 м —
123 м. Толщина стен в верхней части составляет 0,15—0,2 м и увели-
чивается к заделке до 0,3—0,6 м. При этом масса стеновых блоков
изменяется от 4 до 10 т. В верхней части стеновых блоков предусмот-
рены выпуски арматуры. Фундаментные и лотковые блоки имеют та-
кую же конструкцию, как на закрытой части транспортных тон-
нелей. Габаритные размеры всех блоков увязаны между собой,
что позволяет создавать отдельные секции рампы длиной 1,25
или 2,5 м (с учетом стыков между блоками).
На начальном участке рампы при высоте стен менее 2,5 м
применяют несколько видоизмененную конструкцию. Стеновые
блоки длиной 2,48 м опирают на ленточный фундамент ,из моно-
литного бетона, имеющий развитый консольный выступ в сторо-
ну грунта. На этом участке лотковые блоки и распорки не ставят.
Все блоки, образующие рамповую конструкцию, соединяют
между собой. Для объединения стеновых блоков по длине рампы
по их торцовым поверхностям устраивают полуцилиндрические
пазы, заполняемые после монтажа цементным раствором. В
верхней частя вдоль стеновых панелей по всей длине рампы
устраивают монолитную железобетонную обвязку высотой 60—
75 см, которая, объединяя панели между собой, служит для уста-
новки на ней парапета, ограждающего рамповые участки тон-
неля. Для лучшего омоноличивания рамповой конструкции не-
обходимо устраивать перевязку швов фундаментных и стеновых
блоков.
Как монолитные, так и сборные конструкции рамп разделяют
по длине деформационными швами, располагая их друг от друга
на расстоянии не более 40 м. В некоторых случаях рамповые
конструкции делают комбинированными — монолитный железо-
бетонный лоток и сборные стеновые блоки.
Для закрепления верхней части лобового откоса рампы на
крайние блоки перекрытия тоннеля опирают стенку из моно-
литного железобетона, верхняя часть которой образует парапет,
возвышающийся не менее чем на 0,75 м над уровнем проезжей
части магистрали, пересекаемой тоннелем (узел 1, рис. IV.16).
Толщина парапета должна быть не менее 30—35 см. Со сторо-
ны закрытой части тоннеля и сверху парапет облицовывают
гранитными плитами или глазурованной плиткой, а внутреннюю
поверхность окрашивают так же, как стены рампы. В нижней
части парапета устраивают карниз в виде Г-образной железо-
бетонной балки шириной 75 и толщиной 20—25 см.
При строительстве пешеходных, а также транспортных тон-
нелей, по которым предусмотрен пропуск пешеходов, подземных
автостоянок, гаражей и комплексов для связи подземных уров-
122
ней с поверхностью земли предусматривают входы и выходы.
Лестничные сходы пешеходных тоннелей могут быть одно-
или двухмаршевыми и собираются внутри прямоугольного короба,
состоящего из стеновых и лотковых блоков, объединенных между
собой сваркой выпусков арматуры и омоноличиванием зазоров
бетоном (рис. IV. 17, а).
Стеновые блоки имеют конструкцию, аналогичную блокам
пешеходных тоннелей, и снабжены в нижней части консольным
выступом для опирания на грунт. При высоте стеновых блоков
4,2 м и толщине 20 см масса их составляет 3,4 т.
Сопряжение наружного короба с пешеходным тоннелем
производят по-разному в зависимости от планировочной схемы
входов и примыкания их к тоннелю (вдоль, перпендикулярно
или под углом) и выполняют чаще всего из монолитного желе-
зобетона. Внутри короба бетонируют лестничные марши или
монтируют их из сборных косоуров, площадок, подступенков
и ступеней.
В большинстве случаев применяют сборные железобетонные
косоуры в виде балок прямоугольного поперечного сечения, верх-
няя поверхность которых может быть гладкой или уступчатой
для установки проступей и подступенков (рис. IV. 17,6).
Косоуры располагают на расстоянии 1—2 м друг от друга
с наклоном, соответствующим уклону лестницы. Ступени, под-
ступенки и проступи выполняют из железобетона или гранита,
что повышает долговечность лестничных маршей.
При строительстве пешеходных тоннелей в нашей стране при-
меняют типовые железобетонные косоуры массой 1,1 —1,8 т,
перекрывающие пролет ~4—5 м. На них опирают гранитные
подступенки Г-образной формы длиной 1,5—2 м, шириной 12 см,
толщиной 7 см и массой 63—96 кг. На подступенки укладывают
гранитные проступи шириной 32—34 см и толщиной 3—4 см.
Такую конструкцию лестничных маршей довольно трудно соби-
рать, п, несмотря на заделку швов цементным раствором, оста-
ются щели, по которым вода может проникать в подлестничные
помещения.
Более простой и надежной является конструкция лестничных
маршей из пустотных железобетонных плит, на которых закреп-
ляют гранитные ступени треугольного поперечного сечения.
Ступени укладывают на слой бетона, а швы между ними запол-
няют цементным раствором.
Наиболее индустриальной является конструкция косоуров
из железобетонных балок, на которые в заводских условиях
укладывают гранитные проступи толщиной 8 см. Таким образом
создаются готовые лестничные марши шириной 1 м и массой
около 4 т.
Для устройства двухмаршевых лестниц используют два типа
косоуров — верхний и нижний. Нижние косоуры опирают на
лотковые блоки, а верхние — на консольный выступ из моно-
литного железобетона, устроенный па торцовой стенке короба.
Зак. 104
123
Рис. IV.18. Конструкции пандусно-
го (а) и эскалаторного (б) сходов
1 — стеновой блок; 2 — блок пере-
крытия; 3 — парапет; 4 — лотковый
блок; 5 — фундаментный блок: 6 —
поручень; 7 — павильон; 8 — при-
вод; 9 — металлическая ферма
На уровне разделительной площадки косоуры могут опираться на
П-образный железобетонный блок, на Т-образные стойки или на
прямоугольные бетонные блоки.
В настоящее время подлестничные помещения устраивают
только в том месте, где располагается насосная камера. При
отсутствии подлестничных помещений конструкции лестничных
маршей в виде железобетонных плит без косоуров укладывают
на грунт по бетонной подготовке (рис. IV. 17,в).
Пандусные сходы могут быть выполнены из монолитного'
железобетона пли из сборных железобетонных стеновых блоков
(с консольной пятой) переменной высоты, так же как на рампо-
вых участках транспортных тоннелей. Между стеновыми блока-
ми могут быть уложены лотковые плиты или балочные распорки,
а поверху устроена монолитная железобетонная обвязка
(рис. IV. 18,а).
Эскалаторы, предназначенные для выхода людей из тоннелей
и подземных сооружений мелкого заложения, монтируют так
же, как и лестничные марши, внутри железобетонного короба,
в верхней части которого устроено машинное помещение, а в
нижней — натяжная камера (рис. IV. 18,6).
124
Если глубина заложения пола тоннеля не превышает 6 м,
могут применяться эскалаторы облегченной конструкции, не тре-
бующие специальных помещений для приводных и натяжных
устройств.
Открытые сверху лестничные, пандусные и эскалаторные сходы
должны иметь ограждения в виде парапетов из железобетонных
блоков, высота которых должна быть не менее 70 см от уровня
тротуара. Располагаемые над сходами павильоны возводят из
тонкостенных железобетонных, стальных или алюминиевых эле-
ментов, образующих жесткий каркас. Для улучшения условий
видимости Каракас заполняют крупноразмерными стеклянными
панелями.
§ 13. КОНСТРУКЦИИ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ,
ВОЗВОДИМЫХ ОПУСКНЫМ СПОСОБОМ
Опускные колодцы и кессоны. При строительстве городских
подземных транспортных сооружений находит применение способ
опускных колодцев и кессонов (см. гл. VII, § 24). В виде опуск-
ных колодцев или кессонов могут быть выполнены подземные ав-
тостоянки, гаражи и многоярусные комплексы, отдельные участ-
ки автотранспортных (подземных и подводных) тоннелей, а так-
же шахтные стоволы, вентиляционные, дренажные, монтажные
и демонтажные щитовые камеры, сходы в пешеходные тон-
нели и пр.
Опускные колодцы и кессоны могут иметь различные конст-
рукции в зависимости от назначения и места расположения под-
земного сооружения, формы и размеров поперечного сечения.
Опускные колодцы представляют собой железобетонную обо-
лочку кругового, прямоугольного или овоидального сечения в
соответствии с планировочной схемой подземного сооружения.
Наиболее распространенной формой поперечного сечения опуск-
ных колодцев является круговая. Такая форма обеспечивает ра-
циональную статическую работу конструкции на внешние нагруз-
ки и улучшает условия опускания.
В продольном разрезе колодцы могут быть выполнены в ви-
де прямоугольного цилиндра со стенками постоянной толщины
или иметь коническую или ступенчатую форму с утолщением
стен к низу. При этом внутреннюю поверхность стен делают
вертикальной.
Размеры поперечного сечения опускных колодцев определя-
ются главным образом назначением подземного сооружения.
Так, опускные колодцы шахтных стволов обычно имеют внутрен-
ние диамерты £>Вн = 4—10 м, а колодцы, применяемые при воз-
ведении многоярусных подземных гаражей и комплексов, могут
иметь диаметры до 50—60 м. Высота (глубина погружения)
колодца Н может изменяться от 5—10 до 30—50 м.
Опускные колодцы выполняют из монолитного или сборного
железобетона или устраивают их комбинированной, сборно-мо-
125
нолитной конструкции. Конструкции опускных колодцев обычно
делают массивными с толщиной стен до 1 —1,5 м и более, что
обусловлено не столько требованиями прочности или жесткости,
сколько условиями опускания — необходимостью иметь достаточ-
ную массу для преодоления сил трения.
Широкое внедрение прогрессивного способа опускания колод-
цев в тиксотропной рубашке позволило во многих случаях отка-
заться от массивных колодцев и перейти к облегченным конструк-
циям— оболочкам, толщина стен которых не превышает 60—80 см.
Оболочки больших диаметров (до 50—60 м) могут быть возведе-
ны из монолитного железобетона, что позволяет легко создать
нужную массу для погружения колодца.
Примером опускного сооружения из монолитного железобетона
может служить подземный гараж в Женеве на 530 автомобилей.
Конструкция его представляет собой цилиндрическую оболочку из
монолитного железобетона толщиной 40 см, диаметром 57,2 и вы-
сотой 28 м .(рис. IV.19). Междуэтажные спиральные перекрытия
вместе с радиально расположенными внутренними стенами обра-
зуют каркас, который возводили после опускания оболочки. В
нижней части оболочки устроено полое ножевое кольцо коничес-
кой формы высотой 3 м с выступом для образования тиксотроп-
ной рубашки. Учитывая возможность значительного облегчения
конструкций при использовании тиксотропной рубашки, целесо-
образно применять сборные железобетонные конструкции оболо-
чек, которые характеризуются высокой степенью индустриальнос-
ти. В нашей стране успешно применяют унифицированные сборные
и сборно-монолитные конструкции опускных колодцев из плоских
железобетонных панелей и пустотных блоков.
Сборные оболочки колодцев диаметром 10—40 м и глубиной
10—30 м могут монтироваться из отдельных крупноразмерных
плоских панелей шириной до 2 м, высотой до 12 м и более и
массой 10—40 т (рис. IV.20,a). В этом случае поперечное сечение
колодца приобретает форму многоугольника, причем при больших
диаметрах такой многоугольник близок к окружности. Панели со-
единяют при помощи петлевых выпусков арматуры (стык Переде-
рия) или с применением стальных накладок, привариваемых к
листам металлоизоляции или закладным элементам.
В зависимости от глубины погружения колодца оболочка мо-
жет собираться по высоте из одного или нескольких ярусов пане-
лей. Длину панелей при глубине погружения колодца менее 15 м
следует принимать равной глубине колодца. В многоярусных кон-
струкциях отдельные ярусы соединяют при помощи сплошной
монолитной обвязки, до бетонирования которой сваривают выпус-
ки арматуры из верхних и нижних панелей. Горизонтальные сты-
ки могут быть устроены также и на болтах. Для объединений па-
нелей и выравнивая их по высоте в верхней части устраивают
сплошной монолитный пояс.
В нашей стране построено несколько объектов с применением
сборных опускных колодцев из плоских железобетонных панелей.
126
?
Рис. IV.19. Конструкция опускного колодца из монолитного железобетона
/ — здания; 2 — междуярусное перекрытие; 3 — оболочка; 4 — нож; 5 — шахта
панель
иииинниннпи,
127
Рис. IV.22. Разновидности ножевых
частей опускных колодцев
1 _ уступ для образования тиксо-
тропной рубашки; 2 — удерживаю-
щая поверхность; 3 — режущая
часть (банкетка)
_ Рис. IV.21. Конструкция опускного
колодца из пустотных блоков
/ — блоки; 2 — шов замоноличива-
нпя; 3 — ножевая часть; 4 — выпус-
ки арматуры; 5 — сварной шов
Так, опускной колодец диаметром £)вн=22 м собирали из панелей
шириной bi= 1,5, толщиной «1 = 0,4, длиной h= 13,2 м и массой
около 28 т. При возведении колодца диаметром 36 м применяли
железобетонные панели шириной 2, толщиной 0,6, длиной 17,5 м
и массой 48 т.
Разработаны сборно-монолитные конструкции оболочек опуск-
ных колодцев диаметром до 50 м, состоящие из монолитного но-
жа толщиной 1 м с внутренними ребрами жесткости высотой
2,45—3,15 м и плоских стеновых панелей размерами 9,65х2,3х
Х0,3 м и массой 16,7 т. Панели заделываются в паз, устроенный
в верхней части ножа, и объединяются между собой многоуголь-
ными монолитными пилястрами, арматурные каркасы которых
связываются с выпусками арматуры ножевой части (рис. IV.20,
б). По верху стен устраивают жесткий обвязочный пояс, в кото-
рый заделывают пилястры.
При опускании колодцев больших диаметров (более 30 м) на
глубину более 20 м применяют сборно-монолитные конструкции
из пустотелых железобетонных блоков, объединенных по верти-
кальным стыкам сваркой арматурных выпусков и обетонировани-
128
ем зазоров. Двухпустотные блоки имеют размеры в плане 3,85X2,
высоту 1,74 м и массу 3—6 т при толщине стен 0,2—0,49 м (рис.
IV.21).
По высоте блоки объединяются между собой на цементном
растворе, а в верхнем сечении колодца устраивают монолитный
железобетонный пояс-обвязку. Для придания оболочке необходи-
мой жесткости монолитные пояса-обвязки устраивают через каж-
дые пять-шесть рядов по высоте. При необходимости увеличения
массы колодца в процессе опускания пустоты в блоках могут быть
заполнены песком, щебнем, бетоном или другими материалами.
Как монолитные, так и сборные железобетонные оболочки колод-
цев в нижней части снабжены ножом из монолитного железобе-
тона. Это придает конструкции колодца необходимую жесткость,
облегчает погружение его в грунт. Конструкция ножевой части
должна обладать повышенной прочностью и распределять нагруз-
ки от массы колодца на грунт, обеспечивая устойчивость всего со-
оружения. Ножевую часть выполняют сплошного или ребристого
(пустотного) сечения высотой 2—3 м (рис. IV.22).
Наружную поверхность ножевой части делают вертикальной
или с небольшим наклоном к вертикали (10—15°) и снабжают
выступом шириной 100 мм при Д<15 м и 150 мм при Н15 м
для образования тиксотропной рубашки. Внутреннюю поверхность
ножевой части выполняют наклонной или ломаного очертания.
Угол наклона внутренней грани к вертикали изменяется от 30
до 45° в зависимости от степени плотности грунтов. Чем меньше
величина угла заострения, тем лучше происходит врезание ножа
в грунт, одновременно при уменьшении этого угла понижается
жесткость конструкции. Нижнюю режущую кромку ножа — бан-
кетку— шириной до 50 см покрывают уголками, швеллерами
или стальными листами. Она может быть горизонтальной или
наклонной (50—60°) и должна обеспечивать надежное опирание
оболочки на грунт.
В стенках колодца должны быть предусмотрены пазы или кон-
сольные выступы для опирания междуярусных перекрытий и дни-
ща, а также закладные детали для крепления инъекторов и ман-
жет.
Днище опускных колодцев выполняют обычно в виде сплош-
ной плоской плиты из монолитного железобетона. В случае не-
обходимости .в днище должны быть предусмотрены гнезда для
установки сборных железобетонных колонн и закладные детали
для стен и перегородок.
При необходимости опускания подземных сооружений в слабых
водонасыщенных грунтах с крупными каменистыми включениями
опускные колодцы снабжают в нижней части рабочими камерами,
превращая их в опускные кессоны (рис. IV.23,a). Очертание и раз-
меры рабочей камеры в плане соответствуют конфигурации и раз-
мерам колодца. Высоту камеры (/гк) делают не менее 2,2—2,5 м
из условия возможности работы в ней людей и размещения зем-
леройного оборудования. Конструкцию кессонной камеры выпол-
129
Рис. IV. 23. Конструкция опускного колодца-кессона (а) и секции тоннеля-кессона (б)
1 — колодец; 2 — шлюзовой аппарат; 3 — шахтная труба; 4 — потолок кессона; 5 — кессон-
ная камера; 6 — торцовая диафрагма ।
Рис. IV.24. Конструкции тоннельных секций кругового (а—в) и бинокулярного (г) попереч-
ного сечения
1— стальная оболочка; 2 — бетонная обойма; 3— железобетонная обделка; 4 — приточный
вентиляционный канал; 5 — вытяжной вентиляционный канал; 6 — торцовая диафрагма,
7 — контрфорсы; 8— проезжая часть
няют, как правило, из монолитного железобетона и отделяют от
остальной части колодца воздухонепроницаемым потолком, кото-
торый чаще всего имеет сплошное сечение. Однако при больших
размерах опускного сооружения в плане перекрытие делают реб-
ристым или пустотелым. Толщина потолка (бп) изменяется от
130
0,5 до 1 м. В потолке кессона устраивают отверстие для пропуска
шахты, через которую в рабочую камеру входят люди, подается
материал и выдается разработанный грунт. После опускания
кессона на проектную отметку рабочую камеру забучивают и
заполняют бетоном.
Наряду с опускными колодцами-кессонами применяет так на-
зываемые тоннели-кессоны в виде отдельных готовых секций, име-
ющих внизу рабочую камеру (рис. IV.23,б). Наружное очертание
кессонов-тоннелей может быть прямоугольным или сводчатым,
а внутреннее — прямоугольным, сводчатым или круговьц. В боль-
шинстве случаев применяют сводчатые конструкции, которые луч-
ше, чем прямоугольные, работают на восприятие внешние нагрузок,
что весьма существенно, так как кессоны-тоннели погру^кают на
глубину до 35—40 м от поверхности земли, где они подвергаются
действию значительных нагрузок. Длину секции назначает, исхо-
дя из требуемой пространственной жесткости конструкция. Обыч-
но длина секции в 4—5 раз превышает ее пролет и составляет для
двухполосных автодорожных тоннелей до 40—50 м.
Конструкции секций тоннелей-кессонов выполняют ы монолит-
ного железобетона с гибкой или жесткой арматурой. Тодцдину сво-
да и стен в зависимости от пролета секции и величин внешних
нагрузок принимают 40—60 см. По торцам каждой секции устра-
ивают временные водонепроницаемые перегородки—щ^фрагмы
из железобетона или стали и предусматривают необходимые ус-
тройства для соединения соседних секций между собой или с
участком готового тоннеля.
Опускные секции подводных тоннелей. При строительстве го-
родских подводных тоннелей широкое распространенно получил
способ опускных секций (см. гл. VIII, § 25). В зависимости от
назначения тоннеля, интенсивности движения по нему, щ^кенерно-
геологических условий, возможностей изготовления сещ^тй, ус-
тойчивости основания и других факторов тоннельные секции
могут быть кругового, бинокулярного, прямоугольного, сводча-
того, полигонального или эллиптического поперечною сечения..
Секции кругового поперечного сечения диаметроц 10—11 м
применяют при строительстве двухполосных автотранспортных
или пешеходных тоннелей (рис. IV.24,a—в). Для создания че-
тырехполосного тоннеля возможно использование секций биноку-
лярного сечения из двух спаренных круговых оболочек, объеди-
ненных в общую конструкцию (рис. IV.24,а). Такяе секции,
наружное очертание которых близко к эллиптическом^, имеют
ширину 20—22 и высоту 11 —12 м.
Прямоугольные секции двух- и четырехполосных автотран-
спортных тоннелей имеют ширину до 12 м и до 22 у сравни-
тельно небольшую высоту (рис. IV.25,a). Возможно та^<же при-
менение прямоугольных тоннельных секций двухъярусных рсонструк-
нпй (рис. IV.25,6). При необходимости пропуска по тоннелю
шести- или восьмиполосного автодвижения применяют шинельные
секции шириной до 45—50 м (рис. IV.25,e,a). Высота прямо-
131
Рис. IV.25. Конструкции тоннельных секций прямоугольного поперечного сечеиия из обыч-
ного (а—в) и предварительно напряженного (г) железобетона
/ — отсек для автодвижения; 2 — железобетонная обделка; 3 — металлоизоляция; 4 — отсек
для поездов метрополитена; 5 — отсек для железнодорожного движения; 6 — оклеечная
изоляция; 7 — предварительно напряженная арматура; 8 — временные распорки
угольных секций, как правило, меньше, чем круговых, и зависит
от расположения вентиляционных каналов. В большинстве слу-
чаев вентиляционные каналы в прямоугольных секциях устраи-
вают сбоку от проезжей части, а высота таких секций не превыша-
ет 8—8,5 м.
При определении длины тоннельной секции учитывают ряд
факторов: количество стыков, место изготовления, условия
транспортирования и опускания, которые в свою очередь зависят
от глубины и ширины водного препятствия, высоты волны и т. п.
По данным практики, средняя длина тоннельной секции 90—100 м
является оптимальной для ее изготовления и производства работ,
однако имеются и некоторые отклонения в большую и меньшую
стороны в зависимости от конкретных условий. Так, при строи-
тельстве тоннелей применяли секции длиной 114,	132, 140 м, а
также 40, 55 и 60 м.
Если тоннель расположен на прямой в плане и профиле,
132
опускные секции имеют прямолд^йную Ф°РМУ- При расположении
участка подводного тоннеля на к^7ивой в плане и профиле сек-
циям иногда придаю^* криволиве^1ное очертание.
Тоннельные секции выполняют из стали> бетона и железо-
бетона, как правило, монолитно! конструкции. Секции кругового
очертания из монолитного железо^етона представляют собой
сплошную трубу толщиной 50—/о см> снабженную с двух сторон
торцовыми квадратными диафрагм^ами- Для обеспечения устойчи-
вости таких секций до обратно! засыпки на дне траншеи требу-
ется устройство специальных опсрр^ых элементов (см. рис. IV.24,e).
Чаще всего секции кругового внутреннего очертания выпол-
няют комбинированной конструируй: из стальной оболочки толщи-
ной 7—10 мм, внутри которой размещена железобетонная или
бетонная обделка толщиной 40-5 см,„ а п0 наРУжномУ контуру
устроена многоугольная бетонная обойма, покрытая стальными
листами толщиной 5—6 мм. Бею^ная обойма является балла-
стом, обеспечивая необходимую отрицательную плавучесть секции,
и облегчает установку ее на двэ тРаяшеи- Жесткость стальной
оболочки достигается приварков ней стальных диафрагм на
расстоянии 3—4,5 м друг от дуг^а и продольных внешних ребер
между диафрагмами. По торцац
прямоугольными диафрагмами, за
внутренняя стальная оболочка, С7сковными
тоннельных секций является бцр?»шой расход стали
кость их изготовления.
секции снабжены стальными
которые на 1 —1,2 м выступает
недостатками таких
и трудоем-
Секции прямоугольного пои® очного сечения изготовляют
чаще всего целиком из монолит ог° железобетона. В зависимо-
сти от числа отсеков секции мп/т быть как однопролетной, так
и многопролетной рамной консш/кции. Примером однопролетной
конструкции являются опускныг секции Канонерского тоннеля в
Ленинграде (см. рис. IV.25,а). рассчитанные на пропуск двухпо-
лосного автодвижения, они выцд; иены в виде жесткой железобе-
тонной рамной конструкции пприр кой 13,3, высотой 8,05 и длиной
75 м. Толщина лотка, стен вп £Рекрытия по 0,93 м. Сбоку ог
проезжей части расположен слуд^бный тротуар, а рядом с ним
пешеходный отсек шириной 1,5^> в верхней части которого раз-
мещены продольный вентиляции ый и кабельный каналы.
Обычно лоток, стены и пе^рытие секции имеют сплошное
прямоугольное сечение, причемт(^элщину их определяют не толь-
ко по условиям прочности, жест кости и трещиностойкости кон-
струкции, но и с учетом необход T^°r0 Для опускания собственного
веса секции. В местах сопряжеи Я лотка и перекрытия со стена-
ми устраивают мощные вуты. {Ох^можно также применение пере-
крытия ребристой или пустоте;!)^ конструкции. В некоторых
случаях наружные углы прям<фс^->льнь1Х секйий делают скошен-
ными или закругленными, чщ улучшает условия обтекания
секций потоком воды в процесс опускания их в проектное поло-
жение.
При значительных нагрузка; яа тоннель, а также при боль-
133
ших пролетах перекрытия (более 12—15 м) применяют опускные
секции из предварительно напряженного железобетона. При этом
за счет уменьшения толщин лотка, стен и перекрытия сокраща-
ются размеры поперечного сечения секций и уменьшается их мас-
са. Однако при использовании предварительно напряженных же-
лезобетонных элементов труднее преодолевать подъемную силу,
возникающую при установке их в траншею.
При залегании в основании тоннеля плотных, однородных
и непросадочных грунтов конструкции опускных секций выпол-
няют жесткими, состоящими из единого блока или из нескольких
блоков длиной 15—30 м, соединенных сваркой выпусков арма-
туры и обетонированием стыков. Однако, если возможны неравно-
мерные осадки основания, конструкции секций собирают по дли-
не из отдельных объемных блоков длиной 15—30 м, соединенных
между собой при помощи полужестких или гибких стыков. При
использовании полужестких стыков, устроенных путем перекрещи-
вания арматурных выпусков, допускается взаимный поворот смеж-
ных блоков. При гибких стыках, выполненных с применением
упругих прокладок, допускается не только поворот, но и неболь-
шие горизонтальные смещения торцов смежных блоков. Верти-
кальные перемещения недопустимы из-за необходимости обеспе-
чения непрерывности проезжей части.
Секции из блоков- с полужесткими и гибкими стыками для
восприятия внешних нагрузок при их транспортировании и опус-
кании должны быть недеформируемыми. Это достигается примене-
нием продольных тяжей или тросов, пропущенных через отвер-
стия в блоках и натянутых с усилием до 10 тыс. кН (с упором
в торцы секций). После стыкования и обратной засыпки секций
тяжи или тросы снимают, а после стабилизации осадок полуже-
сткие или гибкие стыки могут быть превращены в жесткие.
Для возможности транспортирования по воде и опускания
в подводную траншею прямоугольные тоннельные секции, так же
как круговые, снабжены по торцам временными водонепроницае-
мыми диафрагмами. Их обычно располагают не у самых концов
секций, а на расстоянии от них 1 —1,2 м для образования меж-
стыковой камеры, используемой для соединения секций между
собой (рис. IV.26). В диафрагмах должны быть предусмотрены
отверстия с герметичными люками для устройств, необходимых
при стыковании секций, а в некоторых случаях — шлюзы с затво-
рами для пропуска людей и материалов.
В большинстве прямоугольных тоннельных секций устраивают
железобетонные диафрагмы толщиной 15—20 см, усиленные жест-
кой арматурой из двутавровых балок. Однако устройство торцо-
вых диафрагм из железобетона осложняет работы по их ликви-
дации для образования сквозного сообщения по тоннелю.
Наиболее рациональными являются инвентарные сборно-разбор-
ные металлические диафрагмы, которые могут иметь многократ-
ную оборачиваемость.
Стыки между отдельными секциями должны быть равнопроч-
134
Рис. IV.26. Конструкция стыка опускных секций
/ — тоннельная секция; 2 — торцовая диафрагма; 3 — резиновый уплотнитель; 4 — мягкая
оезина; 5 — твердая резина; б — отверстия для домкратов; 7-—отверстия для пропуска
коммуникаций
ними с любым сечением секции и полностью водонепроницаемыми.
При стыковании секций кругового очертания выпуски стальной
оболочки скрепляют болтами, сваривают изнутри и обетонируют
снаружи. В качестве опалубки используют торцовые диафрагмы
и закрепленные на них сбоку стальные фигурные листы.
Секции прямоугольного очертания соединяют друг с другом
при помощи упругих резиновых прокладок, установленных по пе-
риметру торцовой части секции. В настоящее время созданы мно-
гослойные резиновые прокладки-уплотнители, состоящие из не-
скольких слоев резины с различными упругими свойствами, соеди-
ненных вулканизацией. Прокладки имеют прямоугольное сечение
15X15 или 20x20 см и снабжены фланцами для крепления к
секции. Часть прокладки, обращенная в сторону соседней секции,
выполнена из более мягкой резины и имеет треугольную форму.
В большинстве случаев тоннельные секции опирают на естест-
венное грунтовое основание, несущая способность которого долж-
на быть достаточной для восприятия нагрузки от собственного
веса секции, грунта обратной засыпки и столба воды над тонне-
лем.
Обычно установленные на дно траншеи секции имеют неболь-
шую отрицательную плавучесть и «удельный вес» около
И —12 кН/м3, так что вынутый при разработке траншеи грунт
имеет больший вес, чем тоннельные секции, и напряжения в ос-
новании не превышают бытовых. В некоторых случаях тоннель-
ные секции опирают на свайное основание или на отдельные
опоры из буровых или забивных свай.
135
§ 14. КОНСТРУКЦИИ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ,
ВОЗВОДИМЫХ ЗАКРЫТЫМ СПОСОБОМ
Обделки сводчатого очертания. Конструкции городских
подземных автомагистралей, тоннелей горного типа, а также
подземных автостоянок и гаражей тоннельного типа, сооружае-
мых горным способом, выполняют преимущественно в виде обде-
лок сводчатого очертания. В большинстве случаев такие обделки
возводят из монолитного бетона или набрызг-бетона, придавая
им различные конструктивные формы в зависимости от свойств
и состояния окружающих тоннель грунтов.
На выбор типа тоннельной обделки влияют многочисленные
и трудноучитываемые факторы: прочность грунта, характер и
степень его трещиноватости, условия залегания, обводненность
и др., — различные комбинации которых требуют почти в каждом
конкретном случае индивидуального подхода при проектировании.
Тем не менее при установлении целесообразной области приме-
нения обделок сводчатого очертания возможно в первом прибли-
жении пользоваться классификацией грунтов проф. М. М. Про-
тодьяконова, в основу которой положен коэффициент крепости f
(см. гл. V, § 16).
В грунтах с коэффициентом крепости f = 8—10, когда
вертикальное^давление незначительно, а бокового практически
нет, обделку выполняют в виде пологого свода, опирающегося
на грунт (рис. lV.27,a). Стены выработки делают вертикальными
или с небольшим наклоном к вертикали и не закрепляют несущей
конструкцией, а покрывают облицовочным слоем торкрета или
набрызг-бетона толщиной 3—5 см. Свод может быть постоянной
или переменной жесткости из обычного монолитного бетона или
из набрызг-бетона, а также из набрызг-бетона в сочетании с ан-
керами. Обычно пяты свода наклонены к горизонту под углом
15—20°. Для повышения их устойчивости устраивают выступы —
бермы шириной 0,2—0,3 м.
В менее крепких и трещиноватых грунтах с /=4—8 устраи-
вают обделку, состоящую из свода и стен. При раскрытии выра-
ботки на полный профиль сопряжение свода со стенами делают
плавным, а обделка приобретает вид подъемистого свода. По-
скольку боковое давление незначительно, стены устраивают вер-
тикальными и прямолинейными с некоторым утолщением в ниж-
ней части для лучшего опирания на подошву выработки (рис. IV.
27,6). Между стенами бетонируют плоский лоток, передающий
нагрузки с проезжей части тоннеля на грунт. Обделки в виде
подъемистого свода могут быть выполнены и из набрызг-бетона
постоянной жесткости, усиленного стальной сеткой и анкерами.
Такие обделки образуют вместе с частью грунта жесткий и проч-
ный несущий свод.
В трещиноватых и нарушенных некрепких скальных и полу-
скальных грунтах находит применение комбинированная обделка
системы Бернольда (рис. IV.27,в). Такая обделка, сочетающая в
136
Рис. IV.27. Конструкции монолитных об-
делок сводчатого очертания {а—ж)
/•—облицовка; 2 — монолитный бетон; а —
контур габарита; 4 — проезжая часть; 5 —
гофрированные листы; 6 — анкеры: 7 —
первичная обделка; 8 — вторичная обдел-
ка; 9 — обратный свод
себе функции постоянной, временной крепи и опалубки, состоит
из бетонной оболочки толщиной 10—15 см, слоя набрызг-бетона
толщиной 5—8 см и профилированных гофрированных и перфо-
рированных стальных листов толщиной 1—3 мм. Стальные листы
хорошо сцепляются с бетоном и защищают его от повреждения
во время ведения буровзрывных работ.
При раскрытии выработки по частям, что требуется обычно
в грунтах с коэффициентом крепости f=2—4, обделка может
состоять из пологого свода, опирающегося на вертикальные сте-
ны (рис. IV. 27, г). В этом случае в местах сопряжения свода со
стенами возникает излом оси обделки, что приводит к концентра-
ции напряжений в этих сечениях. Обычно толщину свода и стен
в месте их сопряжения делают одинаковыми. Однако при соору-
жении тоннеля способом опертого свода последний может иметь
уширенную пяту и опираться частично на бетонные стены,
а частично на грунт, что несколько облегчает конструкцию стен
и упрощает их возведение (рис. IV. 27, д).
При строительстве новым австрийским способом тоннелей
в нарушенных скальных и полускальных грунтах возводят двух-
слойную обделку замкнутого очертания (рис. IV. 27, е). Первич-
ная обделка выполняется из набрызг-бетона толщиной 10—20 см
и усиливается стальными арками или анкерами, а вторичная —
из монолитного бетона или набрызг-бетона толщиной 25—35 см.
При этом достигаются наилучшие условия совместной работы об-
делки с окружающим грунтом и некоторая экономия материалов.
В грунтах с коэффициентом крепости /<2, проявляющих
значительное вертикальное и боковое давление, а иногда и
давление снизу, устраивают обделку в виде подъемистого свода,
опирающегося на обратный свод (рис. IV. 27, ж). Для лучшего
восприятия бокового давления стены имеют криволинейное вну-
треннее очертание и несколько заглубляются в грунт. Обратный
свод воспринимает давление снизу, распределяет вертикальное
давление на большую площадь и предотвращает смещение стен
внутрь тоннеля, вызванное действием бокового давления.
Толщину монолитных бетонных обделок двухполосных авто-
транспортных тоннелей назначают, исходя из крепости окружаю-
щих грунтов и марки бетона. Так, толщину обделки в замковом
сечении d3 (в метрах) при марке бетона М200 и габарите
приближения конструкции Г-8 в грунтах с /s^6 можно ориенти-
ровочно определять по формуле
d3 = 1 - 0,1 f.
В грунтах с />6 толщину обделки в замке принимают равной
0,4 м. Толщину обделки в пяте свода <7П в грунтах с при-
нимают равной d3, в стене dc = (1 —1,1) d3, а по обрезу фунда-
мента d0= 1,5 d3. В грунтах с f<6 толщину в пяте свода назна-
чают dn = (1,1 —1,4) d3, в стене dc=(l,3—1,6) d3; а по обрезу
фундамента do= (1,6—2) d3. Толщину подошвы фундамента во
всех случаях принимают равной d^=d0-\- (15—20) см, а толщину
обратного свода Д.с = (0,7—0,8) d3.
138
Рис. IV.28. Конструкции сборных обделок сводчатого очертания (а—г)
7—облицовка; 2 — контур габарита; 3 — лоток; 4 — проезжая часть; 5 — обратный свод;
6 — ключевой блок; 7 — смежный блок; 8 — нормальный блок; 9 — опорный блок; 10 — фик-
саторы
Обделки из монолитного железобетона, имеющие такие же
конструктивные формы, что и бетонные обделки, но значительно
меньшую толщину свода и стен, применяют в основном при гор-
ном способе работ с раскрытием тоннельной выработки сразу на
полный профиль.
Наряду с монолитными находят применение сборные и сбор-
но-монолитные обделки сводчатого очертания. Если при строи-
тельстве подземных сооружений в отдаленных труднодоступных
районах, где отсутствует индустриальная база, а доставка
элементов сборных обделок на большие расстояния сопряжена со
многими трудностями, применяют главным образом монолитные
обделки, то в городских условиях может оказаться целесообраз-
ным использование сборных обделок сводчатого очертания. Та-
кие обделки собирают на месте работ из готовых элементов — бе-
тонных, железобетонных или металлических блоков и тюбингов,
Сборная обделка может быть выполнена в виде пологого свода,
опирающегося на грунт (рис. IV.28.a), или подъемистого свода с
плоским лотком (рис. IV.28,в). Пологий свод из сборных эле-
ментов может опираться и на заранее возведенные стены из
монолитного бетона или железобетона (рис. IV. 28, б, г). Для
опирания на грунт или на стены в составе обделки должны быть
предусмотрены блоки с уширенной пятой.
139
Конструкции блоков и тюбингов, типы стыков между ними,
гидроизоляция и технология возведения сборных обделок сводча-
того очертания аналогичны применяемым в сборных обделках
кругового очертания, конструкции которых рассматриваются
ниже.
Обделки кругового очертания из чугунных тюбингов. Подзем-
ные автомагистрали, подводные и горные тоннели, а также
подземные автостоянки и гаражи тоннельного типа, сооружаемые
щитовым способом или с применением тоннелепроходческих ма-
шин, как правило, имеют обделку кругового очертания. Такой
же формы обделки возводят при сооружении шахтных стволов и
наклонных тоннелей.
Наибольшее распространение получили круговые обделки
сборной конструкции из металлических или железобетонных эле-
ментов. Применение сборных обделок в наибольшей степени отве-
чает требованиям идустриализации подземного строительства,
позволяет комплексно механизировать все трудоемкие операции
и добиться высоких скоростей проходки.
Сборные обделки состоят из отдельных колец, каждое из
которых собирается из одинаковых элементов сплошного или
ребристого сечения — блоков или тюбингов. Ширина колец зави-
сит от степени устойчивости грунтов и от диаметра подземной вы-
работки и изменяется от 0,5 до 1,2 м. Разбивают кольца на
отдельные элементы с учетом возможности изготовления, тран-
спортирование и монтажа их в подземных условиях. Если подзем-
ная выработка располагается на прямолинейной трассе, приме-
няют кольца обделки постоянной ширины. При необходимости
поворота трассы между такими кольцами укладывают клиновид-
ные прокладки или применяют угловые конусные кольца.
Толщина элементов обделки зависит от материала, из кото-
рого они изготовлены, диаметра выработки и свойств окружаю-
щих грунтов и определяется в результате статического расчета
конструкции.
Существуют разнообразные конструкции сборных обделок
кругового очертания, элементы которых имеют различные раз-
меры, форму и массу, по-разному соединяются между собой. В
соответствии с конструктивными особенностями все сборные об-
делки кругового очертания могут быть разделены на две большие
группы: жесткие (со связями растяжения в радиальных стыках) и
гибкие (без связей растяжения).
Различают обделки с постоянными связями растяжения, кото-
рые обеспечивают жесткость и геометрическую неизменяемость ко-
лец обделки как в период монтажа, так и на всей стадии эксплуа-
тации подземного сооружения, и с временными связями растяже-
ния, которые ставят только на время, монтажа.
В наиболее сложных инженерно-геологических условиях (в во-
доносных грунтах при гидростатическом давлении более 0,15—0,2
МПа) получили распространение обделки из чугунных тюбингов
с постоянными болтовыми связями в стыках.
14Q
Каждое кольцо обделки собирают из трех типов тюбингов:
нормальных, двух смежных и одного ключевого (замкового) (рис.
IV.29, а). Обычно в кольце обделки диаметром около 10 м имеется
10—16 тюбингов. Нормальные тюбинги имеют радиальные борта,
смежные — один радиальный и один скошенный, а ключевой — два
скошенных борта. Это позволяет замыкать кольцо обделки при
монтаже постановкой ключевого тюбинга.
Чугунные тюбинги, изготовленные отливкой, представляют
собой сегменты корытообразного профиля и состоят из оболочки
(спинки) толщиной 6 = 20—50 мм, кольцевых и радиальных
бортов (граней) с отверстиями для болтов. Высота бортов тю-
бингов (Ле) для тоннелей диаметром 9—10 м составляет 30—40 см.
Толщину радиальных и кольцевых бортов назначают из условия
требуемой жесткости порядка hj(3—4), где hK — высота консоль-
ной части борта. Наружные поверхности радиальных и кольцевых
граней подвергают механической обработке. Для повышения же-
сткости тюбинга и восприятия усилий щитовых домкратов нор-
мальные и смежные тюбинги снабжены двумя или тремя промежу-
точными радиальными ребрами жесткости.
Отверстия для болтов в кольцевых бортах располагают в один
ряд с шагом I, который должен быть постоянным по периметру
всего тюбингового кольца. Это позволяет смещать соседние коль-
ца, создавая перевязку швов и повышая тем самым жесткость
обделки. Отверстия для болтов в радиальных бортах располагают
в два ряда в шахматном порядке для восприятия стыком изги-
бающих моментов. Диаметр болтов изменяется от 20 до 41 мм, а
диаметр болтовых отверстий на 4 —5 мм превышает диаметр бол-
тов. В оболочке каждого тюбинга (кроме ключевого) устраивают
нарезные отверстия диаметром 60 мм для нагнетания за обделку
тампонажного раствора или гравийной смеси. По периметру бортов
тюбингов устраивают сплошной паз шириной 6 и высотой 32 мм
для гидроизоляции швов между тюбингами.
В последнее время в метростроении начали применять чугун-
ные обделки с плоским лотковым блоком вместо ребристого нор-
мального тюбинга (рис. V.29, б). Это избавляет от необходимости
многократной очистки от грунта лотковой части тоннеля и уклад-
ки специальных блоков или тирант для устройства откаточных пу-
тей в процессе проходки тоннеля.
Обделки из чугунных тюбингов имеют избыточную несущую спо-
собность и дороги в изготовлении, поэтому применение их оправ-
данно лишь в особо тяжелых инженерно-геологических условиях.
В нашей стране и за рубежом ведутся работы по созданию об-
легченных чугунных тюбингов с толщиной оболочки 0,8—1 см и
высотой борта 10—15 см, имеющих меньшее число промежуточных
ребер жесткости (см. рис. IV.29, б).
В практике подземного строительства находят применение чу-
гунные тюбинги с оболочкой волнистой формы (рис. IV.29, в).
Значительное снижение расхода чугуна (в 1,5—2 раза) может
быть достигнуто за счет применения тюбинговых обделок перемен-
ил
й
tn
ной жесткости. При этом нижнюю часть колец обделки, где
изгибающие моменты невелики, собирают из облегченных чугун-
ных тюбингов или железобетонных блоков с чугунной плитой, а в
верхней часЦи укладывают обычные тюбинги. В последнее время
в подземном строительстве наметилась тенденция замены чугуна
и стали сборным железобетоном.
Обделки кругового очертания из железобетонных элементов.
В малоустойчивых грунтах с давлением воды менее 0,1 МПа мо-
гут применяться сборные железобетонные обделки с постоянными
связями растяжения в стыках из крупных или мелких блоков. Со-
единение железобетонных блоков между собой может быть вы-
полнено путем сварки выпусков арматуры и обетонированием за-
зоров, которые устраивают по радиальным или кольцевым граням
блоков (рис. IV.30, а).
В слабых неустойчивых, но неводоносных грунтах применяют
сборные железобетонные обделки с временными связями растя-
жения. Такие связи обеспечивают геометрическую неизменяемость
кольца обделки при сходе его с оболочки щита. После нагнетания
за обделку раствора связи в стыках удаляют. Обделки с времен-
ными связями растяжения могут состоять из блоков сплошного
поперечного сечения, по кольцевым граням которых устроены ни-
ши с закладными деталями в виде пластин, имеющих отверстия
для болтов. После скрепления блоков болтами и нагнетания за
обделку цементного раствора болты снимают, а зазор обетони-
руют.
В неводоносных грунтах наиболее рациональными являются кон-
струкции обделок из железобетонных тюбингов с временными свя-
зями растяжения (рис. IV.30, б). Железобетонные тюбинги имеют
такую же форму, как и чугунные, но большую толщину оболочки
(80—100 мм) и бортов (100—200 мм). Тюбинги могут быть снаб-
жены промежуточными ребрами жесткости и имеют по 2—4 отвер-
стия в кольцевых и радиальных гранях, в которые запрессованы
металлические трубки. Каждое кольцо обделки состоит из нор-
мальных, смежных и ключевого тюбингов; отдельные кольца ук-
ладывают с перевязкой швов. После монтажа очередного кольца
и нагнетания за него тампонажного раствора болты снимают, заме-
няя их штырями.
Обделки из железобетонных тюбингов требуют меньше расхода
бетона, имеют меньшую массу и легче в монтаже, чем обделки из
блоков. Основными их недостатками являются повышенный рас-
ход арматуры и подверженность трещинообразованию, что снижа-
ет водонепроницаемость конструкции и создает опасность корро-
зии арматуры. Поэтому в условиях возможного притока подземных
вод применяют обделки из усиленных железобетонных тюбингов —
Рис, IV.29. Конструкции обделок из обычных (а), облегченных (б) и чугунных тюбингов
волнистой формы (в)
/--ребра жесткости; 2 — отверстие для нагнетания; 3 — оболочка; 4 — радиальная грань;
5 — болтовые отверстия; 6 — кольцевая грань; 7 — чеканочный паз; 8 — железобетонный
блок; 9 — чугунная плита; 10 — анкерный болт4
143
S) 5
5
ребристых блоков, имеющих более мощные ребра и
утолщенную оболочку (рис. IV.30, в). В отличие от
обычных железобетонных тюбингов ребристые блоки не
имеют промежуточных ребер жесткости. Болтовые свя-
зи ставят только по кольцевым граням, а по радиальным
сразу же при монтаже устанавливают шпильки-фиксаторы, для че-
го по торцам всех нормальных и смежных блоков предусмотрены
цилиндрические углубления.
В устойчивых неводоносных грунтах, обладающих упругими
свойствами, необходимость в применении жестких, недеформируе-
мых обделок отпадает. В таких грунтах эффективно создание
гибких, податливых конструкций, способных работать совместно
с окружающим грунтом. Поэтому перевязку швов между кольца-
ми обделки не делают, а соединение блоков в кольце устраивают
шарнирными, что достигается местным сужением торцовых частей
блоков, постановкой упругих прокладок или у цилиндрических вкла-
дышей, а также приданием стыкам цилиндрической формы. При
этом возможно повышение марки бетона блоков до М400—М600 и
уменьшение их толщины до 30—20 см.
Наибольшее распространение в тоннелестроении получили об-
делки из железобетонных блоков с цилиндрическими стыками. Ши-
роко применяют унифицированную шарнирно изменяемую обделку
перегонных тоннелей метрополитена, кольца которой внутренним
диаметром 5,1 м и толщиной 20 см состоят из 7 блоков двух ти-
пов: нормальных, лоткового и трех вкладышей, устанавливаемых
с торца в замковом сечении (рис. IV.30,a). Разработана кон-
струкция унифицированной обделки и для железнодорожных
тоннелей внутренним диаметром 7,96 м и толщиной 27 см йз И
блоков трех типов: 8 нормальных, одного лоткового и двух вклады-
шей.
Один торец каждого блока унифицированной обделки имеет
выпуклую поверхность радиуса г2= (0,8—1,2)с?, а другой—вогну-
тую поверхность радиуса Г]=(0,85—1,25)/, где d — толщина бло-
ка. При этом разность радиусов закругления вогнутого и выпукло-
го торцов должна быть не менее 2 см. Соединение блоков в ра-
диальных стыках достигается постановкой парных монтажных
штырей длиной 15—17 и диаметром 2,2—2,7 см. Наличие шты-
рей способствует лучшему центрированию стыков и облегчает
сборку обделки.
Наряду с блоками сплошного сечения применяют ребристые же-
лезобетонные блоки с цилиндрическими стыками (рис. IV.30, /).
Такие блоки не имеют промежуточных ребер жесткости и соеди-
няются между собой по кольцевым граням монтажными болтами.
Унифицированные обделки с цилиндрическими стыками имеют
Рис. IV.30. Конструкции сборных железобетонных обделок из сплошных блоков (а), тюбин-
гов (б), ребристых блоков (в) н блоков с цнлииндрическимн стыками (г, д)
/--бетон замоноличивания; 2— отверстия для нагнетания; 3— петлевые выпуски арматуры;
4 — стальные трубки; 5 — чеканочный паз; 6 —фиксаторы; 7 — вклады
145
преимущества перед обделками с плоскими стыками. За счет со-
кращения свободной длины блоков и центрирования усилий в
стыках значительно снижаются величины изгибающих моментов
и растягивающих напряжений. Это позволяет уменьшить толщину
блоков, снизить расход материалов и сократить объемы земляных
работ. Для возможности применения шарнирно изменяемых обде-
лок при проходе тоннелей мелкого заложения в неустойчивых грун-
тах разрабатывается новая модификация конструкции со связями
растяжения в стыках.
Обжатые обделки. В последнее время в подземном транспорт-
ном строительстве получили распространение прогрессивные об-
делки предварительно напряженной конструкции. Целью предва-
рительного напряжения является обжатие и уплотнение радиаль-
ных стыков блоков, придание кольцам обделки геометрической
неизменяемости, что способствует повышению трещиностойкости и
водонепроницаемости конструкции, приводит к экономии материа-
лов. Применительно к транспортным тоннелям наиболее рациональ-
ны обделки, обжатые распором в грунт.
Такие обделки применяют в сухих и плотных грунтах, обладаю-
щих упругими свойствами, причем если вначале их устраивали
только в устойчивых глинистых грунтах, то последнее время об-
жимают кольца обделки и в плотные несвязные грунты. Обжимае-
мые в грунт кольца обделки должны быть гибкими, шарнирно из-
меняемыми и состоять, как минимум, из четырех блоков или тю-
бингов. Обычно радиальные стыки блоков или тюбингов делают
выпукло-вогнутыми, а кольцевые — плоскими, ступенчатыми или
криволинейными.
В подземном строительстве находят применение обжатые в
грунт обделки из чугунных, бетонных и железобетонных блоков
и тюбингов. Обжатию в грунт подвергают обделку из облегченных
чугунных тюбингов с цилиндрическими стыками (рис. IV.31, а). В
двух тюбингах каждого кольца, расположенных несколько ниже
горизонтального диаметра кольца, устроены вырезы, в которые
помещают гидравлические домкраты, обжимающие кольцо обдел-
ки в грунт. Образующиеся при этом зазоры между тюбингами за-
полняют чугунными вкладышами, состоящими из прокладки и
клина. Затем домкраты снимают, а зазоры омоноличивают бетоном.
Аналогичной конструкции обжатые в грунт обделки выполняют из
слабоармированных бетонных блоков. Домкраты для обжатия
блочных обделок в грунт помещают в ниши, устроенные в теле бло-
ков на уровне горизонтального диаметра (рис. IV.31, б). Во время
обжатия подключенные к домкратам приборы регистрируют вели-
чину усилий распора и степень раскрытия зазора между блоками.
Для временного заполнения зазоров используют маркированные
бетонные вкладыши разной высоты, поскольку величина зазора
даже в соседних кольцах может оказаться различной.
Разработаны способы обжатия колец обделок специальными
домкратами с фиксацией вкладышами (рис. IV.31, б) или распор-
146
Рис. IV.31. Конструкции обделок, обжатых в грунт
а — из чхгхнных тюбингов; б — е — из железобетонных блоков; / — проем для домкрата,
2 — монтажные проушины; 3 — ребра жесткости; 4 — клнн; 5 — прокладка; 6 — домкраты;
7 — рычажное устройство; 8 — вкладыш; 9 — клиновой блок; 10 — утолщения на смежных
блоках
ними устройствами, установленными в шелыге или в лотковом
блоке.
Разжатие обделок гидравлическими или винтовыми домкратами
обеспечивает необходимый контроль усилий обжатия. Однако при
этом возникают некоторые технологические трудности, связанные
с установкой и снятием домкратов, фиксацией усилий обжатия и др.
Существуют также способы обжатия обделок одним или несколь-
кими клиновыми блоками. В первом случае очередное кольцо об-
делки собирают с не полностью установленным клиновым блоком,
по так, чтобы наружный диаметр кольца был равен диаметру вы-
работки (рис. IV.31,в). После этого клиновой блок, имеющий, как
и два смежных блока, скошенные полуцилиндрические грани,
вдавливают щитовым домкратом, обжимая при этом кольцо обдел-
ки в окружающий грунтовый массив. Длина клинового блока дол-
жна быть несколько меньше ширины кольца, что дает возмож-
ность регулировать усилия вдавливания. Поскольку зазоры между
смежными блоками обычно имеют неодинаковую величину, целесо-
14?
образно иметь клиновые блоки нескольких размеров по ширине, от-
личающиеся на 0,5—1 см. Вместо одного клинового блока можно
использовать два или три блока, располагаемых в различных сече-
ниях кольца обделки.
Независимо от способа обжатия распорный узел по условиям
статической работы конструкции лучше всего располагать в зам-
ковом сечении, однако из-за технологических трудностей его обыч-
но устраивают в лотковой или предлотковой частях тоннеля.
Следует иметь в виду, что при разжатии кольца обделки в ка-
ком-либо одном сечении не происходит равномерного обжатия, по-
скольку возникающие по наружной поверхности обделки силы
трения вызывают значительные потери распорных усилий. Так, при
разжатии обделки в лотке усилия обжатия на уровне горизонталь-
ного диаметра составляют порядка 40%, а в замковом сечении —
15% усилия, развиваемого домкратами. Некоторое уменьшение
сил трения может быть достигнуто смазкой наружной поверхности
обделки специальными маловязкими составами. Начальные усилия
разжатия для обеспечения плотного контакта обделки с грунтовым
массивом должны быть в 1,5—2 раза больше массы кольца обдел-
ки с учетом потерь на преодоление сил трения по контуру. Окон-
чательные усилия обжатия обделок в грунт зависят от диаметра
выработки, интенсивности горного давления, деформативных
свойств грунта и материала обделки и других факторов и изме-
няются от 2Q0 до 1000 кН и более на 1 м длины тоннеля.
Обжатые обделки работают совместно с окружающим их грун-
том, причем часть внешней нагрузки воспринимает грунтовый мас-
сив. За счет этого снижаются величины активных нагрузок и умень-
шается толщина обделки, а следовательно, расход материалов,
объем земляных работ и их стоимость. Отсутствие зазора между
обделкой и грунтом не требует нагнетания за обделку цементного
раствора и практически исключает осадки поверхности земли,
обеспечивая тем самым устойчивость расположенных поблизости
зданий и сооружений.
Помимо обжатых в грунт сборных обделок применяют обжа-
тые обделки из монолитного прессованного бетона. Такие обделки
толщиной 30—50 см целесообразно устраивать в полускальных,
глинистых и песчаных грунтах естественной влажности. Обжатые
монолитные обделки не имеют швов, характеризуются высокой
прочностью, плотностью и водонепроницаемостью. Так же как при
использовании обжатых в грунт сборных обделок, при монолит-
ных обделках не требуется нагнетание цементного раствора, умень-
шаются осадки поверхности земли.
§ 15. ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Гидроизоляция подземных сооружений, возводимых открытым
и опускным способами. Подземные транспортные сооружения долж-
ны быть надежно защищены от проникания в них грунтовых вод.
148
Для этого все несущие и ограждающие подземные конструкции
должны быть выполнены из достаточно водонепроницаемых мате-
риалов или иметь специальную гидроизоляционную защиту, от на-
дежности которой во многом зависит долговечность сооружения.
Поскольку основные строительные материалы для подземных со-
оружений — бетон и железобетон пропускают воду, а сборные кон-
струкции из предварительно напряженного железобетона, чугуна
или стали требуют герметизации стыков, можно считать, что прак-
тически все подземные конструкции нуждаются в защите от воды.
К качеству гидроизоляции предъявляют повышенные требова-
ния, ибо ремонт или замена поврежденного или неудовлетвори-
тельно выполненного водозащитного покрытия в процессе эксплу-
атации подземного сооружения во многих случаях представляет
существенные трудности и требует больших материальных затрат..
В зависимости от геологических и гидрогеологических условий и
конструктивных особенностей подземного сооружения гидроизоля-
цию его осуществляют по-разному.
Конструкции автотранспортных и пешеходных тоннелей мел-
кого заложения, подземных гаражей и комплексов, береговых уча-
стков подводных тоннелей, сооружаемых открытым способом, а
также конструкции опускных тоннельных секций, опускных колод-
цев и кессонов в большинстве случаев защищают от воды наруж-
ной гидроизоляцией^.
Если горизонт грунтовых вод залегает выше подошвы подзем-
ного сооружения, гидроизоляцию устраивают по всему контуру
конструкции (рис. IV.32,a). При расположении горизонта грунто-
вых вод ниже подошвы подземного сооружения гидроизоляцию
лотковой части не делают, а изоляционное покрытие наносят толь-
ко по стенам и перекрытию конструкции.
Устройство сплошной наружной гидроизоляции не вызывает
особых затруднений, если работы ведутся котлованным или одним
из опускных способов. При траншейном способе работ создание
изоляции по наружному контуру тоннеля является сложной опера-
цией, а если стенки траншей закреплены глинистым раствором, на-
ружную гидроизоляцию стен создать практически невозможно. В
этом случае возможно устройство внутренней гидроизоляции по
стенам и лотку тоннеля (рис. IV.32, б).
Обычно наружную гидроизоляцию подземных сооружений мел-
кого заложения устраивают из 2—3 слоев гидроизола на водостой-
кой битумной мастике. Гидроизоляцию стен защищают от возмож-
ных повреждений, которые могут произойти в процессе обратной
засыпки конструкции, извлечения свай или шпунта и т. п. С этой
целью на гидроизоляционное покрытие наносят слой торкрета или
возводят защитную стенку из кирпича или специальных плит из
слабоармированного бетона марки М150 например, плиты ПНГ
размером 125X25x3 см). Гидроизоляцию, наклейную на перекры-
1 Инструкция по проектированию и устройству гидроизоляции тоннелей мет-
рополитенов, сооружаемых открытым способом (ВСН 104-79). М„ 1979.
149
Тис. IV.32. Гидроизоляция подземных сооружений, возводимых котлованным (а, в. <?) и
траншейный способами
/ — железобетонный блок; 2 — оклеенная изоляция; 3 — галтель; 4 — стальная сетка; 5 —
бетонное покрытие; 6 — защитный слой; 7 — выравнивающая стяжка; 8 — битумная обмаз-
ка; 9 — защитная стенка; 10 — бетонная подготовка; // — паз; 12 — уплотнитель: 13 — дере-
вянные пробки; 14 — компенсатор из латуни; 15 — канаг; 16 — дорожное покрытие
гие подземного сооружения, защищают слоем бетона марки М100—
М200 толщиной 10—15 см, армированного проволочной сеткой
(диаметр проволок 5 мм) с ячейками 15X15 см или слоем торкре-
та толщиной 3—5 см, наносимого по плетеной сетке из проволок
диаметром 1,2 мм с ячейками 12X12 см.
Оклеенная гидроизоляция характеризуется достаточной гиб-
костью, пластичностью и водонепроницаемостью, однако имеет не-
большую механическую прочность, весьма трудоемка в нанесении,
требует больших затрат времени. При этом не всегда можно до-
биться высокого качества работ, гарантирующего полную водоне-
проницаемость подземного сооружения.
В последнее время созданы новые виды изоляционных мате-
риалов и разработаны механизированные приемы их нанесения.
В качестве связующих гидрофобных материалов наряду с битум-
T 50
ной мастикой начинают внедрять синтетические смолы: эпоксид-
ную, полиэфирную, фурановую и др. Отверждающиеся синтетиче-
ские смолы образуют прочное и водонепроницаемое покрытие, ха-
рактеризующееся высокой адгезией к бетону, стойкостью к хими-
ческой агрессии, действию высоких и низких температур. Однако
в связи с довольно высокой стоимостью синтетические смолы в
подземном строительстве применяют пока еще довольно редко.
Синтетические рулонные материалы (стеклоткань и стекло-
холст, бризол и искусственную фольгу) используют в качестве
армирующей основы. В отличие от гидроизола эти материалы об-
ладают достаточно высокой механической прочностью. Находят
применение листовые й пленочные синтетические материалы: ви-
ниловый пластикат, пластифицированный поливинилхлорид, поли-
изобутилен и др. Например, пленки из пластифицированного поли-
винилхлорида толщиной 1—3 мм могут быть либо приклеены на
изолируемую поверхность горячим битумом или битумно-полимер-
ными мастиками, либо прикреплены в отдельных точках к спе-
циальным анкерам. Листы поливинилхлорида сваривают между
собой внахлестку горячим воздухом или скрепляют раствори-
телем.
В нашей стране на ряде подземных объектов успешно приме-
няют термопластичную изоляцию из расплавленного, наносимого на
изолируемую поверхность под давлением специальными форсунка-
ми битума, армированную стеклосетчатой тканью. Перспективна
и безмастичная изоляция из утяжеленных ковровых материалов,
наносимая на поверхности конструкции или на защитную стенку
сплавлением наружного слоя (см. гл. VII, § 21). Подобную изоля-
цию применяют как в нашей стране (стеклорубероид, фольгоизол,,
гидростеклоизол), так и за рубежом (склобит, панцерит и др.).
Несмотря на некоторые различия, все эти материалы имеют арми-
рующую основу из стеклохолста, стеклоткани или фольги, покрытую
в заводских условиях с двух сторон слоем 1,5—2 мм тугоплавкого
битума с температурой размягчения 353—358 К. Можно использо-
вать специальный тепломорозостойкий битум — пластбит, имею-
щий температуру размягчения 353—363 К и температуру хрупко-
сти 256—298 К- Иногда вместо битума применяют резинобитум-
ное или полимерно-битумное вяжущее, смешанное с пластифика-
тором, минеральными наполнителями и антисептиком. Покрытия
из ковровых материалов, наносимые в один или два слоя, имеют по-
верхность высокого качества, обладают хорошей адгезией к бето-
ну, повышенной тепломорозостопкостью и водонепроницаемостью
при гидростатическом давлении до 0,7—0,8 МПа (один слой) и до
1 МПа (два слоя). Кроме того, в силу повышенной деформатив-
пости такая изоляция допускает некоторые неравномерные осад-
ки конструкции. Применяя ковровые материалы, удается сни-
зить трудоемкость изоляционных работ в 1,5—2 раза и сократить
их стоимость на 15—20% по сравнению с обычной оклеенной
изоляцией.
Получает распространение в подземном строительстве новый
гидроизоляционный материал — ребристый полиэтилен. Листы по-
лиэтилена толщиной 1—3 мм и шириной 1,85 м снабжены с одной
стороны ребрами рельсообразной формы и могут использоваться
для гидроизоляции отдельных железобетонных блоков в заводских
условиях. Для этого при изготовлении блоков листы полиэтиле-
на укладывают в формы ребристой поверхностью в сторону бло-
ка, что обеспечивает надежное сцепление изоляционного покрытия
с бетоном. После монтажа подземной конструкции листы поли-
этилена в стыках между блоками могут быть сварены между
собой.
Для гидроизоляции подземных сооружений в грунтах естест-
венной влажности в ряде случаев применяют тонкие покрытия из
водозащитных лаков или красок, наносимых на изолируемую по-
верхность при помощи кисти или пульверизатора. Чаще всего
для обмазки применяют битумные или асфальтовые мастики, а
также эмульсии на основе синтетических смол. В нашей стране
успешно применяют эпоксидно-фурановую мастику (ЭФМ), нано-
симую механизированным способом слоем толщиной 2—3 мм,
отверждающийся полиуретановый лак (УР-19), а также новый
материал «альтины», которым можно покрывать и влажные по-
верхности.
Цельносекционные обделки пешеходных тоннелей изолируют в
заводских условиях нанесением одного или нескольких слоев
оклёечной ЙЭоляции (рис. IV. 32, в). Для защиты гидроизоляцион-
ного покрытия используют фаолит, листы слоистого пластика,
слой армоцемента и т. п. Секции из предварительно напряжен-
ного железобетона могут иметь облегченную неармированную
изоляцию. Ее выполняют покрытием наружной поверхности и
торцов секций горячей битумной мастикой толщиной слоя
2—3 мм. Создание гидроизоляции в заводских условиях способ-
ствует повышению качества изоляционного покрытия и упрощает
операции на месте работ, которые сводятся к герметизации
швов между блоками. С этой целью применяют различные уп-
лотняющие прокладки из резины, неопрена, пороизола и других
упругих материалов. Эти прокладки служат также для предот-
вращения образования трещин и выколов по торцам во время
транспортирования и монтажа секций. При строительстве тон-
нелей с применением подвижной крепи стыки изолируют непре-
рывным губчатым жгутом, помещаемым в специальный паз по
периметру одного из торцов секции и обжимаемый щитовыми
домкратами с последующей чеканкой швов расширяющимся
водонепроницаемым цементом. Герметизирующие губчатые жгу-
товые прокладки типа гернита диаметром 30—40 мм приклеи-
вают к торцовым поверхностям тоннельных секций специальной
битумной мастикой изолит.
При заложении подземных сооружений в водонасыщенных
грунтах при большом гидростатическом давлении может ока-
заться необходимым применение металлоизоляции. Ее выполняют
из стальных листов толщиной 6—8 мм, заанкеренных в бетон по
152
наружной или внутренней поверхности конструкции. Листы сва-
риваются между собой, образуя сплошное покрытие. Следует
учитывать, что металлоизоляция является весьма дорогостоящей
и требует противокоррозионного покрытия.
Конструкции опускных тоннельных секций изолируют от про-
никания воды особенно тщательно. Круговые секции с наружной
полигональной обоймой и секции бинокулярного поперечного се-
чения снбжены по наружной поверхности металлоизоляцией.
Сплошное покрытие из стальных листов толщиной 6—8 мм уст-
раивают и по наружному контуру ряда прямоугольных секций.
Металлоизоляцию защищают противокоррозионным покрытием,
а в некоторых случаях устраивают катодную защиту. Однако
чаще всего секции прямоугольного поперечного сечения имеют
металлоизоляцию только в днище, а по стенам и перекрытию
покрыты одним или несколькими слоями оклеенной изоляции из
рулонных материалов на битумной мастике или на основе из син-
тетических смол. Изоляционное покрытие защищают от механи-
ческих повреждений слоем торкрета, железобетона или пластика.
Для обеспечения полной водонепроницаемости подводных тон-
нелей из опускных секций необходимо заизолировать стыки между
секциями. Это достигается сваркой листов металлоизоляции,
обжатием упругих прокладок, уложенных по периметру торцов
секций, зачеканкой швов и т. п. Аналогичным образом изолируют
от воды секции опускных кессонов-тоннелей.
При устройстве гидроизоляции достаточно протяженных под-
земных сооружений, возводимых открытым или опускным спосо-
бами, требуется герметизация осадочных деформационных швов.
При этом необходимо обеспечить возможность взаимного смеще-
ния разделенных деформационным швом участков подземного со-
оружения без нарушения сплошности и непрерывности гидроизо-
ляционного покрытия. Обычно образующийся по периметру де-
формационного шва зазор заполняют битумно-минеральной
массой, причем по стенам и перекрытию изнутри подземного соору-
жения. укладывают пропитанный битумом канат (рис. IV.32,г). В
месте шва оклеенную изоляцию выгибают в виде петли, помещая
ее с наружной стороны шва в паз и заливая сверху битумно-
минеральной массой. В некоторых случаях шов в перекрытии под-
земного сооружения закрывают компенсатором — латунным ли-
стом толщиной 2 мм, сваренным по всей длине перекрытия. В
поперечном сечении листу придают изогнутое очертание и укла-
дывают его выпуклостью в сторону зазора, закрепляя на разде-
ленных швом участках перекрытия. В образующийся таким
образом желоб помещают пропитанный битумом канат или трубку
из гидроизола диаметром 50 мм, заполненные клебемассой, а
сверху желоба наклеивают защитный фартук из гидроизола ши-
риной 0,9—1 м. Иногда для изоляции осадочных и температурных
швов вместо гидроизола применяют металлоизол.
Гидроизоляция подземных сооружений, возводимых закрытым
способом. Несущие конструкции подземных сооружений, возводи-
6 Зик 104
153
Рис. IV.33. Гидроизоляция монолитных (а—в) и сборных (г—ж) конструкций подземных
сооружений, возводимых закрытым способом
/ — контур выработки; 2 — пабрызг-бетоп; 2 — оклеечпая изоляция: 4 — обделка; 5 — желе-
зобетонная обойма: 6 — металлоизоляцня; 7— анкеры; 8 — болт; 9— i ндроизоляциопная
шайба; /о-- чеклноЧЕПя канавка; //--резиновая прокладка; /2-- заполнение из нласгила;
13— железобетонный блок; 14 — накладка; /5 — сварной шов
мых щитовым или горным способом, требуют специальной гидро-
изоляции. Исключение составляют обделки сводчатого очертания
из монолитного бетона, монолитно-прессованные и обжатые в
грунт сборные железобетонные обделки, заложенные в сухих
неводоносных грунтах.
Обычно монолитные бетонные или железобетонные обделки
защищают от проникания воды сплошной гидроизоляционной
мембраной, устроенной по наружной или внутренней поверхности
обделки, а сборные — герметизацией швов между элементами.
В большинстве случаев наружную изоляцию выполняют до бето-
нирования обделки, что возможно только в достаточно устойчи-
вых скальных грунтах. Для этого поверхность выработки сначала
выравнивают слоем торкрета или набрызг-бетона толщиной
151
5—7 см, по которому и наклеивают изоляцию из 2—3 слоев гид-
роизола на битумной мастике или из ковровых материалов
(рис. IV.33, а). После этого бетонируют обделку и нагнетают за
нее цементный раствор, обеспечивая плотный контакт изоляции
с обделкой.
В слабых водонасыщенных грунтах при невозможности созда-
ния наружной гидроизоляции устраивают внутреннюю. При на-
поре подземных вод менее 0,1 МПа возможно использование
жесткой изоляции в виде слоя водонепроницаемой штукатурки
толщиной 30—40 мм, наносимого на поверхность обделки торкрет-
способом. Следует отметить, что такая изоляция является неде-
формируемой и ее можно применять только при отсутствии не-
равномерных осадок подземной конструкции и при небольших
колебаниях температуры. При напоре подземных вод более
0,1 МПа устраивают внутреннюю оклеечную изоляцию из рулон-
ных материалов с поддерживающей железобетонной обоймой тол-
щиной 15—20 см (рис. IV.33, б).
В отличие от наружной внутренняя гидроизоляция не защи-
щает обделку от воды, что может привести к коррозии арматуры
и разрушению бетона. При наличии внутренней гидроизоляции
горное давление передается на обделку, а гидростатическое—
на обойму, устройство которой сопряжено с необходимостью
увеличения объема выработки и расхода бетона. Устройство внут-
ренней металлоизоляции из заанкеренных в бетон и сваренных
между собой стальных листов (рис. IV.33, б) избавляет от необ-
ходимости создания поддерживающей обоймы, но требует защиты
листов от коррозии.
Гидроизоляция сборных конструкций подземных транспорт-
ных сооружений заключается главным образом в герметизации
швов между блоками или тюбингами, болтовых отверстий и от-
верстий для нагнетания, а также отдельных повреждений элемен-
тов конструкции (трещин, сколов, раковин и т. п.), которые,
однако, не влияют на несущую способность сооружения в целом.
В ряде случаев сборные железобетонные обделки изолируют ли-
бо по всей наружной или внутренней поверхности, либо каждый
блок отдельно. Уплотнение швов в обделках из чугунных тюбин-
гов — чеканку выполняют свинцовой проволокой сплошного сече-
ния диаметром 9—12 мм или освинцованным шнуром в виде свин-
цовой трубки наружным диаметром И—13 мм с сердечником из
скрученных битуминизированных асбестовых нитей.
Свинцовую проволоку или освинцованный шнур помещают в
чеканочную канавку, расплющивают чеканочными молотками и
защищают слоем портландцемента. Для герметизации болтовых
отверстий применяют стальные сферические шайбы с тугоплавким
асбестобитумным наполнителем (рис. IV.33, г). Более тонкую
стальную шайбу помещают под головку болта, при закручивании
которого шайба выпрямляется. Когда сболчивание повторяют,
выпрямляется более толстая шайба, находящаяся под гайкой.
При этом асбестобитумная масса заполняет зазор между болтом
6' Зак. 104
155
и стенками болтового отверстия, исключая возможный источник
течи. Таким образом обеспечивается полная водонепроницаемость
болтовых отверстий при гидростатическом давлении до 0,5 МПа.
В последнее время начали применять полиэтиленовые уплот-
няющие шайбы. Отверстия для нагнетания изолируют путем
установки под заплечики нарезной пробки специальной асбе-
стобитумной шайбы. При закручивании пробки битумная масса
заполняет зазоры в резьбовом соединении и герметизирует отвер-
стие.
Чеканку швов сборных железобетонных обделок производят
замазкой из водонепроницаемого расширяющегося цемента (ВРЦ).
Это вяжущее вещество из смеси глиноземистого цемента (не ме-
нее 65% по массе), высокопрочного или строительного гипса
(не более 22%) и молотого гидроалюмината кальция. Применяют
также быстросхватывающийся уплотняющий состав (БУС), со-
держащий около 30% глиноземистого расширяющегося цемента
марки 400, около 30% глиноземистого цемента марки 400, около
30% портландцемента марки 400 и 10% хризолитового асбеста.
Иногда швы между железобетонными блоками изолируют поста-
новкой уплотняющих прокладок из различных синтетических
материалов — неопрена, бутилкаучука и др., плотно зажатых в
стыках между блоками (рис. IV. 33, <?).
В последнее время в нашей стране и за рубежом для герме-
тизации швов между железобетонными блоками применяют специ-
альные аэрированные растворы, содержащие помимо обычного
цемента и песка вспенивающую добавку. Наносят растворы меха-
низированным способом, что позволяет избежать повреждений
блоков, возникающих при ударах чеканочным молотком. Болто-
вые отверстия и отверстия для нагнетания, а также местные по-
вреждения в железобетонных блоках и тюбингах зачеканивают
ВРЦ, БУС или аэрированным раствором. Несмотря на то что
все швы, монтажные и технологические отверстия в железобетон-
ных блоках и тюбингах могут быть надежно заизолированы, са-
ми сборные элементы практически водопроницаемы и нс могут
применяться при гидростатическом давлении более 0,1 МПа.
Водонепроницаемость отдельных железобетонных элементов
может быть обеспечена путем покрытия их наружной поверхно-
сти (спинки и боковых граней) водозащитным слоем (рис. IV.
33, е). Однако при таком виде изоляции трудно обеспечить целост-
ность покрытия при распалубливании, транспортировании и монта-
же блоков. Помимо механических повреждений возможны также
нарушения сплошности гидроизоляции за счет изменения темпе-
ратуры окружающей среды. Поэтому более надежным является
устройство гидроизоляционного экрана в теле самих блоков. Для
этого полиэтиленовые полосы, отштампованные в виде складчато-
го профиля (например, по типу «ласточкин хвост»), помещают в
форму, а затем в положении «на ребро» бетонируют в одну стадию
железобетонные блоки. Наиболее эффективным средством гидро-
изоляции элементов сборных железобетонных обделок является
156
покрытие их внутренней поверхности стальными вальцованными
листами толщиной 6—8 мм (рис. IV.33,ж). Листы заанкеривают
в бетон блоков и после монтажа колец обделки сваривают между
собой по кольцевым и радиальным швам, создавая сплошное
водонепроницаемое покрытие.
Глава V. НАГРУЗКИ И РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ
ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
§ 16. НАГРУЗКИ НА ПОДЗЕМНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Общие положения. Конструкции подземных транспортных со-
оружений подвержены действию различных внешних нагрузок, ха-
рактер распределения и интенсивность которых зависят от цело-
го ряда факторов: глубины заложения, инженерно-геологических
условий, характера городской застройки и движения наземного
транспорта, технологии производства работ и т. п.
Все виды нагрузок можно разделить на постоянные, кото-
рые оказывают на конструкцию регулярное воздействие, и вре-
менные, которые характеризуются периодическим длительным или
кратковременным воздействием. К постоянным нагрузкам отно-
сятся собственный вес подземных конструкций, вес дорожного
покрытия и подземных коммуникаций, давление грунта и воды, а
также нагрузки от массы зданий и сооружений, расположенных
над подземной выработкой, усилия предварительного натяжения
арматуры. Временные нагрузки возникают от движущихся по
тоннелю или подземному гаражу автомобилей, а также от раз-
личных транспортных средств, проезжающих над подземным
сооружением. К временным относятся также некоторые виды
нагрузок, которые возникают только на стадии строительства
подземного сооружения. Временный характер носят воздействия
колебаний температуры, морозного пучения грунтов, а также
особые воздействия (сейсмические, ударные и др.), возникающие
в результате каких-либо аварийных ситуаций.
Все перечисленные выше внешние нагрузки могут действовать
на подземную конструкцию одновременно или в разные моменты
времени. В связи с этим возможны различные сочетания нагру-
зок, вызывающие в конструкции разные напряженные состояния.
Для расчета подземных конструкций необходимо выявить наибо-
лее невыгодные сочетания нагрузок (основные и особые), при
действии которых в конструкции возникнут наибольшие внутрен-
ние усилия.
В основные сочетания включают постоянные нагрузки и вре-
менные воздействия от транспортных средств, а также временные
строительные и эксплутационные нагрузки.
Особые сочетания складываются из некоторых постоянных
и временных нагрузок основного сочетания и особых воздейст-
157
вий. Включение тех или иных нагрузок в основные или особые
сочетания носит условный характер и зависит от конкретной си-
туации, причем одни и те же нагрузки могут входить и в основ-
ные, и в особые сочетания. В большинстве случаев расчет про-
изводят на основные сочетания нагрузок, а на особые выполня-
ют проверку.
Подземные конструкции рассчитывают по предельным со-
состояниям (по несущей способности, деформациям и трещиностой-
кости) в соответствии с действующими нормами. Конструкции
протяженных подземных сооружений (длина которых значительно
превышает размеры поперечного сечения), заложенных в однород-
ной грунтовой среде, рассчитывают в условиях плоской дефор-
мации. Однако если размеры поперечного сечения сопоставимы с
длиной сооружения, внешние нагрузки резко изменяются по дли-
не или проявляются неравномерные осадки основания, то следу-
ет решать пространственную задачу, выявляя характер распреде-
ления усилий по длине и ширине поперечного сечения подземного
сооружения.
В настоящее время при проектировании конструкций подзем-
ных транспортных сооружений применяют достаточно простые
приближенные методы расчета на заданные нагрузки с использо-
ванием аппарата строительной механики. При этом сначала опре-
деляют все действующие на обделку активные нагрузки, а затем
рассчитывают ее как стержневую систему с учетом или без уче-
та упругого отпора грунта. Основной недостаток методов расче-
та на заданные нагрузки заключается в том, что они не учиты-
вают в полной мере действительных условий взаимодействия
обделки с окружающим грунтовым массивом.
Существуют также методы расчета тоннельных обделок, осно-
ванные на решении контактной задачи теории сплошной среды с
привлечением аппарата теории упругости, пластичности или пре-
дельного равновесия. Напряженное состояние подземной конст-
рукции и грунтового массива находят из условия совместности
перемещений обделки и контура выработки. При этом усилия в
обделке могут быть получены методами строительной механики.
Такие методы расчета требуют привлечения сложного и громозд-
кого математического аппарата и используются в основном при
решении ограниченного круга задач.
В последнее время при расчете подземных конструкций все
шире внедряют вычислительную технику. Автоматизация вычисли-
тельных процессов с применением ЭВМ значительно сокращает
трудоемкость расчетных работ и позволяет быстро получать
искомые результаты. При этом появляется возможность учета
многочисленных факторов, влияющих на статическую работу кон-
струкции, значительного повышения точности результатов просче-
та многочисленных вариантов и т. п. Использование ЭВМ позво-
ляет во многих случаях избежать необходимости принятия при
расчете упрощающих допущений и применять более сложные и
точные расчетные схемы, в наибольшей степени соответствующие
158
действительным условиям работы конструкции. Применяя ЭВМ,
можно рассчитывать многократно статически неопределимые си-
стемы, анализировать различные расчетные схемы и т. п. На
основе применения ЭВМ разрабатываются научно-методологи-
ческие принципы системы автоматизированного проектирования
(САПР) тоннелей, представляющей собой вычислительный комп-
лекс для оптимального проектирования и расчета тоннельных кон-
струкций. В настоящей главе рассмотрены вопросы, касающиеся
определения нагрузок на подземные конструкции и методов ста-
тического расчета конструкций подземных сооружений, возводи-
мых открытым, опускным и закрытым способами.
Постоянные активные нагрузки. Нагрузку от собственного ве-
са конструкций принимают равномерно распределенной по пере-
крытию подземного сооружения. Собственный вес конструктивных
элементов определяют в соответствии с их проектными геометри-
ческими размерами и удельным весом строительных материалов.
Если собственный вес конструкций составляет не более 5% рас-
четного вертикального давления, действие его можно не учиты-
вать.
Нагрузки от веса слоев дорожной одежды и расположенных на
перекрытии подземных сооружений мелкого заложения
различных инженерных коммуникаций также определяют по про-
ектным данным.
Активное давление грунта на конструкции подземных соору-
жений находят по-разному в зависимости от глубины их заложе-
ния и свойств окружающих грунтов. Нормативное вертикальное
горное давление на конструкции подземных сооружений глубокого
заложения определяют в соответствии с гипотезой М. М. Про-
тодьяконова, по которой все грунты рассматриваются как несвяз-
ные и характеризуются коэффициентом крепости f, равным тан-
генсу «кажущегося» угла внутреннего трения (с учетом сцепле-
ния) .
Для сыпучих несвязных грунтов «кажущийся» коэффициент
трения совпадает с действительным, т. е. f = ф (где <р — угол
внутреннего трения). Для скальных грунтов, которые лишь услов-
но можно считать несвязными (из-за наличия в них системы
трещин), коэффициент крепости определяют в зависимости от Ку-
биковой прочности грунта на сжатие в МПа (./?):
f = 0,1 R.
По гипотезе М . М. Протодьяконова вертикальное горное дав-
ление на крепь выработки сверху создается массой нарушенных
грунтов, область которых ограничена сводом давления и конту-
ром выработки. Пролет свода давления определяют с учетом
образования призм обрушения под углом 45° — ф/’2 к вертикали
(рис. V.1, а, б):
В = Ь 2 h tg (45° — <р,'2) или В = D 2 D tg (45° — <р/2).	(V.1)
Высоту свода давления, в котором должны действовать
только сжимающие напряжения, находят из условия его равнове-
159
Рис. V.1, Схемы определения давления грунта на конструкции подземных сооружений свод-
чатого (а, е). кругового (б, г, д, ж) и прямоугольного (е) поперечного сечения
сия под действием равномерно распределенной вертикальной на-
грузки по формуле
hCB = B/2f.	(V.2)
Для	практических	расчетов вертикальное	горное	давление
рн в Па	принимают	равномерно распределенным	интенсивностью
Ря = У Йсв,	(V-3)
где kv — коэффициент условий работы грунтового массива, принимаемый по
табл, 5 СНиП 11-44-78; у — удельный вес грунта, Н/м5.
Нормативное боковое давление для упрощения расчетов также
считают равномерно распределенным по высоте выработки и опре-
деляют по формуле
<7н = У (/гсв + 0,5/г) т].	(V.4)
160
Величину коэффициента бокового давления т] для всех грунтов,
кроме пластичных, определяют по формуле
 т] = tg2 (45° — ф/2),
где ср — нормативный угол внутреннего трения грунта, град.
При этом следует учитывать, что для крепких скальных грун-
тов с коэффициентом крепости f более 2—3 величина угла внут-
реннего трения превышает 70—75° и, следовательно, величина
коэффициента бокового давления близка к нулю. В связи с этим
в таких грунтах боковое горное давление в расчете не учитывают.
Величину коэффициента бокового давления в пластичных
грунтах определяют по формуле
ц = р/(1—ц),	(V .5)
где ц — коэффициент Пуассона.
В трещиноватых скальных грунтах величину горного давления
от массы вывала принимают в зависимости от среднего расстоя-
ния между трещинами 6Т.
При 0,04ft<ftT^0,086 величина вертикального давления опре-
деляется как pH = 0,6yft, а при 0,08ft<6Т^0,17ft—рн=0,35у6.
Если ftT>0,176, вертикальное горное давление в расчете не
учитывают. Величину бокового давления при 0,04 ft<ftт0,08 b
принимают равным <7H = 0,19y/i (Л — высота выработки), а при
ftT>0,08ft его не учитывают.
Вертикальное давление от массы вывала считают равномерно
распределенным на отрезке длиной 0,25ft, причем расположение
этой нагрузки в пролете выработки принимают таким, при кото-
ром в элементах крепи возникают максимальные усилия (рис.
V. 1,в). Боковое давление от массы вывала считают равномерно
распределенным по высоте выработки и действующим только с
одной стороны.
В практике проектирования подземных транспортных сооруже-
ний часто возникает необходимость установить величину верти-
кального горного давления на две или несколько расположенных
рядом выработок глубокого заложения. При этом в зависимости
от размеров выработок и расстояния между ними горное давление
можно определять независимо на каждую выработку, над которой
образуется свой свод давления, или с учетом образования общего
свода давления на уширенном основании (рис. V.1, г, д).
В тех случаях, когда условия образования отдельных вывалов
не соблюдаются, а теория М. М. Протодьяконова оказывается
неприменимой (в слабых водонасыщенных и разжиженных грун-
тах или при глубине заложения подземного сооружения меньшей,
чем удвоенная высота свода давления), а также применительно к
подземным конструкциям мелкого заложения нормативное верти-
кальное давление грунта принимают в виде массы всей залегаю-
щей над выработкой грунтовой толщи (рис. V.l,e):
п
(V.6)
z—1
161
где у, — удельный вес отдельного слоя грунта; Л,—мощность слоя грунта;
п — число слоев.
Обычно на конструкции подземных сооружений мелкого зало-
жения передается вертикальное давление от веса дорожного
покрытия и слоя грунта обратной засыпки:
Рн = Уп ^11 т Уз (^з	^п) >	(V.7)
где \’п, Уз — удельный вес материала дорожного покрытия и грунта обратной
засыпки; бп— толщина дорожного покрытия;
/13 — глубина заложения подземного сооружения относительно поверхности
земли с учетом будущих планировочных отметок проезжей части магистрали.
Боковое давление грунта на подземные сооружения мелкого
закожения определяют с учетом распределения его по треуголь-
ному закону по высоте стен, а коэффициент бокового давления
выражают через угол внутреннего трения или коэффициент Пуас-
сона.
Давление грунта на конструкции вертикальных выработок
(шахтные стволы, опускные колодцы) находят так же, как и
для вертикальных стен тоннелей, — в виде нагрузки, изменяю-
щейся с глубиной по гидростатическому закону, по формуле
(рис. V.1, ж)
9н = Y М •
При этом распределение давления грунта в поперечном се-
чении прямоугольного в плане сооружения принимают равно-
мерным. Характер распределения давления грунта на выработки
кругового сечения отличается от равномерного, что связано со
структурными особенностями грунта, условиями его залегания,
а также с нарушениями технологического порядка (например,
перекосы оболочки опускного колодца). Поэтому опускные ко-
лодцы кругового поперечного сечения, погружаемые в тиксотроп-
ной рубашке, рассчитывают на неравномерную радиальную
нагрузку от грунта и тиксотропной суспензии, изменяющуюся по
следующему закону:
9а = 9i I"1 ~г — '1 sin al ,	(V.8)
L \ 9i / J
где qa — радиальное давление на кольцо оболочки в точке с текущей коорди-
натой a; Qi — минимальное радиальное давление в точках 1; q? — радиальное
давление в точках 2.
Соотношение 72/71 для тиксотропной суспензии принимают
равным 1,1, а для грунта в предлах ножевой части колодца —
1,25.
В ряде случаев при расчете опускных колодцев учитывают
дополнительное боковое давление грунта, вызванное наклоном
пластов грунта, расположенной в пределах призмы обрушения
нагрузкой, креном колодца и т. п1.
1 Руководство по проектированию опускных колодцев, погружаемых в тик-
сотропной рубашке. М., Стройиздат, 1979.
162
Нормативное гидростатическое давление учитывают только
при расположении уровня грунтовых вод выше подошвы подзем-
ного сооружения. При определении гидростатического давления
необходимо также учитывать его понижение, вызванное проход-
кой выработки, и восстановление его на стадии эксплуатации
сооружения. В связи с этим уровень грунтовых вод принимают
наинпзшим при строительстве и наивысшим при эксплуатации
подземного сооружения, что создает наиболее неблагоприятные
условия работы конструкции.
Если ниже горизонта воды залегает водопроницаемый грунт,
его удельный вес принимают с учетом взвешивающего действия
воды:
Увзв= (Yo —Yb)/(1-r-e),	(V.9)
где уо — удельный вес частиц грунта, Н/м3; уи— удельный вес воды, Н/м3;
8 — коэффициент пористости грунта.
При этом необходимо также учитывать уменьшение угла
внутреннего трения водонасыщенного грунта. Если ниже гори-
зонта воды залегают водонепроницаемые грунты, давление
воды учитывают только как пригруз, увеличивающий давление
грунта ниже горизонта воды, без учета его «взвешивания».
Поскольку всестороннее гидростатическое давление улучша-
ет статическую работу подземной конструкции, увеличивая нор-
мальные силы и снижая изгибающие моменты, его надо учиты-
вать только при наличии абсолютно водонепроницаемой конст-
рукции. При введении в расчет гидростатического' давления
необходимо принимать уменьшенное нормативное давление на
грунтовое основание от собственного веса элементов конструкции
и массы грунта над подземным сооружением, а также вводить
пониженные значения расчетных сопротивлений водонасыщен-
пых грунтов (песчаных, супесчаных, глинистых и илистых) в ос-
новании сооружения.
При расположении подземных сооружений в непосредствен-
ной близости от существующей застройки следует учитывать
давление от фундаментов зданий, если последние попадают в
пределы призмы обрушения. Давление от фундаментов распреде-
ляется под углом 30 или 45° к вертикали в зависимости от то-
го, какой случай является менее благоприятным (рис. V.2).
При этом величину вертикального давления грунта на подзем-
ную конструкцию определяют как Рф = С/аф, а бокового давле-
ния — по формуле
9ф = Q/аф tg2 (45° — <р,'2),	(V.10)
где Q — вертикальное давление на подошву фундамента; аф — ширина пло-
щадки загружения под фундаментом с учето^м распределения давления с глу-
ошюй.
Если участки подземных сооружений мелкого заложения рас-
положены непосредственно под зданиями, фундаменты которых
опираются на подземные конструкции, последние должны быть
рассчитаны на нагрузки, передающиеся от зданий. Нормативные
163
Рис. V.2. Схема определения давления
на подземную конструкцию от фунда-
мента здания
Рис. V.3. Схемы действия упругого отпора грун-
та иа обделки сводчатого (а) и кругового (6)
очертания
1 — эпюра перемещений оси обделки; 2 — эпюра
упругого отпора (о); 3 — безотпорная зона
воздействия о? натяжения арматуры предварительно напряжен-
ных железобетонных конструкций определяются в соответствии
с установленными в проекте максимальными значениями усилий
натяжения.
Упругий отпор грунта. При расчете подземных конструкций
помимо активных постоянных нагрузок во многих случаях учи-
тывают и реактивные усилия — упругий отпор грунта. Действие
упругого отпора проявляется на подземные конструкции глубо-
кого и мелкого заложения, сооруженные в грунтах с упругими
свойствами, способных оказывать сопротивления деформациям
конструкции. Особенностью статической работы подземных конст-
рукций является их взаимодействие с окружающим грунтовым
массивом.
Под действием активных вертикальных нагрузок все подзем-
ные конструкции (за исключением весьма массивных и жестких)
деформируются, причем на тех участках, где перемещения про-
исходят в сторону грунта, обладающего упругими свойствами,
возникают реактивные усилия — упругий отпор грунта.
Действие упругого отпора облегчает условия статической
работы подземных конструкций, ограничивая их деформации, по-
вышая величины нормальных сил и снижая величины изгибаю-
щих моментов. Силы упругого отпора действуют по наружной
поверхности сводчатых и круговых тоннельных обделок, за
исключением так называемой безотпорной зоны, в пределах
которой имеется некоторая свобода деформаций обделки, что
приводит к появлению здесь значительных изгибающих моментов.
В обделках, обжатых в грунтовый массив, силы упругого
отпора действуют по всей наружной поверхности. Силы упругого
164
отпора по боковой поверхности сводчатых и круговых обделок
можно представить в виде радиальных составляющих о, направ-
ленных нормально к поверхности выработки (сопротивления
сжатию) и тангенциальных составляющих т, направленных по
касательной к контуру выработки (сопротивления сдвигу)
(рис. V.3). Значения тангенциальных составляющих упругого
отпора грунта можно определить по формуле
т = v а,	(V.11)
где v — коэффициент трения между обделкой и грунтом.
При расчете обделок сводчатого и кругового очертания в
большинстве случаев учитывают лишь нормальную составляю-
щую сил упругого отпора, а тангенциальную составляющую не
учитывают, что идет в запас прочности.
Конструкции прямоугольного поперечного сечения испыты-
вают реактивные усилия со стороны грунта по всей поверхности
основания, а достаточно гибкие обделки (например, цельносек-
ционные) — и по боковым стенам.
При определении интенсивности упругого отпора пользуют-
ся гипотезами местных или общих деформаций.
Гипотеза местных деформаций (Фусса — Винклера) исходит
из предположения прямой пропорциональности между напряже-
ниями о и перемещеиями 5 грунта:
а = К6,	(V.12)
где Л’ — коэффициент упругого отпора грунта, характеризующий его сопротив-
ление.
При этом принято, что деформации грунта происходят только
в месте приложения нагрузки. Обычно величину К определяют
экспериментальным путем.
Гипотезу местных деформаций используют также при расчете
конструкций мелкого заложения и прямоугольного очертания
как рамных систем на упругом основании. В ряде случаев кон-
струкцию расчленяют на отдельные элементы, рассматривая ло-
ток и стены как балки на упругом основании. С учетом собст-
венного веса балки g0 напряжения в основании можно опреде-
лить из выражения
a = g-„ + /Cd.	(V.13)
Для определения интенсивности упругого отпора по гипотезе
местных деформаций обычно задаются законом его распределе-
ния по поверхности обделки и, определяя деформации конструк-
ции, находят по формуле (V.11) его величину. При расчете
стен подземных сооружений мелкого заложения величину коэф-
фициента упругого отпора принимают изменяющейся по линейно-
му закону в соответствии с увеличением бытового давления.
Для учета сил упругого отпора грунта по гипотезе местных
деформаций в ряде случаев действие сплошной упругой среды
имитируют системой упругих стержней. Количество стержней
определяет степень точности расчета и должно быть не менее 5
165
по поверхности конструкции. Усилия в стержнях, а следователь-
но, и величины сил упругого отпора грунта определяют по пра-
вилам строительной механики, составляя канонические уравнения
метода сил или перемещений.
Гипотеза местных деформаций не совсем точно отражает
взаимодействие подземных конструкций с окружающим грунтом.
Коэффициент упругого отпора не учитывает реальных свойств
грунта и не является его физико-механической характеристикой.
Величина К изменяется в зависимости от ряда факторов: свойств
грунтов и условий их залегания, размеров подземной выработки,
площади загружения, интенсивности активной нагрузки, времени
загружения, глубины заложения. Как показывают результаты
экспериментальных исследований, между напряжениями и де-
формациями не наблюдается линейной зависимости, а деформа-
ции возникают не только в месте приложения нагрузки, но и в
соседних областях. Несмотря на указанные недостатки, гипоте-
за местных деформаций позволяет с достаточным во многих
случаях приближением (особенно в несвязных грунтах и при
обоснованном определении К) рассчитывать подземные конст-
рукции.
В ряде случаев при расчете подземных сооружений использу-
ют гипотезу общих деформаций, в основе которой лежит отож-
дествление грунтового массива с линейно-деформируемой средой.
Поскольку напряжения в грунте изменяются в сравнительно не-
больших пределах — от бытового давления до давления, вызван-
ного созданием выработки, такое предположение можно считать
правомерным. При этом для определения характера распределе-
ния и величины упругого отпора грунта применяют методы тео-
рии упругости, при помощи которых решается контактная задача
по установлению зависимости между напряжениями и деформа-
циями на контуре выработки.
Для решения задач теории упругости требуется знать харак-
теристики грунта: модуль деформации Ео и коэффициент Пуассо-
на ц. Значения Ео и ц определяют по данным инженерно-геологи-
ческих изысканий путем испытаний образцов грунта в специаль-
ных компрессионных приборах при многократном нагружении и
разгрузке. Однако следует отметить, что использование гипоте-
зы общих деформаций для расчета круговых и сводчатых обделок
позволило получить лишь решения некоторых задач.
Гипотеза общих деформаций находит применение при расчете
конструкций прямоугольного очертания как рамных систем на
упругом основании. Расчленяя конструкцию на отдельные балки, их
рассчитывают с использованием дифференциального уравнения
упругой линии балки
El (<74y)/(dx4) 4- щ	(V.14)
где EI — жесткость сечения балки; у — вертикальные перемещения нейтраль-
ной оси балки; — распределенная реакция со стороны основания; — за-
данная активная нагрузка.
166
При этом связь между напряжениями ал- и перемещениями у
устанавливают на основе гипотезы общих деформаций. Балку рас-
сматривают как тонкий брус, деформации которого происходят
только по длине. Поперечные деформации по оси сечения и тре:
ние между балкой и грунтом не учитывают. Несмотря на не-
которые достоинства метода общих деформаций, трудности опре-
деления истинных значений параметров £0 ища также несоот-
ветствие принятой модели реальным грунтам, не обладающим
такой распределительной способностью, как идеально упругие те-
ла, и характеризующимся неоднородностью и слоистостью, не поз-
воляет широко применять эту гипотезу при практических расчетах
конструкций.
Временные нагрузки от транспортных средств. Временные ди-
намические нагрузки от транспорта на подземные конструкции
определяют в зависимости от глубины их заложения, расположе-
ния проезжей части и вида транспортных средств.
При расчете конструкций подземных сооружений мелкого за-
ложения учитывают динамические нагрузки от транспортных
средств, перемещающихся по городским дорогам и магистралям,
под которыми располагается данное подземное сооружение. Кро-
ме того, динамические нагрузки могут испытывать подземные со-
оружения, над перекрытиями которых располагаются стоянки на-
земного транспорта.
Поскольку городские подземные транспортные сооружения ча-
ще всего залегают под автомобильным,и магистралями, конструк-
ции их подвержены действию нагрузок от колесного транспорта:
легковых и грузовых автомобилей, троллейбусов и автобусов. В
некоторых случаях подземные сооружения могут располагаться
под участками железнодорожных магистралей, трамвайных путей,
наземных линий метрополитена. При этом подземные конструкции
испытывают динамические нагрузки от рельсового транспорта: же-
лезнодорожных или трамвайных поездов, а также поездов мет-
рополитена. Подземные сооружения, расположенные на террито-
рии аэродромов, могут быть подвержены действию динамических
нагрузок от взлетающих и идущих на посадку самолетов.
Подвижную временную нагрузку от автомобильного транспор-
та в виде колонны автомобилей (Н-30) или трейлера (НК-80)
располагают в различных положениях над перекрытием подзем-
ного сооружения и на призмах обрушения. При этом принимают
три схемы загружения временной нагрузкой (рис. V.4,а): на пере-
крытии, призмах обрушения, перекрытии и призмах обрушения
Следует также учитывать возможности несимметричного за-
груженпя части перекрытия или призмы обрушения временной на-
грузкой. Рассматривая различные схемы загружения подземного
сооружения временной нагрузкой, выбирают такое ее положение,
при котором в рассчитываемых элементах конструкции возника-
ют наибольшие усилия. При глубине заложения подземного со-
оружения более 0,7—0,8 м временную нагрузку заменяют экви-
валентным слоем грунта высотой
167
ао^0,2м во = О,8м
Рнс. V.4. Схемы загружения подземного сооружения временной автомобильной и колесной
нагрузками
а _ сочетания нагрузок,- б, в — загружение перекрытия; г — загружение стен
^эк — Рвр/Y»	(V. 15)
где рвр — интенсивность временной нагрузки; у —удельный вес грунта.
При меньшей глубине заложения временную нагрузку уста-
навливают параллельно оси тоннеля или перпендикулярно этому
направлению.
Перекрытия подземных сооружений загружают колоннами ав-
томобилей (Н-30), принимая в зависимости от ширины плиты та-
кое число колонн, которое вызывает в элементах конструкции на-
ибольшие усилия (рис. V.4, б). Автомобили располагают на вза-
имном расстоянии Юме учетом движения колонн в одном нап-
равлении. При этом просвет между кузовами автомобилей в
соседних колоннах не должен быть менее 10 см, а кузов автомобиля
не должен выступать за проезжую часть. При длине перекрытия
168
подземного сооружения более 25 м величина расчетной нагрузки
снижается при 2, 3, 4 рядах колонн и более соответственно 10, 20 и
30%.
Колесную нагрузку НК-80 устанавливают чаще всего поперек
тоннеля в наиболее невыгодное положение, но не ближе 25 см, счи-
тая от обода колеса до бортового камня (рис. V.4, в).
Давление на перекрытие подземных сооружений от подвижной
нагрузки (Н-30 и НК-80) определяют с учетом его распределе-
ния в дорожной одежде под углом 45°, а в грунте—30° к верти-
кали, считая от места соприкасания колес с дорожной одеждой.
Для определения величины давления необходимо найти загру-
женные площадки, размеры которых зависят от толщины дорож-
ной одежды оп и составляют от одного колеса: а=а0+2бп —
вдоль движения; & = 60+2бп — поперек движения. Здесь а0 и
Ьо и Ьа — размеры площадки соприкасания скатов машин с до-
рожным покрытием в продольном и поперечном направлении.
При расположении над подземным сооружением двух колес
автомобилей на взаимном расстоянии между их осями А размер
загруженной площадки составит: аг=а0+2бп — вдоль движения;
(’2=^о+2бо+А—поперек движения. Зная размеры загруженных
площадок, величину вертикальной временной нагрузки можно оп-
ределить как
Рвр = Р/F >
где Р — величина сосредоточенной временной нагрузки; F — площадь загруже-
ния (f = aXfe или /’ = а2Х&2).
Временную подвижную нагрузку учитывают также при опре-
делении бокового давления грунта на стены рамп, тоннелей и
подземных сооружений. При этом автомобильную (Н-30) и колес-
ную (НК-80) нагрузки располагают на призме обрушения в наи-
более невыгодное положение (рис. V.4,г). Рабочую ширину приз-
мы обрушения с учетом заглубления подземного сооружения оп-
ределяют по формуле	I
Ьп= Ш.-Я,) tg (45° —ср/2),	(V.16)
где Hi — расстояние от дневной поверхности до подошвы подземного соору-
жения, м; Но — глубина заложения подземного сооружения, м.
Устанавливая на участке шириной ЬТ1 подвижную нагрузку, оп-
ределяют площадку загружения, размеры которой при расположе-
нии подвижной нагрузки вдоль оси тоннеля составляют 6\с, где
b— ширина отпечатка колеса с учетом распределения давления
в дорожной одежде под углом 45°; с — величина, равная высоте
стенки, но не более 4 м для нагрузки Н-30 и 3,6 м для НК-80.
Величина с не должна быть также более длины рассчитываемого
участка стены. Распределение давления вдоль стены тоннеля учи-
тывают с помощью коэффициента а, значения которого приведены
в СН 200-62.
Если нагрузка перемещается поперек тоннеля, размеры пло-
щадки загружения составят a+d, где а — длина отпечатка ска-
169
та автомобиля Н-30 или ширина всей призмы обрушения для
НК-80, но не более 3,6 м; d — расстояние между наружными
гранями скатов соседних колонн автомобилей Н-30 или ободов
колес нагрузки НК-80.
Загрузив призму обрушения временной нагрузкой, можно
определить величину бокового давления от этой нагрузки, рас-
положенной вдоль оси тоннеля:
qBp = (S P/bc) tg2 (45° — ф/2) a-	(V.17)
При расположении временной нагрузки поперек тоннеля
величина бокового давления составит
<?вр — (2 P/а d) tg2 (45° — ф/2) а,	(V. 18)
где Р — сосредоточенная временная нагрузка.
Длину загружения участка стены определяют по формуле
где А — величина, равная длине или ширине отпечатка ската автомобиля, с
учетом распределения давления в дорожной одежде под углом 45°.
При глубине заложения подземных сооружений менее 0,5 м
временные нагрузки от Н-30 умножают на динамический коэф-
фициент (1+jli), величина которого зависит от длины загружения
временной нагрузкой X и составляет 1,3 при ?.<:5 и 1,0 при
Л^45 м. При 5 м<Х<45 м значения (1+н) определяют ин-
терполяцией.
Для бокового давления грунта, вызванного действием времен-
ной нагрузки, значение динамического коэффициента принимают
равным 1.
Нагрузки от перемещающихся по тоннелю или внутри под-
земного сооружения транспортных средств по схеме Н-30 и
НК-80 учитывают по-разному в зависимости от типа подземной
конструкции. Поскольку автотранспортные тоннели мелкого за-
ложения имеют в большинстве случаев прямоугольную железобе-
тонную конструкцию и проезжая часть укладывается на плоский
лоток, усилия, вызванные транспортной нагрузкой, незначитель-
ны и их можно не учитывать. То же относится к автодорожным
тоннелям сводчатого очертания, обделки которых из монолитного
бетона выполнены с плоским лотком, а также к одноярусным
подземным гаражам и комплексам. Иногда в подобных случаях
динамическую нагрузку учитывают как равномерно распределен-
ную интенсивностью 7,5 кН/м2. Однако, если проезжая часть рас-
полагается в повышенном уровне, как, например, в тоннелях
кругового поперечного сечения, сводчатого очертания с обратным
сводом, в двухъярусных подземных гаражах и комплексах, дина-
мические нагрузки от транспорта передаются на основную не-
сущую конструкцию и должны быть учтены при расчете.
В связи с наметившейся в последнее время тенденцией даль-
нейшего роста грузоподъемности транспортных средств, создания
тяжелых автопоездов, железнодорожных составов и т. п. появ-
170
ляется необходимость введения новых видов временных динами-
ческих нагрузок, отражающих перспективное увеличение грузо-
подъемности транспортных средств.
Прочие виды нагрузок. Помимо рассмотренных выше нагрузок
конструкции подземных транспортных сооружений могут быть под-
вержены воздействию целого ряда статических и динамических
нагрузок, возникающих па стадии строительства или эксплуатации
подземного сооружения.
Нагрузки, возникающие на стадии строительства подземного
сооружения, весьма разнообразны и определяются конкретной тех-
нологией производства работ (см. гл. VII—X). Характер распреде-
ления и интенсивность строительных нагрузок определяют в соот-
ветствии с проектом производства работ, причем рекомендуется
принимать такие схемы загружения, которые вызывают в конструк-
ции максимальные усилия.
В ряде случаев конструкции подземных сооружений помимо ди-
намических нагрузок от транспорта могут испытывать временную
нагрузку от толпы людей, проходящих над сооружением или внутри
его. Действию этой нагрузки подвержены конструкции транспорт-
ных и пешеходных тоннелей, заложенных неглубоко от поверхности
земли под тротуарами или наземными пешеходными путями, а так-
же верхние и междуярусные перекрытия подземных гаражей и
комплексов. Нагрузку от толпы людей учитывают только в том
случае, если отсутствуют более интенсивные нагрузки от транспор-
та. Временную нормативную нагрузку от толпы людей принимают
равномерно распределенной интенсивностью 4000 Н/м2 (4 кН/м2).
При расположении подземных сооружений на больших глуби-
нах, где имеет место повышение температуры грунтового массива,
в районах вечной мерзлоты, а также в районах с сезон-
ными колебаниями температуры воздуха более 30°С
необходимо учитывать температурные воздействия на подзем-
ные конструкции. Они могут проявляться во внешне статически не-
определимых конструкциях и определяются в зависимости от тем-
пературы воздуха с учетом формы подземного сооружения и тепло-
физических свойств материалов конструкции. Нормативные значе-
ния температуры определяют по изотермам, соответствующим мес-
ту расположения подземного сооружения, глубине его заложения и
степени доступности теплого и холодного воздуха.
Подземные сооружения, заложенные в увлажненных глинистых
или мелких пылевытах песках, подверженных сезонному промер-
занию и оттаиванию, должны быть рассчитаны на действие сил
морозного пучения.
В некоторых случаях учитывают нагрузки на подземные конст-
рукции, вызванные усадкой и ползучестью бетона, а также осад-
ками основания сооружения.
При расчете подземных конструкций на особые сочетания на-
грузок необходимо установить величину и характер влияния осо-
бого воздействия. В качестве особых воздействий принимают сейс-
17.1
Таблица V.l
Нагрузки	Коэффициент перегрузки	Нагрузки	Коэффициент перегрузки
Активное давление грун- та: при сводообразовании: вертикальное горизонтальное от массы вывала: вертикальное горизонтальное от массы столба грун-	1,5 1„8 (1,2)* 1.4 1.2	Давление от массы вы- равнивающего, изоляци- онного, защитного и других слоев, а также дорожного	покрытия проезжей части и тро- туаров Собственный вес конст- рукций:	1.5 (0,9)
та:		монолитных	1,2 (0.8)
вертикальное	1,1	сборных	1,1 (0,9)
горизонтальное Реактивное	давление	1,3 (0,9) 1,2 (0,8)	Гидростатическое давле- ние	1,1 (0.9)
грунта (упругий отпор)		Предварительное напря- жение конструкций	1,3 (0,7)
* В скобках даны значения коэффициентов перегрузки, которые следует принимать,
когда уменьшение величин нагрузок приводит к невыгодному загружению конструкции
мические и ударные силы, массу затонувшего или севшего на мель
судна и другие нагрузки аварийного или случайного характера.
Сейсмические воздействия учитывают при расчете таких под-
земных сооружений, которые расположены в сейсмически активных
районах с возможной силой землетрясения 7 баллов и более. Сейс-
мичность района, в котором сооружается подземный объект, уста-
навливают по картам сейсмического районирования территории
СССР. Обычно в расчетах сейсмическую нагрузку считают ста-
тической, принимая, что она действует горизонтально в любом
направлении, создающем наиболее невыгодное загружение конст-
рукции. Сейсмические воздействия на подземные сооружения могут
быть представлены в виде инерционной нагрузки от собственного
веса конструкции и инерционной нагрузки от масс грунта.
Все нагрузки, входящие в состав основных и особых сочетаний,
являются нормативными. В соответствии с существующими норма-
ми статические расчеты подземных сооружений производят на
расчетные нагрузки, величины которых определяют, умножая их
нормативные значения на соответствующие коэффициенты пере-
грузки:
ЯР = ЯН^.	(V.20)
Коэффициенты перегрузки ki дифференцированы для каждого
вида нагрузок, а также для каждого сочетания нагрузок. Для од-
ного и того же вида нагрузок в пределах определенной части под-
земного сооружения коэффициенты перегрузки принимаются оди-
наковыми. Коэффициенты перегрузки для некоторых постоянных
нагрузок представлены в табл. V. 1.
Следует учитывать, что при определении расчетного бокового
давления грунта от временной подвижной вертикальной нагрузки
172
по формуле q = yh3K tg2 (45°—<р/2) значение угла внутреннего тре-
ния фн увеличивают на 5° при /г> 1 и уменьшают на 5° при &<1.
Коэффициенты перегрузки для временных нагрузок установле-
ны в зависимости от вида сочетаний нагрузок (табл. V.2).
Таблица V.2
Нагрузки	Коэффициент перегрузки при сочетании нагрузок	
	основном	особом
Автомобильная Н-30 Колесная НК-80 Железнодорожная СК-14: груженый состав порожний состав Поезда метрополитена Нагрузки от самолетов: концевые участки ВПП и магистральные РД средняя часть ВПП Толпа людей Строительные Сейсмические	1,4 1,1 Ъск=1,1—1,3* 1.0 1,3 1,0 0,85 4,4 4,4 1,3**	51 511 П П 5
* Коэффициент перегрузки зависит от
Х=0: 1,15 при Л = 50 м; 1,1 при Х>150 м.
Значения коэффициента перегрузки
необходимости скорректированы с учетом
работ.
длины загружения X и составляет 1,3 при
для строительных нагрузок могут быть при
местных условий в технологии производства
§ 17. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ,
ВОЗВОДИМЫХ ОТКРЫТЫМ И ОПУСКНЫМ СПОСОБАМИ
Расчет монолитных конструкций прямоугольного очертания. Кон-
струкции прямоугольного очертания, которые применяются чаще
всего на закрытых участках автотранспортных и пешеходных тон-
нелей мелкого заложения, подземных автостоянок и гаражей, со-
оружаемых открытым способом, а также подводных тоннелей, со-
оружаемых способом опускных секций, рассчитывают аналогичны-
ми методами.
Конструкции из монолитного железобетона или из цельных сек-
ций, представляющие собой в поперечном сечении замкнутую сис-
тему с жесткими узлами, рассчитывают как статически неопреде-
лимые рамные конструкции на упругом основании. При этом ис-
пользуют метод сил, метод перемещений или метод расчленения,
учитывая упругие свойства основания по гипотезе местных или об-
щих деформаций.
При расчете однопролетной рамы на упругом основании мето-
дом сил основную систему при симметричных нагрузках выбирают,
разрезая раму в середине перекрытия и прикладывая в этом месте
два неизвестных усилия: изгибающий момент Xi и продольную си-
лу Х2. Перерезывающая сила Х3 как кососимметричное неизвест-
ное при симметричной системе и симметричных нагрузках обраща-
ется в нуль (рис. V.5, а, б).
173
Рис. V.5. Схемы расчета монолитной рам-
ной конструкции на упругом Основании
а, в — расчетные схемы: б. г. д — основ-
ные системы
Значения неизвестных находят из решения системы каноничес-
ких уравнений:
бц Xj + 612 Х2 Мр = 0; 1
(V.21)
^21 *1 -У ^22 Х2 ~У Д2р - ’ 0. J
Перемещения бц, 612, 621, 622, Aip, АгР, входящие в эти уравнения,
могут быть представлены в виде суммы единичных (грузовых) пе-
ремещений и перемещений, вызванных действием упругого основа-
ния:
йн =	+ 6<о> ; б12 = б21 = -у ;
622 =	; Д1р = Д<‘> + А<°> ; Д2р = Д*>> + Д<°> .
174
Значения d<{> , б^> б^> , Ajp и Ag’ можно получить по обыч-
ным формулам строительной механики, а значения 6;°’ , 8^ , б^’>
А}”’ и А^р — по формуле Мора в элементе с упругим основанием:
= 2/г3/3£/; 6<®>=/i2/£/;	= (Z-ф-2/г)/£ /;	(V.22)
п	•» Л1/ Л1 n	d s	p Qi Qp d s
b^-^Kby^ds^ ~i-TdS+^ ^ГГ Л|1Ьр(О)
где К — коэффициент упругого отпора грунта; b — ширина расчетного участка
лотка; г/р — просадки лотка под действием единичных усилий и нагрузки;
ц — поправочный коэффициент, значения которого приведены в книге В. А. Ки-
селева «Балки и рамы на упругом основании».
Для определения значении оц , o2i ,022 , Д1Р и АгР возмож-
но также использовать общие формулы для углов поворота рам на
упругом основании в виде линейно-деформируемой среды:
6<?’ =
Х(0>
и21 —
х(°) __
°22 ~
£ I а
2lh (<3-Р^) .
EI а
21 (Р&’-Ргс)
£/ а
(V.24)
где |j 2d —угол поворота лотка в сечении С от Л4в/л£Ы=1;	—угол пово-
рота лотка в сеченин С от Л4с/п£Ы=1; а — показатель гибкости, равный а=
= лЕоЫ!Е1; £ — модуль упругости материала лотка; £0 — модуль деформации
грунта; Ь — ширина конструкции; I — пролет перекрытия; h — высота конструк-
ции; I — момент инерции сечения лотка.
Расчет обделки как рамы на упругом основании с использовани-
ем гипотезы местных деформаций можно производить по методике
ЦНИИСа — Метропроекта. При этом действие упругого отпора
грунта в основании тоннеля имитируется системой упругих стерж-
ней (рис. V.5, в).
Для расчета используют метод сил, принимая основную систе-
му путем врезания шарниров в местах постановки стержней (уп-
ругих опор) и в середине перекрытия и прикладывая неизвестные
моменты (рис. V.5, г). В зависимости от числа упругих опор
устанавливается количество неизвестных. Если, например, принять
7 упругих опор, то, учитывая симметрию системы, получим 5 неиз-
вестных усилий, для определения которых необходимо решить сис-
тему канонических уравнений вида
5
8ikM^ Аг-р = 0.	(V.25)
г
Входящие в канонические уравнения перемещения определяют
по развернутым формулам Мора:
175
где Afj, Мк, Мр, Nt, Nк, Np — моменты и нормальные силы в основной систе-
ме от единичных неизвестных и от нагрузки; Rt, Rk, Rp — реакции упругих
опор от единичных неизвестных и от нагрузки; {D = Ksb—приведенная жест-
кость упругой опоры (К —коэффициент упругого отпора грунта; s —расстоя-
ние между шарнирами в лотке, b — расчетная ширина конструкции).
Расчет ведут на вертикальное и боковое давление грунта и на
действие единичных моментов, приложенных в местах упругих
опор и в центре перекрытия. Усилия в основной системе от единич-
ных неизвестных и от внешней нагрузки находят последовательным
вырезанием узлов в лотковой части. Окончательные усилия в эле-
ментах обделки определяют по формулам:
М = Мр + 2 Mt;
У —	Ni Mi.
При расчете лотковой части тоннеля как балки на упругом ос-
новании используют гипотезу местных или общих деформаций. В
первом случае можно воспользоваться готовыми формулами и таб-
лицами для определения усилий, углов поворота, прогибов и реак-
ций основания в лотке. При этом учитывают показатель жесткости
s0 и приведенную длину балки А.о:
s0 = V4E//K& ; Ло= —,	(V.27)
So
где Е ! — изгибная жесткость балки; К — коэффициент упругого отпора грун-
та; I — длина балки; Ь — ширина балки, равная 1 м.,
Если Ло<1, балку считают абсолютно жесткой, если !</.,-,<
<2,75 — короткой, а если %0^2,75 — бесконечно длинной.
Расчет балок на упругом основании с использованием гипотезы
общих деформаций можно производить по методике проф. А. И.
Симвулиди (Расчет инженерных конструкций на упругом основа-
нии. М., Высшая школа, 1978). Пользуясь обобщенными формула-
ми для углов поворота балки на упругом основании, можно опреде-
лить неизвестные усилия и перемещения.
При расчете рамной конструкции на упругом основании ее
расчленяют на перекрытие, стены и лоток, учитывая взаимодейст-
вие этих элементов (рис. V.5, д). Угол поворота перекрытия в мес-
те сопряжения со стенкой находят, используя универсальную фор-
мулу упругой линии балки
рМВ) = 1 £ 71 (мл /;'2 - (р Z3) /24) .	(V.28)
Учитывая симметрию системы и используя условия статики,
можно записать:
| ма | = I мв 15
176
УА = УВ = РП2-,
1*л| = |*в| •
Боковые стены рассчитывают как балки, загруженные горизон-
тальным давлением грунта. Используя универсальную формулу уп-
ругой линии балки и условия статики, можно определить выражения
и для углов поворота (3^ЛС) и |Зу1С) , а также усилия Х'с и Х'А:
	1 ( Е /2 I	h Y ^мс +	h3 М.) -	 А> 360	(8 q2 + 7 Qi)	
=	1 1 Е /> (	h	h3 — — (Mr + 2М,)+	 6 с	А> 360		(7	+ 8?1)	
		Мг — Мд	h		(V.29)
	=	С	А h	+ ~ (<71 + О	2 д2);	
		Мг — Мд	h		
	*А =	С	А h	+ V (2 О	4- <?2) •	
Используя обобщенную формулу для углов поворота балки на
упругом основании, получим формулу для угла поворота лотка
&CD) = \ А/2 { ₽2С мс + ₽2‘S> MD + I [<с> Ус + YD] } , (V.30)
где — угол поворота лотка в сечении С от Мс/лЕ0Ь1 = 1;	—угол пово-
рота лотка в сечении С от Мв/лЕ0Ы = 1;	—угол поворота лотка в сечении С
от Ув/лЕ0Ы=1; —угол поворота лотка в сечении С от Ув/лЕ„Ы=1; Ео—
модуль деформации грунта; b — расчетная ширина обделки; I — пролет обделки.
Далее учитывая, что
Р^в> = -Р^с> ; р<?с’ = -р^) ,
а также используя условия статики, можно отыскать неизвестные
усилия и построить эпюры изгибающих моментов, поперечных сил,
прогибов и реактивного давления грунта в основании подземного
сооружения.
Рассмотренная схема расчета конструкции как рамы, опираю-
щейся в лотковой части на упругое основание, правомерна лишь
для жестких недеформируемых монолитных обделок.
Расчет тонкостенных обделок (например, цельносекционных)
следует производить как гибких конструкций, опирающихся по
стенам и в лотке на упругое основание. При этом учет взаимодей-
ствия конструкции с грунтом можно производить, используя раз-
личные модели упругого основания-
В практических расчетах пользуются гипотезой местных дефор-
маций, принимая в качестве характеристики грунта постоянный
или изменяющийся по длине элементов конструкции коэффициент
упругого отпора. Применяя методику расчета ЦНИИСа—Метро-
проекта, можно рассматривать цельносекционную обделку как не-
177
R-J Rg Rg !\g Ry Rg
Р+Рвр
[ПШИПШ
а,
а5
Рис. V.6. Схемы расчета рамных конструк-
ций с учетом упругого отпора грунта по
боковой поверхности
а —- расчетная схема; б, в — основные си-
стемы
а)
р*рвр
Ч’
42
х'в
в) P+PSp
м M И I V
> Iff
VI
s ? i i ’'£ s
Z7.


Чг
Рис.
178
.7. Схемы расчета двухпролетной (а — в) и многоярусной (е) рамных конструкций
на упругом основании

.Ж
I
замкнутую сверху раму, опирающуюся по стенам и в лотке на уп-
ругое основание, подчиняющееся гипотезе местных деформаций,
а перекрытие — как балку на двух опорах, загруженную вертикаль-
ной нагрузкой и сосредоточенными моментами по концам (рис.
V.6, а, б). В местах примыкания перекрытия к стенам обделки не-
обходимо приложить горизонтальные и вертикальные усилия и из-
гибающие моменты.
Действие упругого отпора грунта по стенам к лотку обделки
имитируется постановкой системы стержней с эквивалентными уп-
ругими свойствами. Используя такую расчетную схему, можно
учесть действие активного бокового давления грунта, заменяя рас-
пределенную нагрузку сосредоточенными силами, приложенными
в местах постановки горизонтальных стержней.
Разработана также методика расчета цельносекционных обде-
лок как рамных конструкций на упругом основании с использова-
нием гипотезы местных деформаций при переменном по высоте стен
коэффициенте упругого отпора грунта1-
Для учета взаимодействия стен и лотка цельносекционной об-
делки с грунтом разработан метод расчета по схеме плоской гиб-
кой рамы, опирающейся на взаимно перпендикулярные упругие
слои2.
Цельносекционную обделку можно рассчитать как раму, опи-
рающуюся по стенам и лотку на упругое основание, подчиняющееся
законам линейно деформируемой среды. При этом также исполь-
зуют метод расчленения обделки на отдельные элементы
(рис. V.6, в). Стены обделки рассматривают как балки на упру-
гом основании с постоянным по глубине модулем деформации.
Используя общие формулы для расчета балок на линейно дефор-
мируемом основании, можно определить углы поворота по
формулам:
{₽2Л МА +Ж’ Mc + h [К'Л,! ХА +₽з'^ Хс] } ; (V.31)
ма мс + h [<> хА ₽£> хс]}. (V.32)
JT С. о и И. '	-
Аналогичные выражения можно записать и для углов поворота
концевых сечений другой стенки.
Лоток обделки рассчитывают как балку на упругом основа-
нии, определяя угол поворота fjrcCD> по формуле
&CD) = ДГТД {Ко мс +<3 md + i [₽£> yd\ } • (V.33)
Кроме того, учитывают равенство углов поворота в местах
расчленения рамы:
1 Михельсон И. И. Расчет цельносекционных обделок тоннелей с учетом сов-
местной работы с окружающим грунтом. Труды МИИТ, вып. 355. М., Транспорт,
1970.
2 Кожушко В. П. К расчету обделок тоннелей мелкого заложения. — Извес-
тия вузов. Строительство и архитектура, 1972, № 10.
179
pyiS) = - pWC) . pG4C) = _
Используя дополнительно условия статики, можно найти
неизвестные моменты, продольные и поперечные силы и определить
внутренние усилия в элементах обделки.
Рассмотренные методы расчета прямоугольных однопролетных
обделок могут быть распространены также и на многопролетные
и многоярусные монолитные конструкции (рис. V.7).
При расчете подземных конструкций, возводимых траншейным
способом по технологии «стена в грунте», можно в первом при-
ближении воспользоваться методом расчленения обделки на
отдельные элементы — перекрытие, стены и лоток с учетом их
взаимодействия (рис. V.8). В зависимости от способа сопряжения
этих элементов перекрытие можно рассчитывать как свободно
опертую или защемленную по концам балку, а лоток — как бал-
ку на упругом основании, защемленную по концам или шарнирно
опертую на стены.
Стену рассчитывают как одно- или многопролетную балку под
действием активного давления грунта по наружной поверхности
и пассивного давления грунта по внутренней стороне заглублен-
ной в грунт части. Возможно также рассматривать стену как
балку на упругом или упругопластическом основании под дейст-
вием нагрузок, передающихся с перекрытия и лотка. При этом
используют различные модели основания. В частности, разрабо-
тан способ расчета, в котором стена рассматривается как полоса,
контактирующая с упругопластическим основанием в виде двух
четвертьплоскостей, смещенных одна относительно другой по
вертикали на глубину котлована1.
В тех случаях, когда конструкция подземного сооружения ра-
ботает как пространственная система, ее рассчитывают не только
в поперечном, но и в продольном направлении. В первом прибли-
жении расчет обделки в продольном направлении можно произво-
дить как балки на упругом основании, определяя значения
изгибающих моментов и поперечных сил. В зависимости от кон-
структивных особенностей, наличия деформационных швов и т. п.
для расчета принимают свободно лежащую, шарнирно опертую
или защемленную по концам балку. Использование такой рас-
четной схемы позволяет определить усилия, действующие только
в продольном направлении, и использовать их при расчете попе-
речных сечений конструкции по схеме плоской рамы.
Более точным является пространственный расчет системы как
балочной конструкции коробчатого сечения (призматической обо-
лочки), опирающейся на упругую полуплоскость, с различными
для разных областей значениями модуля деформации и коэффи-
циента Пуассона. При этом можно воспользоваться методом
конечного элемента или рассматривать призматическую оболочку
в виде дискретной стержневой системы — пространственной рамы.
1 Подземные сооружения, возводимые способом «стена в грунте». Л., Строй-
издат, 1977.
180
Рис. V.8. Расчетная схема (а) и основная система (б) обделки тоннеля, сооружаемого тран-
шейным способом
Рис. 9. Схема расчета рамповых конструкций из монолитного железобетона
а, б — с консольными степами; в, г — с распорками: д, е — с анкерами
181
Рамповые конструкции автотранспортных тоннелей мелкого
заложения и подводных тоннелей, рампы подземных автостоянок,
гаражей и комплексов, а также конструкции пандусов пешеход-
ных тоннелей из монолитного железобетона рассчитывают как
незамкнутые сверху П-образные рамы, лежащие на упругом
основании и загруженные боковым давлением грунта (рис. V.9).
При этом используют методы расчета, рассмотренные выше
применительно к закрытым участкам подземных сооружений.
Расчет сборных конструкций прямоугольного очертания. Пря-
моугольные конструкции полностью из сборного железобетона
рассчитывают поэлементно сверху вниз: вначале блоки перекры-
тия, затем — прогоны, колонны, средние и боковые стены и в
последнюю очередь — фундаментные блоки, подколенники, лотко-
вые плиты и балочные распорки.
Силовое взаимодействие между отдельными блоками учиты-
вают в зависимости от конструктивной схемы, вводя в местах
соединений жесткие или податливые связи (рис. V.10). При на-
личии узлов, не являющихся ни жесткими, ни податливыми, сле-
дует принимать такой вид связи, который обеспечивает запас
прочности конструкции. Блоки перекрытия П-образного или
таврового сечения работают на изгиб под действием постоянной
или временной нагрузок, а также горизонтальных сосредоточен-
ных усилий о* бокового давления грунта. Их рассчитывают
как однопролетные свободно лежащие балки, опирающиеся одной
стороной на стеновой блок, а другой — на прогон или среднюю
разделительную стенку (рис. V. 11, а).
Для П-образных блоков сначала рассчитывают плиту между
ребрами, загружая ее равномерно распределенной нагрузкой от
массы грунта и транспортных средств. При глубине заложения
подземного сооружения относительно поверхности земли менее
0,5 м сосредоточенные усилия от колес временной нагрузки Н-30
и НК-80 принимают действующими на площадку, размеры которой
зависят от толщины дорожной одежды и слоя грунта над тоннелем.
Рассматривают участок плиты шириной 1 м и расчетным проле-
том, равным:
1-р = ^0 + + ,
где /о — расстояние в свету между ребрами, м; ha — толщина плиты, м.
Плиту приближенно рассчитывают как балку на двух опорах
с учетом упругого защемления ее в ребрах. При этом вводят
коэффициенты, учитывающие защемление и понижающие значе-
ния изгибающих моментов. Величины поправочных коэффициен-
тов (ш0) зависят от соотношения между толщиной плиты и высо-
той ребра hp и составляют при	— (—0,7) на опоре и
(+0,5) в середине пролета, а при /гр<4/гп— (—0,7) на опоре
(+0,7) в середине пролета.
Таким образом, значения максимальных изгибающих моментов
при глубине заложения тоннеля менее 0,5 м могут быть опреде-
лены по формуле
182
Рнс. V.10. Расчетные схемы подземных
конструкций нз сборного железобетона
а — одноярусной; б — многоярусной
Рнс. V.11. Расчетные схемы элементов
сборных конструкций
а — блока перекрытия; б — стенового бло-
ка; в — фундаментного блока
183
М = mi
Pi I	( 2 Ip l3 Zg
8 +Рвр I ~
(1 + Р-) ^вр
(V.34)
где pi — нормативные постоянные нагрузки; £п<, &вр— коэффициенты пере-
грузки для постоянных и временных нагрузок; рВр — нормативная временная
нагрузка; /3 — длина участка плиты, загруженного временной нагрузкой, ар —
рабочая ширина плиты; ц — коэффициент динамичности.
Величину максимальной поперечной силы в месте заделки
плиты в ребрах определяют как для разрезной балки по формуле
S pi Iq kn i pBp l3
Q=------2----+—2—*вр(1 + ц).	(V.35)
Аналогичным образом находят величины моментов и попереч-
ных сил при загружении перекрытия временной нагрузкой от желез-
нодорожных поездов, трамваев или поездов наземных линий
метрополитена. По полученным значениям М. и Q подбирают про-
дольную и поперечную арматуру.
При расчете балок Т-образного поперечного сечения необходи-
мо вначале проверить прочность консольных плит, заделанных в
ребрах блоков. Продольные ребра П- и Т-образных блоков рас-
считывают как балку на двух опорах. Помимо вертикальной
нагрузки учитывают действие продольной силы, величина которой
при трапецеидальной эпюре бокового давления на стену можег
быть определ&на по формуле
„ з	1
т = — qiHc+—- (qi-q2) Лс,	(V.36)
о	10
где Qi, q2 — интенсивность бокового давления грунта на уровне верха и низа
стены; Нс — расчетная высота стены.
В связи с тем, что продольное усилие Т действует на стену
с эксцентриситетом е, максимальный изгибающий момент в сере-
дине пролета балки составит
S Pi L2 ki
Mmax = ----Ч-------Те.	(V.37)
о
Величину эксцентриситета е определяют как расстояние от
места приложения продольного усилия Т до нейтральной оси бал-
ки. При расчете П-образные сечения балок приводят к тавровым,
объединяя продольные ребра. Блоки рассчитывают на прочность
по нормальным сечениям при расположении нейтральной оси в
полке или ребре. Определяют изгибающие моменты и поперечные
силы и находят требуемую площадь продольной и поперечной
арматуры. После этого блоки рассчитывают по второму предель-
ному состоянию, определяя максимальные прогибы, которые не
должны превышать 'Доо пролета от нормативной временной на-
грузки.
Ребра блоков перекрытия подлежат также расчету по трещи-
ностойкости. Предельно допустимая величина раскрытия трещин
не должны быть более 0,2 мм при расчете на основные сочетания
нагрузок.
184
Стеновые блоки подземных сооружений прямоугольного очерта-
ния рассчитывают на действие бокового давления грунта с учетом
расположения временной нагрузки на призме обрушения. Расчет-
ная схема стенового блока представляет собой однопролетную
(для одноярусных сооружений) или многпролетную (для мно-
гоярусных сооружений) статически неопределимую балку, защем-
ленную в месте заделки стены в фундамент и свободно опертую
на верхнее и междуярусные перекрытия (рис. V.11, б). В зависи-
мости от принятой конструкции вертикальные реакции от блоков
перекрытия W могут передаваться на стену центрально или с
эксцентриситетом в\. В последнем случае в верхней части стено-
вого блока появляется изгибающий момент равный NeIr а в
заделке (в случае одноярусной конструкции)—М2=—0,5 Neit
которые суммируются с моментами от бокового давления грунта.
Стеновой блок рассчитывают как статически неопределимую
балку методом сил или пользуются готовыми формулами, опре-
деляя изгибающие моменты, нормальные и поперечные силы в
опорных и промежуточных сечениях.
Максимальный изгибающий момент и поперечную силу в
опорном сечении стены одноярусного подземного сооружения от
бокового давления грунта определяют по формулам:
qiH2 (92 — 91) Н2
И =--------—----------------
2	6
„	„	(92 — 91)	,,
Q = — ?! Нс —----------- Нс.
(V.38)
Помимо расчета по прочности стеновые блоки рассчитывают
по деформаций и трещиностойкости. При этом прогибы стен от
нормативной постоянной и временной нагрузок на призме обру-
шения не должны превышать '/зоо Не, где Нс — высота стены
тоннеля.
Фундаментные блоки и подколенники рассчитывают на дейст-
вие усилий М. и Q, передающихся со стенового блока, колонны
или средней стенки, а также под действием реакции грунта по
подошве о (рис. V.H, в). Боковые фундаментные блоки подвер-
жены внецентренному загружению изгибающим моментом и вер-
тикальной силой, а также давлением грунта в виде реакции по
подошве, массы грунта на консоли и боковым давлением
грунта q.
После определения величин всех сил, действующих на фунда-
мент, проверяют прочность сечений а — а и в — в, рассматривая
элементы фундамента как консольные. Кроме того, проверяют
напряжения на грунт под подошвой фундамента, которые не
должны превышать расчетных сопротивлений грунта на данной
глубине. Среднюю часть подколонников следует проверять на
продавливание. Фундаментные блоки и подколенники возможно
рассчитывать как брусья, лежащие на упругом основании.
Продольный прогон рассчитывают в зависимости от его конст-
Зак 104
185
руктивных особенностей как однопролетную разрезную, двухкон-
сольную однопролетную или многопролетную неразрезную балку.
Нагрузку на прогон собирают с опирающихся на него блоков
перекрытия и приводят к равномерно распределенной. Прогоны
таврового поперечного сечения с полкой в нижней части должны
быть проверены на кручение при загружении одного из пролетов
перекрытия временной нагрузкой.
Колонну и среднюю разделительную стенку рассчитывают на
действие усилий, передающихся непосредственно от блоков пере-
крытия или через прогон. Колонна рассматривается как централь-
но-сжатый стержень и рассчитывается с учетом продольного
изгиба. Лотковая плита работает на реактивное давление грунта
и рассчитывается как балка на упругом основании, заделанная в
фундаментные блоки, под действием нагрузок, передающихся от
фундаментных блоков. При длине лотковой плиты менее 5 м ее
можно рассчитывать как жесткую балку, загруженную реакцией
грунта и сосредоточенными моментами в местах заделки. Анало-
гичным образом рассчитывают сборные элементы рамповых и
пандусных конструкций. Помимо расчета по несущей способности
проверяют конструкции по деформациям и раскрытию трещин.
Максимальные прогибы стен рампы или пандуса не должны
превышать	(Нр — высота стены) при отсутствии распо-
рок или анкерных оттяжек и */зоо Др при их наличии.
Конструкции подземных сооружений прямоугольного очертания
должны быть проверены расчетом на нагрузки, возникающие в
процессе строительства, а элементы сборных конструкций — на
нагрузки, возникающие на стадии их изготовления, транспортиро-
вания и монтажа.
Особенности расчета опускных сооружений. Конструкции опуск-
ных колодцев и кессонов рассчитывают по первой и второй груп-
пам предельных состояний как на стадии эксплуатации, так и на
стадии строительства. Расчеты на эксплуатационные нагрузки
включают проверку прочности конструкции наружной оболочки,
ножевой части, днища и внутренних перекрытий и перегородок.
Кроме того, выполняют проверку устойчивости опускного соору-
жения против всплытия, опрокидывания и сдвига по подошве,
определяют осадки основания.
Стены опускных сооружений проверяют на действие бокового
давления грунта, гидростатического давления и давления бенто-
нитовой суспензии, если опускание ведется в тиксотропной ру-
башке (рис. V.12, а). Учитывая, что интенсивность этих нагрузок
изменяется с глубиной по линейному закону, рассчитывают от-
дельные секции опускного сооружения. Для этого выделяют рас-
четные звенья (пояса) высотой 1 м и загружают их осредненной
по высоте внешней нагрузкой. Если оболочка опускного сооруже-
ния состоит из сборных элементов, в качестве расчетного звена
принимают одно из колец. При расчете стен опускных кессонов
помимо перечисленных выше нагрузок учитывают давление сжа-
того воздуха на внутреннюю поверхность кессонной камеры.
186
Рнс. V.12. Схемы расчета подземных конструкций, возводимых опускным способом
а — в — схемы нагрузок; г — е — расчетные схемы
Определив нагрузки, звенья рассчитывают в зависимости от очер-
тания оболочки в плане по схеме замкнутой прямоугольной рамы
или кольца в упругой или податливой среде, аналогично тому
как рассчитывают конструкции тоннелей или других горизонталь-
но расположенных подземных сооружений. Усилия в отдельных
звеньях опускного сооружения круговой в плане формы могут
быть определены по приближенным формулам:
МА = 0,1488qR2 (пп — 1);
М„ = 0,1366 q R2 (пп — 1);
(V.39)
NA = qR [1 4- 0,7854 (n„— 1)];
Лв - qR [1 4-0,5 (rtH-l)l,
где q — величина бокового давления грунта; ин — коэффициент неравномерно-
сти бокового давления грунта, принимаемый равным 1,1 —1,3; R — расчетный
радиус оболочки.
Усилия в сечениях колодцев прямоугольного, эллиптического
и овального очертания могут быть определены по формулам и
графикам, приведенным в специальной литературе (Кирил-
лов В. С. Основания и фундаменты. М., Транспорт, 1980).
Расчет опускных сооружений по плоской схеме дает возмож-
ность определить усилия только в поперечном направлении.
Для выявления распределения усилий как в поперечном, так
и в продольном направлении опускные сооружения рассчитывают
по пространственной схеме как цилиндрические или призмати-
ческие оболочки.
Например, опускаемые в тиксотропной рубашке колодцы кру-
говой в плане формы при соотношении размеров
За;. 104
187
Нзо< 6/я < 1/15 И 1 <////? <6
(где 6 — толщина стен, м; R — расчетный радиус, м; Н — глубина
погружения, м) можно рассматривать как короткие тонкостенные
оболочки, которые рассчитывают на максимальные усилия от
действия тиксотропной суспензии (на стадии опускания) и от бо-
кового давления грунта (на стадии эксплуатации). Ножевую
часть опускных сооружений рассчитывают как консоль, заделан-
ную в оболочку по всему периметру кольца, овала, эллипса или
прямоугольника, в зависимости от формы сооружения в плане.
В первом приближении расчет ножевой части можно производить
по двум схемам: как балки, заделанной в стены, и как элемента
горизонтальной рамы на изгиб в горизонтальной плоскости.
Днище опускных колодцев и кессонов расчитывают как плиту
на упругом основании, защемленную или свободно опертую на
стены оболочки и загруженную собственным весом и давлением
воды (при наличии гидростатического напора).
Прочность потолка опускных кессонов проверяют при опира-
нии их на грунт по периметру ножевой части с пригрузом слоем
кладки над потолком. В зависимости от соотношения сторон А
и В поперечного сечения кесона потолок рассчитывают как сво-
бодно опертую балку пролетом В (при .4/В/^2) или как плиту,
опертую по четырем сторонам (при Л/В<2).
Конструкции колодцев и кессонов, заложенных в среде водо-
насыщенных грунтов, должны быть проверены на устойчивость
против всплытия при наивысшем уровне грунтовых вод по фор-
муле
(S G + 7',, + То + Qa)/(Yb Вв F) > fe„,	(V.40)
где S G — сумма всех постоянных вертикальных нагрузок; Т,,_, То — сила тре-
ния боковой поверхности ножа и оболочки по грунту; Qa — пригрузка колодца
анкерами против всплытия; ув— удельный вес воды; Н,,— расстояние от низа
днища до уровня грунтовых вод; F—площадь днища опускного сооружения;
k-n = 1,2 — коэффициент надежности.
Силу трения боковой поверхности ножа по грунту определяют
по формуле
(V.41)
где т—коэффициент условий работы, принимаемый равным 0,5; Uu— наруж-
ный периметр колодца на уровне ножа; 1ги — высота ножа; —нормативное
сопротивление трения грунта по боковой поверхности ножевой части колодца,
определяемое по табл. 2.2 (4) (Руководство по проектированию опускных ко-
лодцев, погружаемых в тиксотропной рубашке. М., Стройиздат, 1979).
Силу трения поверхности оболочки по грунту в зоне тиксотроп-
ной рубашки определяют по формуле
То = т hT f« ,	(V.42)
где Лт — высота тиксотропной рубашки; —нормативное сопротивление тре-
нию грунта по боковой поверхности тиксотропной рубашки, принимаемое при
тампонаже мелким щебнем с песком, равным 10 кН/м2, цементно-песчаным
раствором — 40 кН/м2, при отсутствии тампонажа — равным О'.
188
Необходимое усилие погрузки, создаваемой анкерами Qa, опре-
деляют из условия ограничения вертикального перемещения ко-
лодца при всплытии (не более 20 'мм).
Конструкции оболочки и ножевой части опускных сооружений
рассчитывают на прочность и проверяют на устойчивость в про-
цессе погружения. При этом рассматривают наиболее невыгодные
условия работы сооружения, при которых в элементах конструк-
ции возникают наибольшие усилия. Расчет оболочки колодца или
кессона в вертикальном направлении производят на растягиваю-
щие усилия, которые могут возникнуть при заклинивании (зависа-
нии) оболочки в грунте. В этом случае проверяют прочность сече-
ния оболочки в месте заклинивания под действием массы свободно
подвешенной части после удаления грунта из-под ножа (рис.
V. 12, б).
Минимальную толщину слоя грунта (й0), в пределах которого
возможно заклинивание колодца, находят из равенства
g (h0 + у0) — U f2y0 = Uf^ho,	(V.43)
где g — вес 1 м длины колодца по высоте; уо — мощность нижнего слоя грун-
та; U — периметр поперечного сечения колодца; f2 — сопротивление трения
верхнего и нижнего слоев грунта.
Максимальное растягивающее усилие Т в сечении колодца на
границе верхнего и нижнего слоев грунта можно определить из
выражения
Т (g — Ufz) (Ufi-g) /i0.	(V.44)
В соотвествии с полученной величиной Т подбирают необходи-
мую площадь растянутой арматуры стен без учета растяжения
бетона.
Следует учитывать, что при погружении оболочки в тиксотроп-
ной рубашке зависания практически не происходит и проверку
оболочки на разрыв можно не производить. В этом случае проч-
ность оболочки при погружении проверяют под действием боково-
го давления глинистого раствора и грунта с учетом сил трения по
наружной поверхности ножевой части (рис. V. 12, в).
Расчет оболочки колоде а производят также на усилия, возни-
кающие при спуске ее с подкладок, при неравномерной подработ-
ке грунта под ножевой частью, а также при попадании под нож
каких-либо крупных препятствий в виде валунов, стволов деревьев
и т. п. При этом в призматической оболочке возникают дополни-
тельные изгибающие моменты в вертикальной плоскости, величину
которых можно определить, рассчитывая оболочку по следующим
схемам:
с опиранием на две конпевые опоры (рис. V. 12, г);
V с опиранием по линии, соответствующей поперечной оси (рис.
с опиранием по двум полосам (рис. V. 12, е).
Первая и вторая расчетные схемы соответствуют случаю опуска-
ния колодца без водоотлива, а третья — с водоотливом и опира-
нием на фиксирующие подкладки. Расстояние между подкладками
189
определяют из условия равенства изгибающих моментов над опо-
рами и в середине пролета. Например, для колодцев прямоуголь-
ной в плане формы с соотношением сторон А/В>1,5 это расстоя-
ние I принимают равным 0,7 А. При расчете по указанным схемам
собственный вес продольных стен принимают в виде равномерно
распределенной нагрузки, а вес поперечных стен — в виде сосре-
доточенных сил. Оболочки кругового поперечного сечения рассчи-
тывают по схеме кольцевой балки, опирающейся на 4, 3 или 2 опо-
ры.
Помимо расчета на прочность опускные колодцы проверяют на
условия погружения по формуле
(Go -г GT м- QnP) (TH-\Ty--RH)^kH,	(V.45)
где G4, Gt—масса оболочки и тиксотропной рубашки; Qnp — усилия, созда-
ваемые пригрузом при принудительном погружении колодца; Тн, —силы
трения ножевой части и уплотнителя по грунту; Rn — усилие сопротивления
грунта под подошвой ножа; kH = 1,2 — коэффициент надежности.
Силу трения уплотнителя по грунту, вызванную погружением
колод’а, можно определить по формуле
Гу — U„ hy /у ,
(V.46)
где h.; — высота уплотнителя; =20 кН/м2 — нормативное сопротивление тре-
нию гр\нта по боковой поверхности уплотнителя.
Усилие сопротивления грунта под подошвой ножа колодца при
погружении следует определять по формуле
Я,	(V.47)
где Гц — площадь подошвы ножа; R — расчетное сопротивление грунта под
подошвой ножа.
Расчетные схемы опускных секций, применяемых при строи-
тельстве подводных тоннелей, устанавливают в соответствии с их
конструктивными схемами. Так, тоннельные секции кругового, по-
лигонального и бинокулярного наружного очертания рассчитыва-
ют по схеме кольца в упругой среде или свободно деформируе-
мого кольца (см. § 18), поскольку основным несущим элементом
таких конструкций является круговая обделка.
Тоннельные секции прямоугольного очертания рассчитывают
по схеме замкнутой рамы, так же как прямоугольные обделки
подземных сооружений мелкого заложения (см. § 17). Тоннель-
ные секции можно рассчитывать как пространственные системы во
взаимодействии с грунтовой средой по схеме расчета круглоцилинд-
рических или призматических оболочек на упругом основании.
Круговые цилиндрические оболочки могут быть рассчитаны па
основе моментной теории В. 3. Власова или другими методами,
разработанными для подобных конструкций. При расчете тон-
нельных секций прямоугольного очертания могут быть использо-
ваны методы, основанные на теории призматических оболочек и
плитно-балочных систем (Андреев О. О, Храпов В. Г. Расчет
конструкций подводного тоннеля из опускных секций; Богородец-
кий А. А. Тананапко О. Д. Статический расчет на ЭВМ прост-
ил»
ран!ственных конструкций с использованием стержневой модели).
Помимо расчета на эксплуатационные нагрузки опускные секции
проверяют на нагрузки, возникающие при изготовлении, транспор-
тировании, опускании их в проектное положение и подводном сты-
ковании.
Конструкции секций, заложенных в несвязных водопасыщен-
ных грунтах, должны быть проверены на устойчивость против
всплытия. Для опускных секций прямоугольного очертания сопро-
тивление всплытию на стадии эксплуатации тоннеля увеличива-
ется за счет образования призм выпирания, ограниченных плос-
костями скольжения (рис. V. 13). В этом случае величину удержи-
вающей от всплытия секции предельной силы на 1 м длины тон-
неля можно определить по формуле, предложенной д-ром техн,
наук В. Г. Храповым:
Т'пред = Gj -j- G2 + Fj fl qa sin a 4- F2 ря n -r F3 q0 f„,	(V.48)
где Gi, G2 — вес призмы грунта и вес опускной секции с учетом «взвешивания»
в воде; Ft — суммарная площадь наклонных плоскостей скольжения; ft —
коэффициент трения по поверхности скольжения; <у2 — нормальное давление
Рис. V.13. Схема расчета опускных секций на
всплытие
Рнс. V.14. Схемы расчета обделки в виде поло-
гого свода, опирающегося на грунт
а — расчетная схема; б, в —основная система;
г—эпюры моментов и нормальных сил
191
грунта в плоскости скольжения; Л2 — площадь основания секции; ра—вели-
чина атмосферного давления; п — коэффициент, учитывающий возможное пе-
ремещение водонасыщенного грунта под дннще секции; F3 — суммарная пло-
щадь боковой поверхности секции; q0 — давление грунта на стены секции;
/о -- коэффициент трения между насыпным грунтом и стенами секции.
§ 18. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ,
ВОЗВОДИМЫХ ЗАКРЫТЫМ СПОСОБОМ
Расчет обделок сводчатого очертания. Особенностью расчета
обделок сводчатого очертания является необходимость учета де-
формаций пят, характер которых зависит от условий опирания.
Обычно расчет обделок сводчатого очертания производят по од-
ной из следующих схем: пологий свод, опирающийся на грунт;
пологий свод, опирающийся на вертикальные стены; подъемистый
свод, опирающийся на грунт; подъемистый свод, опирающийся на
обратный свод.
Пологий свод постоянной или переменной жесткости, пролет
которого в 2—3 раза превышает высоту, является конструктивным
элементом многих тоннельных обделок и может опираться на
грунт или вертикальные стены. Расчет такого свода производят по
схеме бесшарнирной арки, загруженной вертикальным давлением
(собственный вес и давление грунта) (рис. V. 14, а). При расположе-
нии свода в относительно слабых грунтах на него может действо-
вать и боковое давление. При расчете свода считают, что он це-
ликом находится в безотпорной зоне и не подвержен действию
упругого отпора грунта по наружной поверхности. Деформации
пят свода учитывают по-разному при опирании его на грунт и на
стены.
Расчет пологого свода, опирающегося на грунт, производят с
учетом упругих деформаций пят в виде угла поворота р и смеще-
ния по направлению оси обделки Д. При этом считают, что сме-
щений пят по направлению радиуса кривизны свода не возникает
из-за наличия сил трения между пятой свода и грунтом. Обычно
при расчете определяют лишь горизонтальные составляющие
линейного смещения пят, полагая, что вертикальные составляю-
щие при симметричной нагрузке не оказывают существенного влия-
ния на распределение усилий в своде.
В большинстве случаев расчет симметричного и бесшарнирно-
го свода, являющегося трижды статически неопределимой систе-
мой, ведут методом сил. При действии на свод симметрично?!
относительно вертикальной оси нагрузки возможно рассматривать
один полусвод, заменяя действие отсеченной части неизвестными
усилиями X, и X? (рис. V. 14,6). В силу симметрии свода и дейст-
вующих на него нагрузок третье неизвестное—перерезывающая
сила в замке свода Х3 — обращается в нуль.
Неизвестные усилия Л; и Х2 могут быть приложены непосред-
ственно в замковом сечении свода или перенесены в упругий центр
и определяются путем решения системы канонических уравне-
ний вида:
192
6ц Xi ; 61-2 Х2 + Aip ;р — 0;
621 Xi + 622 Х2 4- Д2р + h р + А = 0,
где dik — перемещения по направлению i, вызванные единичными усилиями,
приложенными в точках k; А,р — перемещения по направлению i, вызванные
внешней нагрузкой; Р, А — угол поворота и горизонтальное смещение пяты
свода высотой h.
(V .49)
Перемещения 6ife и А1Р могут быть определены по двучлененной
формуле Мора:
У2 MjMkds s(2 NiNkds 1
ik ~ J EI + J E F
0	0	t
s/2 -	s/2 -	<V'50>
,	М/ Mp d s	,• Ne Np d s
X,p J EI	~EF '
0	0
Если свод очерчен по круговой кривой или по квадратной па-
раболе и имеет постоянную жесткость, а также в тех случаях,
когда изменение жесткости может быть выражено простой функ-
цией, определение перемещений 6ih и не вызывает затруд-
нений. Однако при очертании свода по коробовой трех- или пяти-
центровой кривой, а также в случае, когда изменение жесткости
свода выражено сложной функцией, процесс интегрирования зна-
чительно осложняется. При этом обычно применяют приближен-
ное численное интегрирование, разбивая полусвод на 4—5 клиньев
одинаковой длины или заменяя криволинейное очертание свода
ломаным (рис. V. 14, в). В этом случае каждая сторона вписанного
многоугольника должна иметь осредненную постоянную жесткость.
Распределенные нагрузки заменяют сосредоточенными усилиями,
прикладывая их в вершинах многоугольника. При этом перемеще-
ния определяют по формуле Симпсона (при четном числе клиньев
или сторон) или по формуле Котеса (при нечетном числе).
Усилия в основной системе можно найти, рассматривая единич-
ное и грузовое напряженное состояние полусвода, вызванное дей-
ствием Х] = 1, Х2 = 1 и внешней нагрузкой р.
Формулы для определения перемещений могут быть представ-
лены в виде:
Выражения для угла поворота и горизонтального смещения
могут быть записаны следующим образом:
д93
p-pjXi+p! hX,'-^, )
_____	/	( v.ЭД}
A - Л2 X2 L Ap.	J
Подставляя выражения (V.52) в канонические уравнения
(V.49), после приведения подобных членов получим:
(6и — р,) Xi (<\2 + h рх) Х2 + Aip ~г Рр = 0;	1 (у 53)
(б-л-лр!) х2-Н (6-2-2 Ч-А2 ₽± -м х.2 + А.,р-г/1 Рр-Г Ap = 0. J
Для решения системы уравнений (V. 53) необходимо_опреде-
лить перемещения пятового сечения свода: (31, |3Р, Аг и Ар.
Поскольку эти перемещения вызваны упругой податливостью грун-
та, то для их определения используют чаще всего гипотезу мест-
ных деформаций, выражая свойства грунта коэффициентом упру-
гого отпора К-
Окончательные выражения перемещений пятовых сечений:
Pi.--l.7nX; Рр = МрП//пХ; a) cos-([7/п X; Др = Хр п cos <р//гп X, (V.54)
где /п — момент инерции пятового сечения свода; hn — толщина пятового се-
чения свода; МРП, Хрп — изгибающий момент и нормальная сила в пяте сво-
да от внешней нагрузки.
Определив указанные перемещения, решают систему канони-
ческих уравнений (V.49) и находят значения и Х2. Далее
определяют значения изгибающих моментов и нормальных сил
в сечениях свода и строят соответствующие эпюры (рис. V.14,a):
M0 = Mp-~-Xi-//X2; 1	(V55)
= Хр + х2 cos <р. J
Расчет пологого свода, опирающегося на стены, отличается от
предыдущего расчета тем, что упругие перемещения пят свода
находят как смещения стен в местах сопряжения их со сводом.
При этом обделка как бы расчленяется на пологий свод и вер-
тикальные стены с учетом их упругого взаимодействия. Свод под-
вержен действию вертикального и бокового давления грунта и
считается упругозащемленным в стены (рис. V.15, а, б). Стены
опираются на грунт по боковой поверхности и по подошве и
воспринимают усилия, передающиеся от свода. Если толщина
стен значительно превышает толщину свода, то такие массивные
стены рассматриваются как абсолютно жесткие диски, собствен-
ными деформациями которых можно пренебречь. При этом счи-
тается, что горизонтальные смещения пятовых сечений стен
отсутствуют, а возникающие при этом горизонтальные усилия
преодолеваются трением по подошве стены и конструктивным
элементом (лоток, обратный свод).
Таким образом, стены имеют возможность поворота относи-
тельно наружной грани А и вертикального смещения. Перемеще-
ния верхней части стены Ад и угол поворота |3- связаны между
собой соотношением (рис. V.15,г).
(V.56)
где hi — высота стены.
194
Рнс. V.15. Схемы расчета обделки
в виде полого свода, опирающе-
гося на вертикальные стены
а—расчетная схема; б —основная
система; в, д — схемы загружения
стены; г — схема деформации стены
На стены передаются со свода усилия Нс, Мс, Qc, нагрузка
от вышележащего слоя породы Ро и собственный вес G. За счет
поворота стены возникает упругий отпор грунта по ее боковой
поверхности, эпюра которого имеет треугольное очертание с
максимальной интенсивностью Oh, а также сила трения Т2. По
подошве стены действуют нормальные напряжения од и <т2 и
сила трения 1\ (рис. V.15, в).
Расчет обделки начинают с рассмотрения условия равнове-
сия стены под действием приложенных к ней нагрузок. Состав-
ляют три уравнения равновесия: 2Х=0; 2У=0; 2Л4в = 0, где
Мв — момент всех действующих сил относительно В — центра
тяжести опорного сечения. Решая эти уравнения, можно опре-
делить максимальную интенсивность упругого отпора грунта на
уровне верха стены (од), а далее, учитывая, что в соответствии
с гипотезой местных деформаций
Ал = оа/Х, а р=Ай//гх,
получим
р = ай/ЛЛ1.	(V.57)
Таким образом, угол поворота р и горизонтальное смещение
пяты свода А = ₽ выражены через неизвестные усилия, при-
ложенные в пяте свода, и коэффициент упругого отпора грунта.
Подставляя выражения для р и Л в канонические уравнения
для свода
Хх -Д- Х2 + Aip Д- р = 0;
бах Хх Д- б22 Х2 Д- А 2р Д- р (Л Д- Ло) = 0
можно определить неизвестные усилия Хг и Х2, а затем подсчи-
тать величины окончательных усилий в своде и стенах.
(V.58)
195
Обделки в виде пологого свода, опирающегося на вертикальные
стены, заложенные в достаточно крепких скальных грунтах, мо-
гут быть рассчитаны методом, разработанным С. Н. Наумовым
(Волков В. П. и др. Тоннели и метрополитены. М.., Транспорт,
1975). При этом стена рассматривается как балка, лежащая на
упругом оснСГвании и загруженная неизвестными усилиями, пе-
редающимися со свода (рис. V.15, д). Перемещения верхнего
сечения стены р и Л определяют из расчета балки на упругом ос-
новании и подставляют в канонические уравнения (V.58) для
свода.
Обделки в виде подъемистого свода рассчитывают как ста-
тически неопределимые бесшарнирные арки, упруго защемлен-
ные в грунт.
Если тоннель окружают слабые и неустойчивые грунты, не
обладающие достаточными упругими свойствами, свод рассчиты-
вают только на активные нагрузки (вертикальное и боковое
давления грунта, гидростатическое давление) (рис. V.16, а).
В плотных и устойчивых грунтах помимо вертикального горного
давления учитывают действие упругого отпора по боковой по-
верхности обделки (рис. V.16, б).
Подъемистый свод в податливой среде рассчитывают при-
мерно так же, как пологий свод. Основное отличие заключается
в том, что в качестве деформаций пят подъемистого свода учи-
тывают только их поворот, считая, что горизонтальное смещение
отсутствует из-за сил трения по подошве стены.
Расчет подъемистого свода в упругой среде связан с необхо-
димостью учета сил отпора грунта, характер распределения и
величина которых зависят от свойства грунта и деформаций обдел-
ки; В большинстве случаев силы отпора грунта учитывают в соот-
ветствии с гипотезой местных деформаций, заранее задавая разме-
ры зоны упругого взаимодействия обделки с грунтом или определяя
ее в процессе расчета.
По методике, разработанной Г. Г. Зурабовым и О. Е. Буга-
196
евой на основе результатов многочисленных расчетов тоннельных
обделок, зона действия упругого отпора грунта задается двумя
нулевыми точками (рис. V. 16, в). Если свод имеет полуциркуль-
ное очертание, положение верхней нулевой точки определяется
центральным углом Т, величина которого составляет 90—150°.
Если очертание оси свода отличается от полуциркульного, верх-
нюю нулевую точку фиксируют в сечении, в котором пролет
свода составляет 0,7 В, где В — пролет выработки, м. Помимо
нулевых точек задается сечение h, в котором упругий отпор
грунта имеет максимальную интенсивность од. Положение этого
сечения определяется ординатой Но, которую откладывают от
верхней нулевой точки и принимают равной /7q = 0,33 Н при
Z^B и 77о = О,4 Н при h<B.
Задается также уравнение кривой упругого отпора в виде
отрезков двух парабол, плавно сопрягающихся в точке с макси-
мальной интенсивностью упругого отпора <гд. Уравнение этой
кривой, отнесенное к координатной системе с нулевой точкой в
месте, где упругий отпор имеет максимальное значение, имеет
вид
s =	=	(V.59)
где Ну — расстояние по вертикали от сечения 1г до любого рассматриваемого
сечения в пределах зоны упругого отпора грунта; Hi — расстояние по верти-
кали от сечения 1г до верхней или нижней нулевой точки, выраженное как
Н,—Нц нли Hi=H—Но.
Эпюру упругого отпора грунта строят от вертикальной пря-
мой, задавшись величиной щ. Таким образом, при расчете свода
величина од является неизвестной, и для определения ее исполь-
зуют гипотезу местных деформаций од = /Сбд, где бд— перемеще-
ние по направлению действия бд.
Силы трения по боковой поверхности обделки также могут
быть выражены через бд:
Тд = oh v = К бд V,
где v — коэффициент трения между обделкой и грунтом.
Расчет свода производят методом сил, прикладывая неизвест-
ные и х2 в замковом сечении (рис. V. 16, г) или в упругом
центре и составляя два уравнения деформации свода:
бы Ar + 6i2 + Aip + Р = 0;	|	(V 60)
621 A"i + 622 Х-2 + А2р -)- h Р = 0. )
Величины перемещений можно определить по формулам:
Л _ Т ds я _ я _ Т У ds
6цЕ! ; 612-621- J Е1 ;
о	о
s/2	ds	s/2 M„ds
п	о
s/2
Л2р = J
о
у d s
1П
1	Мр п
In К ;	= IK
где у — текущая ордината, откладываемая от замкового сечения свода; Мрп—
момент от нагрузки в пятовом сечении* cboahj
При определении грузовых перемещений Д1р, Дгр и р;> наряду
с действием активных нагрузок учитываются силы упругого от-
пора грунта и силы трения, выраженные через бд.
Перемещение бл может быть представлено в виде
6ft — Sfip + 6/,1 Х± -L бй2 ^2 + бд |3 •	(V.61)
Перемещения по направлению оь: 8hp, 6hi, бдг и бдр, вызван-
ные действием внешней нагрузки, неизвестных усилий Xi и Х2 и
поворотом пяты, могут быть определены по формулам
(рис. V.16, д) :
(V.62)
где Sh — длина осевой линии обделки от пяты до сечения h; у,, — перпендику-
ляр, опущенный нз пятового сечения на направление, по которому действует о*.
Определив таким образом перемещение бд, решают канони-
ческие уравнения (V. 58) и находят окончательные значения
и Х2. После этого вычисляют моменты и нормальные силы в
сечениях обделки.
Если очертание подъемистого свода отличается от полуцир-
кульного (трех- или пятицентровая коробовая кривая),для опре-
деления перемещений канонических уравнений применяют чис-
ленное интегрирование, аналогичному тому как это делается для
пологого свода.
При расчете подъемистого свода применяют также метод
Метропроекта, сущность которого изложена в § 18 применительно
к обделкам кругового очертания, метод расчета обделок в виде
стержневых полигональных систем, разработанный проф.
Н. Н. Шапошниковым, а также метод проф. С. С. Давыдова,
в котором учет упругого отпора грунта осуществляется с исполь-
зованием гипотезы общих деформаций.
Разработаны методы расчета обделок сводчатого очертания
на основе решения контактной задачи механики сплошной
среды с моделированием грунтового массива изотропной упругой
198
плоскостью (Фотиева Н. Н. Расчет обделок тоннелей некругово-
го поперечного сечения. М., Стройиздат, 1974).
Получают распространение приближенные численные методы
расчета обделок с применением ЭВМ: методы конечных элемен-
тов, конечных разностей, расширяющейся заданной системы и др,
Метод конечных элементов (МКЭ) основан на замене бес-
конечной области системой конечных элементов (чаще всего тре-
угольных), соединенных между собой в вершинах1. Обычно раз-
бивку на конечные элементы производят неравномерно, сгущая
сетку в тех областях, где необходимо получить более точные ре-
зультаты (например, в пределах предполагаемой зоны влияния
подземной выработки). Неизвестные усилия в узлах и смещения
узлов находят путем решения уравнений равновесия и совмест-
ности деформаций для всех узлов рассматриваемой области.
МКЭ может быть использован для решения контактной зада-
чи теории сплошной среды по взаимодействию конструкций под-
земных сооружений с окружающим грунтовым массивом2. При
этом можно решать плоские и объемные, линейные и нелинейные
задачи механики сплошной среды, принимая различные модели
грунтового массива с учетом анизотропии, неоднородности, сло-
истости, трещиноватости, нелинейного характера работы грунта
и обделки. В первую очередь этот метод следует применять в
тех случаях, когда нет строгих аналитических решений постав-
ленной задачи. Однако следует иметь в виду, что полученные при
расчете МКЭ решения соответствуют лишь данной конструкции,
заложенной в конкретных грунтах, и не могут быть распростра-
нены, подобно результатам аналитических расчетов, на анало-
гичные сооружения.
На рис. V.17 приведен пример использования метода конеч-
ных элементов для расчета конструкции подземной выработки
сводчатого очертания во взаимодействии с грунтовым массивом,
где в качестве конечного принят треугольный элемент. На схеме
показаны также эпюры распределения напряжений ат и оу в
грунте и по наружному периметру обделки.
При расчете тоннельных обделок сводчатого очертания сле-
дует учитывать возможность образования в них со временем
пластических деформаций. Расчет обделки в упругопластической
стадии заключается'в определении предельных нагрузок, вызыва-
ющих в конструкции одно из предельных состояний. Обычно
при расчете сводчатых обделок рассматривают два предельных
состояния: по несущей способности и по трещинообразованию.
Расчет по деформациям, как правило, не производят, так как
в силу жесткости монолитных обделок они могут потерять устой-
чивость лишь при нагрузках, значительно превышающих предель-
ные по несущей способности и образованию трещин. Расчет
! Городецкий А. С. и др. Метод конечных элементов в проектировании тран-
спортных сооружений. М., Транспорт, 1981.
2 Булычев Н. С. Механика подземных сооружений. М„ Недра, 1982.
199
Рнс. V.17. Схема расчета обделки мето-
дом конечных элементов (по В. И. Кар-
бакадзе)
1, 4 — эпюры 0^;, 2, 3 — эпюры а ; Г, 3',
5',	456',	609' — области грунтового
массива
ведут, определяя предельный экс-
центриситет нормальной силы в
замковом и пятовых сечениях
свода, соответствующий образо-
ванию в этих сечениях пластиче-
ских шарниров. Постепенно уве-
личивая вертикальное и боковое
горное давление, находят такое
сочетание этих нагрузок, при ко-
тором в обделке возникает одно
из предельных состояний. Расчет
монолитных обделок по предель-
ным состояниям дает возмож-
ность лучше использовать свой-
ства бетона и создавать более
рациональные и экономичные
подземные конструкции.
Все изложенные методы рас-
чета обделок в виде подъемисто-
го свода могут быть использова-
ны и при расчете обделок зам-
кнутого сводчатого' очертания с
обратным сводом. В соответст-
вии с распределением внутренних
усилий проверяют прочность бе-
тонных сечений. Для этого опре-
деляют величину предельной про-
дольной силы, которую может
воспринимать данное сечение.
Расчет обделок кругового очертания по схеме упругого кольца.
Обделки из монолитного бетона и железобетона, а также сбор-
ные металлические или железобетонные обделки с постоянными
связями растяжения между элементами рассчитывают по схеме
кольца в упругой или податливой среде. Поскольку в большинст-
ве случаев обделки кругового очертания являются тонкостенны-
ми конструкциями и имеют соотношение /?внД?н>0,75—0,80 (где
7?вн— внутренний, а Дн — наружный радиус обделки), их рас-
считывают по схеме упругого кольца, принимая линейное рас-
пределение напряжений по высоте сечения.
Если обделка располагается в устойчивых грунтах, обладаю-
щих достаточными упругими свойствами, ее рассчитывают как
кольцо в упругой среде (рис. V.18,a). Если же окружающие
тоннель грунты не способны оказать сопротивление перемещени-
ям обделки, расчет ее производят по схеме «кольцо в податли-
вой среде» (свободно деформируемое кольцо).
При расчете обделки как кольца в упругой среде рассматри-
вают систему «грунт — обделка», учитывая совместную работу
конструкции с окружающим грунтовым массивом. При этом
200
упругие свойства грунта могут быть выражены через коэффици-
ент упругого отпора К (гипотеза местных деформаций) или
через модуль деформации Ео и коэффициент Пуассона ц (гипо-
теза общих деформаций).
Поскольку положение безотпорной зоны заранее неизвестно,
задача становится нелинейной по отношению к нагрузкам и
потому труднорешаемой. В связи с этим существующие методы
расчета круговых обделок в упругой среде содержат различные
упрощающие предпосылки. В проектной практике широко ис-
пользуют приближенные методы расчета круговых обделок на
основе гипотезы местных деформаций. Наибольшее распростра-
нение получил метод расчета, разработанный в Метропроекте
пользуясь которым можно рассчитывать обделки не только кру-
201
гового, но и сводчатого, овоидального и другого очертания.
Метод Метропроекта основан на ряде допущений. Первое до-
пущение заключается в том, что криволинейную ось обделки
(окружность) представляют в виде вписанного в нее многоуголь-
ника. Для практических целей бывает достаточно разбить ось
обделки на 16 сторон (при использовании ЭВМ — на 24, 32, 48).
Второе допущение состоит в том, что распределенные внешние
нагрузки заменяют сосредоточенными силами, приложенными в
вершинах многоугольника. В соответствии с третьим допущением
действие сплошной упругой среды имитируют дискретной систе-
мой в виде отдельных упругих стержней, которые располагают
во всех вершинах многоугольника, кроме тех, которые находят-
ся в безотпорной зоне.
Размеры безотпорной зоны задают центральным углом Ф,
величина которого в зависимости от степени гибкости обделки
и свойств окружающих грунтов изменяется от 90 до 150°. Чем
более плотен грунт и менее жестка обделка, тем меньше протя-
женность безотпорной зоны.
Упругие опоры помещают во все вершины многоугольника в
пределах зоны действия упругого отпора грунта. Если силы тре-
ния между обделкой и грунтом в расчете не принимают, опоры
располагают По направлению радиуса кривизны. Для учета сил
трения необходимо дополнительно поставить тангенциально
направленные опоры или повернуть радиальные опоры на угол
трения y(y=arctgv, где v — коэффициент трения между обделкой
и грунтом) так, чтобы возникли касательные составляющие
упругих реакций.
Четвертое допущение касается замены непрерывного измене-
ния жесткости кольца обделки ступенчатым. При этом прини-
мают осредненные значения жесткости в пределах каждой стороны
многоугольника.
Таким образом, расчетная схема обделки представляется в
виде вписанного в окружность многоугольника, загруженного
сосредоточенными силами и опирающегося на грунт системой
упругих стержней (рис. V. 18, б). Эта статически неопределимая
система представляет собой плоскую стержневую модель, для
расчета которой наиболее целесообразно применять метод сил.
Основную систему получают, врезая шарниры в вершины,
находящиеся в пределах зоны упругого отпора и в замковом
сечении, и прикладывая в этих сечениях изгибающие моменты,
которые и принимают за неизвестные. Действие упругих стерж-
ней заменяют действием упругих реакций (рис. V. 18, в).
Число неизвестных в основной системе зависит от числа сто-
рон вписанного многоугольника. При использовании симметрии
системы в качестве неизвестных принимают парные изгибающие
моменты, приложенные к симметричным относительно верти-
кальной оси вершинам многоугольника.
Значения неизвестных определяют из решения системы кано-
нических уравнений метода сил, которая при замене оси обделки
ООО
вписаным равносторонним 16-угольником при ЧГ = 67О37Л имеет
вид:
<5ц /Их	4-	б13	/И3 -т~	е>14 Мц	...	б19	Л'?9	у-	Д1/у —-	0;
(\зх М£	у-	633	М3 +	634 Мц +	.. .	+	б39	/VI9	Д3р =	0;
691 Mi	“г	693	М3	694 Mi -|-	.. .	—	699	М9	-У	Д9р =	0.
(V.63)
Входящие в уравнения перемещения определяют по разверну-
той формуле Мора с учетом стержневого характера системы:
s !’ MiMkds	N£ Nk s . Rt Rk
= J EI - EE 'r ~ D
,, Mi MD d s	Ni Np s Ri Rp
Л — I ------------ -L У ------ _L V -----
(V.64)
где Mi, Mk, MP, Nt, Nk, Np—моменты и нормальные силы от действия еди-
ничных неизвестных и от нагрузки; Ri, Rk, Rp— упругие реакции от дейст-
вия единичных моментов и от нагрузки; I, F — осредненные величины момен-
та инерции и площади поперечного сечения стержней, являющихся сторонами
многоугольника; D — приведенная жесткость упругой опоры.
Величину D' определяют с использованием гипотезы местных
деформаций, предполагая, что каждая опора имитирует упругий
отпор грунта на участке между центрами прилегающих к опоре
сторон многоугольника:
D = К s Ь,
где b — ширина рассчитываемого кольца обделки (Ь=1 м); s — длина сторо-
ны многоугольника; К — коэффициент упругого отпора грунта.
Следует иметь в виду, что если первая упругая опора распо-
лагается непосредственно на границе безотпорной зоны, то при
одинаковых длинах всех сторон многоугольника приведенная жест-
кость ее должна быть уменьшена вдвое.
Усилия в основной системе определяют, используя принцип
независимости действия сил, последовательно от каждого воз-
действия: р\ М1 = 1; ЛГз= 1; ЛГ4= 1,	М9= 1. При этом основ-
ную систему расчленяют на верхнюю трехшарнирную арку и
и многошарнирную цепь на упругих опорах (рис. V. 18,г).
Усилия в арке находят из условия ее равновесия определяя
вначале опорные реакции Q и Н, а затем Л12, #1-2, Л^-з от дей-
ствия р, Mi = l и М3— 1. Возможно рассматривать трехшарнир-
ную арку как криволинейный брус без замены распределенных
нагрузок сосредоточенными силами.
Усилия в шарнирной цепи определяют последовательным вы-
резанием узлов, учитывая соответствующие каждому загруже-
нию реакции, передающиеся на цепь от трехшарнирной арки.
При вырезании каждого узла составляют по два уравнения рав-
новесия: сумму проекций всех сил на ось, совпадающую с радиусом
кривизны, и на ось, перпендикулярную этому направлению.
При этом учитывают, что сосредоточенные изгибающие мо-
менты в вершинах многоугольника (Мз= 1; М4 = 1; Л45 = 1,..., Mg= 1)
205
вызывает по концам соответствующих стержней многоугольника
поперечные силы, равные по величине 1/s. Таким образом опре-
деляют значения нормальных сил и упругих реакций в элемен-
тах многошарнирной системы от действия внешних нагрузок и
единичных моментов.
Определив усилия в основной системе, решают канонические
уравнения (методом Гаусса или с применением ЭВМ) и получают
значения неизвестных. После этого можно определить значения
изгибающих моментов, нормальных сил и упругих реакций по
формулам:
I- s Mi мк-
М) = Мр -Г 2 Ni Mk;
Ro = Rp 4- 2 Ri Mk,
(V.65)
где Мн — значения неизвестных.
Затем строят эпюры изгибающих моментов и нормальных сил
в кольце, а также эпюру упругого отпора грунта.
Метод Метропроекта является наиболее универсальным при-
ближенным методом расчета тоннельных обделок, ибо позволяет
рассчитывать как монолитные, так и сборные обделки практи-
чески любого очертания постоянной и переменной жесткости.
Рассмотренный метод отличается четкостью расчетной схемы,
наглядностью и возможностью повышать степень точности расчета.
Относительно большой объем вычислительной работы при замене
оси обделки вписанным 32- или 48-угольником не вызывает
затруднений при использовании ЭВМ.
Имеются стандартные программы расчета обделок методом
Метропроекта, применение которых позволяет быстро получать
искомые результаты для каждого конкретного случая при задании
соответствующих исходных параметров: размеров обделки, харак-
теристик материала, характера распределения и интенсивности
нагрузки, протяженности безотпорной зоны. Возможно использо-
вать несколько видоизмененную расчетную схему Метропроекта
(предложение проф. А. П. Даушвили) (рис. V.18, д). При этом
упругие опоры, имитирующие упругий отпор грунта, помещают
не на осевой линии обделки, а на некотором расстоянии от нее,
равном половине толщины кольца (d/2). Для этого во все вер-
шины многоугольника, находящиеся в пределах зоны упругого
отпора грунта, вводят абсолютно жесткие консольные элементы
длиной d/2. К каждому из этих элементов прикладывают по две
упругие опоры, располагая одну из них в радиальном, а другую
в касательном направлении.
При учете сил трения между обделкой и грунтом обе опоры
поворачивают на угол трения у. 'Наличие двух опор в каждой
вершине вписанного многоугольника позволяет учесть упругое
сопротивление перемещениям обделки не только в радиальном,
но и в касательном направлении. Это достигается введением двух
коэффициентов упругого отпора грунта Ki и К2, характеризующих
упругие свойства грунта в этих направлениях. В остальном мето-
204
Рис. V.19. Расчетная схема (а) и
основная система (6) обделки произвольного очертания
(модель ЦНИИС)
дика расчета обделки ничем не отличается от ранее изложенной.
Расчет по видоизмененной схеме Метропроекта позволяет точнее
учесть реальные условия упругого взаимодействия обделки с
окружающим грунтовым массивом.
Для приближенных расчетов можно пользоваться упрощенной
методикой Метропроекта. Учитывая, что усилия в нижней части
кольца обделки, как правило, значительно меньше, чем в верхней,
можно принять, что для 16-угольника значения изгибающих мо-
ментов в вершинах 6—9 равны нулю, а число неизвестных со-
кратится до четырех.
Существуют и другие методы расчета обделки по схеме «коль-
цо в упругой среде» с использованием гипотезы местных или
общих деформаций. Так, на базе гипотезы местных деформаций
О. Е. Бугаевой предложен ускоренный метод расчета круговых
обделок в упругой среде, в котором очертание и зона действия
упругого отпора грунта задаются заранее. В основе разработан-
ного С. А. Орловым метода расчета — решение контактной задачи
теории упругости по установлению зависимости между нагрузка-
ми и деформациями контура выреза в сплошной, однородной,
изотропной и линейно деформируемой среде.
Разработана универсальная методика расчета обделок произ-
вольного очертания на произвольно заданную нагрузку с исполь-
зованием серии программ на ЭВМ типа БЭСМ-4 — модель
ЦНИИСд. Расчетная схема представляет собой статически не-
определимую стержневую полигональную систему из одномерных
элементов, опирающихся на двухмерный элемент — контур выреза
в упругой среде — посредством опорных элементов, состоящих
из парных взаимно перпендикулярных стержней (рис. V.19, а).
1 Совершенствование методов расчета тоннельных конструкций. Труды
ЦНИИС, вып. 81. М„ 1974.
205
или полуплоскость и пр.).
р
m।>Утп
Такая модель позволяет рассчитывать обделки под действием
перемещений контура выработки и активных парных усилий Р,
направленных в противоположные стороны. Основную систему
получают путем постановки шарниров в каждой вершине много-
угольника, а также в серединах стержней с заменой внутренних
усилий сосредоточенными взаимно уравновешенными моментами
(рис. V.19, б).
Таким образом, сложная задача о напряженно-деформирован-
ном состоянии подкрепления края выреза в весомой плоскости
(полуплоскости) разделяется на более простые. Усилия в стерж-
невой системе определяют методом сил, а деформации неподкреп-
ленного контура выработки — из решения контактной задачи ме-
ханики сплошной среды или по данным экспериментальных
исследований. Неизвестные усилия в заданной системе находят
из условий совместности угловых перемещений концов стержней
во всех шарнирах от действия парных моментов и от перемеще-
ний контура неподкрепленной выработки:
п
2 Л/ Mj-rBip = 0,	(V.66)
/=1
где Aij — взаимный угол поворота концов стержней в i-м шарнире под дейст-
вием единичиого-момента = 1 в /-м шарнире; Bip — взаимный угол пово-
рота концов стержней в гм шарнире под действием парных сил Р, Р'.
Пользуясь этим методом, можно рассчитывать жесткие и гиб-
кие шарнирно изменяемые обделки, принимая различные модели
грунтового массива (винклеровское основание, упругая плоскость
По схеме «кольцо в упругой
среде» можно рассчитывать и
мононолитно-прессованные бетон-
ные обделки. Особенностью ста-
тической работы таких обделок
является взаимодействие с грун-
том по всей наружной поверхно-
сти. За счет усилий обжатия дОб в
бетоне возникают нормальные
усилия
Vo = </об Р
(R — радиус обделки, м) и соот-
ветствующие им сжимающие на-
пряжения. Расчет такой обделки
можно производить как кольца,
впрессованного в круговой вырез
в упругой невесомой плоскости с
приложенной по контуру выреза
нагрузкой.
Допускается рассчитывать мо-
нолитно-прессованные обделки
пл t :.t т~п
Ро
Рис. V.20. Расчетная схема и основная си-
стема кольца в податливой среде
206
как обычные монолитные под действием вертикального и боково-
го активного давления грунта, причем величина бокового давления
должна быть не менее 0,7 величины вертикального давления.
Обжатие грунта при прессовании бетонной смеси может быть
учтено увеличением характеристик упругого отпора в 1,4 раза.
Расчет обделки по схеме свободно деформируемого кольца
без учета упругого отпора грунта производится значительно
проще, чем кольца в упругой среде. Применяя для расчета
метод сил, основную систему выбирают в виде полукольца, за-
крепленного в нижнем сечении (рис. V.20). Неизвестные и
Х2 прикладывают в упругом центре, который в случае обделки
постоянной жесткости совпадает с центром кольца. Уравнения
деформации имеют вид:
Ф1Х1^Л1р = 0; j
622 -г Д2р = 0. J
Перемещения 6ц, б22, Ацо и A2jn определяют по одночленной
формуле Мора. Окончательные усилия в сечениях кольца:
Мо = Мр + М — X,A’cos<p; Т	(V 68)
Л'о = Лф - Х2 cos <р.	J
Расчет сборных обделок с учетом деформаций стыков. Стати-
ческая работа сборных обделок сводчатого и кругового очерта-
ния во многом определяется конструктивными особенностями бло-
ков или тюбингов, их размерами, свойствами окружающих
грунтов.
Тонкостенные сборные обделки помимо расчета по прочности
в ряде случаев должны быть рассчитаны на устойчивость формы
п на трещиностойкость как на стадии монтажа, так и на эксплу-
атационной стадии. Существенное влияние на характер распре-
деления и величину внутренних усилий в обделке оказывают де-
формации, возникающие в стыках между отдельными элементами.
Причинами появления местных деформаций в стыках могут
явиться технологические дефекты торцов блоков (трещины,
сколы, раковины), повреждения элементов при их транспортиро-
вании, неточности монтажа колец обделки и пр. В связи с этим
элементы сборных тоннельных обделок должны быть проверены
расчетом на стадии транспортирования и монтажа.
Расчет сборных обделок в эксплуатационной стадии произ-
водят с учетом деформаций стыков между элементами. Расчет
ную схему обделки устанавливают в зависимости от формы
стыков, вида скреплений между элементами, количества послед-
них в кольце, наличия или отсутствия перевязки швов между
кольцами и пр. Применяют различную методику расчета обделок
с плоскими стыками без начальных зазоров, с начальными зазо-
рами в стыках и с шарнирными стыками. При отсутствии на-
чальных зазоров в стыках возникают угловые и линейные сме-
щения, определяемые упругой податливостью материалы блоков.
207
Рис. V.21. Схемы расчета сборных обделок с учетом деформаций стыков
а, г — схема кольца обделки; б — расчетная схема; в. д, е, ж—основная система
Расчет таких обделок можно производить, используя расчетную
схему Метропроекта и учитывая совместную работу обделки с
окружающим грунтом по гипотезе местных или общих деформа-
ций.
При составлении расчетной схемы необходимо, чтобы часть
вершин вписанного в окружность многоугольника совпадала с
радиальными стыками между элементами кольца обделки. Зам-
ковый блок с центральным углом менее 10° может без особых
погрешностей считаться местом перелома оси обделки
(рис. V.21,a—в). При расчете обделок с плоскими стыками без
начальных зазоров угловые перемещения а, вводят в правую
часть тех канонических уравнений метода сил, которые отрицают
наличие взаимного поворота смежных сторон многоугольника,
сопрягающихся в вершинах, совпадающих с радиальными сты-
ками блоков обделки.
Поскольку установлено, что угловые перемещения возникают
только в пределах безотпорной зоны, их учитывают в правой
части одного пли двух уравнений
SM +	=	(V.69)
В связи с тем, что величина а; зависит от эксцентриситета
нормальной силы, который заранее определить невозможно,
значение угла щ вычисляют путем последовательных приближе-
ний.
Линейные перемещения стыков Z, учитывают при определении
перемещений, входящих в канонические уравнения.
208
J Е[ т ~ FF . - D
Лт, представляющую собой приведенную линейную
стыков от действия единичных изгибающих момен-
определить из выражения
Если расчет ведут с использованием гипотезы местных дефор-
маций, формула для перемещений приобретает вид
б.*_ Г ^Mkds - . V	, у	, УТ.Х-,. zv 701
Величину
деформацию
тов, можно
Х(--(Vft,W)	(V.71)
где — линейная деформация стыка, полученная в результате эксперименталь-
ных исследований.
Значения л, в зависимости от нагрузки приведены во «Вре-
менных методических указаниях по статическому расчету сбор-
ных железобетонных обделок тоннеля».
Полученные в результате расчета значения нормальных сил
в стыках железобетонной обделки не должны превышать несу-
щей способности стыков
Л'<2 7?пр bdc (о,5--М ф„,	(V.72)
' ас )
где N— расчетная нормальная сила в стыке; Ь — ширина блока; dc — высота
с( чсния блока в месте стыка; е — эксцентриситет нормальной силы относитель-
но оси блока; фо — коэффициент, зависящий от конструкции н армирования
торцов блоков.
При расчете сборных обделок с начальными зазорами в сты-
ках необходимо учитывать, что зазоры появляются в случае от-
сутствия связей между блоками (тюбингами), при неточной
обработке их торцов, при взаимном смещении элементов во вре-
мя монтажа. При этом нормальные силы, действующие в кольце,
передаются не центрально, а по линии или ограниченной площад-
ке смятия. В связи с этим возникают эксцентриситет нормальной
силы е п изгибающие моменты в стыках
.М ± N е.
Величина эксцентриситета е зависит от максимальных напря-
жений по площадке смятия и очертания эпюры нормальных
напряжений по площадке и может быть определена по формуле
(V.73)
где dlt — расстояние от оси обделки до края блока с наружной стороны или до
чеканочной канавки с внутренней стороны; b — ширина кольца обделки; kt> —
коэффициент однородности материала обделки; — нормативное сопротивле-
ние бетона сжатию при изгибе.
При расчете обделок с начальными зазорами в стыках из
крупных блоков, когда необходимо учитывать податливость
грунта и жесткость самих блоков, можно использовать расчет-
ную схему Метропроекта. Места перелома профиля (вершины
вписанного многоугольника) должны совпадать со стыками, в
которых имеются начальные зазоры. В этих вершинах прикла-
дывают сосредоточенные изгибающие моменты, величину которых
209
определяют с учетом эксцентриситета, вычисленного по формуле
(V.73). Таким образом, число неизвестных (неизвестными явля-
ются изгибающие моменты в тех вершинах многоугольника, ко-
торые не совпадают со стыками, где есть начальные зазоры)
сокращается и уравнения деформации приобретают вид
X А1/ N'p Э \ж.т ' 3,
где Д1М — перемещения в основной системе от действия изгибающих моментов,
приложенных в вершинах многоугольника, соответствующих стыкам с началь-
ными зазорами.
Эти уравнения решают методом последовательных прибли-
жений.
Если обделка состоит из мелких блоков, жесткость которых,
так же как и податливость грунта, можно не учитывать, расчет
выполняют по условиям равновесия каждого блока. Однако в
этом случае шарниры располагаются не по оси обделки, а в ее
углах с наружной или внутренней стороны. К каждому стыку
прикладывают сосредоточенный изгибающий момент, равный
по величине M = Ne, причем эксцентриситет определяют по фор-
муле (V.73).
Расчет таких обделок из мелких блоков (тюбингов) с центри-
рованными усилиями в стыках можно производить по схеме
Метропроекта, принимая в качестве неизвестных изгибающие
моменты только в тех вершинах многоугольника, которые не сов-
падают со стьПсами (рис. V.21,a, д'). При этом замковый блок
или вкладыш, размеры котрых значительно меньше, чем осталь-
ных элементов, принимаются в качестве шарниров. Поскольку
цилиндрические стыки не идеальные шарниры, в них.возникают
изгибающие моменты, величины которых, по данным проведенных
исследований, не превышают 7И = ±0,1 Nd. Таким образом, при
расчете обделки из крупных блоков с цилиндрическими стыками
по схеме Метропроекта следует приложить эти моменты (Л1 = ±
±0,1 Nd) во все вершины многоугольника, совпадающие с ци-
линдрическими стыками.
Расчет таких обделок из мелких блоков без учета их жест-
кости и податливости основания производят по условиям равно-
весия каждого блока, в стыках которого приложены сосредо-
точенные изгибающие моменты М = 0,1 Nd (рис. V.21, е).
После определения внутренних усилий необходимо проверить
несущую способность цилиндрических стыков
N 'С 0,75 Rnp bd,	(V.74)
где b — ширина блока; d — высота сечения блока.
Расчет обжатых в грунт сборных обделок производят так же,
как обделок с цилиндрическими стыками из мелких или крупных
блоков, учитывая дополнительно усилия обжатия. При этом не-
обходимо, чтобы растягивающие напряжения в бетонных элемен-
тах были равны нулю, а в чугунных — не превышали расчетных
сопротивлений чугуна растяжению.
210
Максимальные сжимающие напряжения в сечениях обделки
не должны превышать расчетного сопротивления материала
сжатию. Исходя из этих предпосылок, находят значения макси-
мальных и минимальных усилий обжатия. При этом необходимо
учесть потери усилий обжатия за счет сил трения между обдел-
кой и грунтом, а также за счет ползучести бетона и окружающих
грунтов с течением времени.
Обычно обжатые в грунт обделки рассчитывают как на ста-
дии монтажа, так и на стадии эксплуатации. В монтажной
стадии обделку загружают полным усилием обжатия без учета
горного давления. Расчет на стадии эксплуатации производят с
л четом развития горного давления и релаксации усилий предва-
рительного обжатия как необжатых обделок. Если нормальная
сила от горного давления в месте обжатия окажется меньше
остаточного усилия обжатия, то это усилие учитывают взамен
горного давления.
Для расчета обделок, обжатых в грунтовый массив, можно
воспользоваться методикой канд. техн, наук Ю. Н. Айвазова,
по которой блоки обделки считаются недеформируемыми, а
контур выработки рассматривается как упругое основание, под-
чиняющееся гипотезе местных деформаций1. Это дает возмож-
ность находить усилия в обделке как в системе жестких круго-
вых брусьев на упругом основании (рис. У.21,дас). На основе
решения дифференциального уравнения радиальных перемещений
жесткого кругового бруса на упругом основании получены выра-
жения для радиальных контактных напряжений и внутренних
усилий в любом поперечном сечении обделки:
sin -n sin — i|>)
J =----------------------;----;------------------ ;
Sin 4’r
.Мф = r0 (1 — cos 4) + Qz_, r0 sin ф - tn r~0 a(A x
[-	- cos it,- -	- 1 mro о,-	_
a m e — ------------------ (b — tn f) Д-------------------- (b — m f);
sin 47	J sin ipz
f- cos ip,- — >
A,|. —- Л'г_| cos ip— Q(._ । sin 4 - rnr0 la — —;------------------------------ b
(V.75)
tn rn (5/ —
— ----b 
sin 47
COSIpZ-'l tnrod;~
,. = Л • , sin 4 - Q. . cos 4 — tn r0 o, ! c - —- d - ——- b,
11	' 1	' 1	\ sin 4/ ! sin 47
где a„ a,-i— радиальные контактные напряжения на уровне i-ro и i+1-го
шарниров; Ni-i, Q,-i — нормальная и поперечная силы в 1— 1-м шарнире; m —
отношение наружного радиуса обделки гп к осевому r0; a, b, с, d, е, f — коэф-
фициенты.
Величины усилий, действующих по концам каждого блока,
определяются из уравнений равновесия (по три уравнения на
1 Айвазов Ю. Н. Расчет тоннельных обделок, обжатых в породу. Киев,
КАДИ, 1978.
211
каждый блок). Обделки рассчитывают на ЭВМ для двух стадий
работы, соответствующих начальному обжатию кольца домкра-
тами или клиновыми блоками, без учета горного давления и на
действие горного давления в период эксплуатации тоннеля.
Глава VI ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
§ 19. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬСТВА
Основные принципы строительства. Работы по строительству
подземных сооружений выполяют в соответствии с разработан-
ной проектно-сметной документацией, включающей проект орга-
низации строительства (ПОС), утвержденный и согласованный
в установленном порядке.
При разработке проекта организации строительства город-
ских подземных транспортных сооружений необходимо учитывать
особенности больших городов: с одной стороны, наличие мощной
индустриальной базы, широкого парка строительных машин и
оборудования; с другой стороны, стесненные условия городской
планировки и „застройки, интенсивное уличное движение, густая
сеть подземных коммуникаций.
Проект организации строительства подземного сооружения
разрабатывается проектной организацией на основе требований
действующих норм и технических условий с учетом передового
опыта строительства аналогичных объектов и конкретных усло-
вий строительства. .При этом предусматриваются меры по обес-
печению минимального стеснения городской территории, охране
окружающей среды, а также условий безопасного ведения
работ.
В состав проекта входят: генплан организации строительства;
ситуационный план участка с указанием расположения всех не-
обходимых объектов, улиц и дорог, зданий и сооружений; схемы
строительных площадок; схемы, определяющие развитие фронта
работ; технологические схемы возведения подземного объекта;
таблицы объемов основных работ; график производства работ;
график потребности в основных строительных машинах и обору-
довании; график потребности в рабочей силе и пояснительная
записка.
На основе проекта организации строительства проектная или
строительная организация разрабатывает проект производства
работ (ППР), учитывающий уточненные местные условия, нали-
чие машин, механизмов и оборудования, ресурсов рабочей силы
и т. п. В ППР включают: технологические схемы, выполнения
подземно-строительных работ; таблицы с показателями, характе-
ризующими затраты труда и материалов; календарный план
212
производства работ; график движения рабочей силы; график
работы основных строительных машин и механизмов; график
поступления строительных конструкций, материалов и оборудо-
вания; план обеспечения строительства транспортными средст-
вами.
При разработке проекта организации строительства и проекта
производства работ руководствуются необходимостью достиже-
ния наивысшей производительности труда, обеспечения быстрей-
шего ввода в эксплуатацию данного объекта при высоком качест-
ве выполнения работ. Это возможно только при высокой степени
индустриализации, комплексной механизации и автоматизации
основных технологических процессов, при четкой организации
всех видов работ.
Организация и управление строительством подземных соору-
жений на современном этапе осуществляется на основе научной
организации труда (НОТ). Это комплекс мероприятий, направ-
ленных на совершенствование организационной структуры и си-
стемы планирования и управления строительством, на повышение
уровня организации производственных процессов. При этом пре-
дусматриваются более эффективное использование механизмов
и оборудования, улучшение материально-технического снабже-
ния, внедрение прогрессивной технологии и передовых форм
труда и т. п.
Одной из наиболее прогрессивных форм организации работ
при строительстве крупных подземных сооружений является
поточный метод, предусматривающий последовательное возведе-
ние отдельных элементов сооружения при непрерывном и равно-
мерном выполнении установленных объемов работ. При этом
требуются тщательная предварительная инженерная подготовка
территории строительства, обеспечение максимального фронта
работ, оперативность производственного аппарата и материаль-
но-промышленной базы. Технологический поток организуется на
строительстве в целом, а также на отдельных его участках. Спе-
циализированные строительные подразделения, бригады, звенья
включаются в работу последовательно в соответствии с видом
выполняемых технологических операций, что обеспечивает сов-
мещение во времени горно-проходческих, монтажных и отделоч-
ных работ. Применение поточного метода позволяет обеспечить
полное завершение строительно-монтажных работ на отдельных
участках в установленные сроки за счет более четкой специали-
зации строительных подразделений, эффективного использования
материально-технических ресурсов и капитальных вложений,
организации работ по методу бригадного подряда и повышения
производительности труда.
Работы на строительных участках должны выполняться цик-
лично. В каждый цикл включают обычно все виды работ, обес-
печивающие создание законченного участка подземного соору-
жения (1 м длины тоннеля, заходка). Продолжительность цикла
определяет скорость проходки выработки и устанавливается
213
Рис. VI.1. Календарный график производства работ
П.Р. — подготовительные работы; О.С. — освоение стройплощадки; 3.С. — забивка свай;
р. К. — разработка котлована; Б.П. — устройство бетонной подготовки; Г.Л. — гидроизоля-
ция лотка:1 .V.К. — монтаж конструкций; Г.С.П. — гидроизоляция стен и перекрытия; 0.3.—
обратная засыпка; И.С. — извлечение свай; В.Д.О. — восстановление дорожион одежды;
У.П. Ч. — устройство проезжей части; М.Р. — монтажные работы; О.Р. — отделочные работы
путем составления специального графика — цилкограммы работ.
Все виды работ включенные в циклограмму увязывают, исходя из
их технологической последовательности и возможности совмещения;
продолжительность выполнения каждой технологической опера-
ции устанавливают в соответствии с нормами времени.
Циклограммы являются основой для составления календар-
ного графика производства работ (рис. VI. 1), в котором отра-
жается последовательность выполнения отдельных видов работ
по сооружению подземного объекта в соответствии с установлен-
ным сроком строительства.
Помимо календарного графика составляют график движения
рабочей силы, определяющий потребность в людских ресурсах на
всех стадиях строительства, а также график потребности в энер-
гии, основных материалах и оборудовании.
В последнее время взамен линейных календарных графиков
применяют сетевые графики работ, позволяющие более точно
учесть все нужды и возможности строительства, наметить на-
иболее рациональные пути выполнения основных и вспомогатель-
ных технологических операций. Сетевые графики разрабатывают
исходя из конечного срока, установленного для ввода в действие
данного подземного объекта. Графиком определяется продолжи-
тельность основных этапов и очередность строительства отдель-
ных объектов, входящих в состав подземного сооружения. Кроме
того, регламентурются сроки поставки основных материалов и
оборудования. Сетевой график является исходным документом
для планирования капитальных вложений и материально-техничес-
214
кого снабжения. Все работы, входящие в состав сетевого графика,
должны находиться в технологической и организационной после-
довательности. Контроль за соблюдением сетевого графика про-
изводится из единого центра, куда поступает вся необходимая
информация со строительных площадок.
Управление строительством осуществляется по сетевым и не-
дельно-суточным графикам через диспетчерскую службу, на во-
оружении которой имеются различные средства связи, автома-
тики, телемеханики и т. п. Диспетчерская служба обеспечивает
контроль и регулирование выполнения графиков работ, снабже-
ние строительства материальными и техническими ресурсами, ко-
ординирует согласованную и ритмичную работу всех участвую-
щих в строительстве организаций. Строительство по сетевым гра-
фикам ряда городских подземных сооружений (линий
метрополитена, транспортных и пешеходных тоннелей) показало
высокую эффективность таких графиков.
На основе сетевых графиков разрабатывают системы сете-
вого планирования и управления (СПУ), которые охватывают
весь процесс создания подземного сооружения, начиная с проек-
тирования и кончая сдачей объекта в эксплуатацию. Система се-
тевого планирования и управления в сочетании с диспетчериза-
цией и ЭВМ является составной частью автоматизированной си-
стемы управления строительством (АСУС). Основное назначение
АСУС — дальнейшее совершенствование деятельности строитель-
ных организаций на базе использования экономико-математичес-
ких методов управления и средств вычислительной техники.
Обычно АСУС подземного сооружения включает в себя целый
ряд систем и подсистем, выполняющих различные функции и
обеспечивающих сбор и обработку информации с последующим
анализом и выработкой оптимального решения, разработку пер-
спективных планов, а также управление отдельными технологи-
ческими процессами. Взаимодействие подсистем с системой бо-
лее высокого уровня — автоматизированной системой организа-
ционного управления строительством осуществляется посредст-
вом автоматизированной системы оперативного диспетчерского
управления (ОДУ) строительством.
Главным показателем оптимальности АСУС является ввод
объекта в эксплуатацию в установленные государственным пла-
ном сроки. Создание АСУС обеспечивает дальнейшую централи-
зацию управления производственными ресурсами, способствует
координации действий во всех звеньях управления строительст-
вом, дает возможность оперативного маневрирования имеющи-
мися резервами. Внедрение АСУС позволяет не только повысить
технико-экономические показатели строительства, но и значитель-
но улучшить условия труда рабочих и ИТР, усовершенствовать
нормирование и оплату труда, повысить степень энерго- и механо-
вооруженности строительства.
Охрана городской среды. При строительстве городских под-
земных транспортных сооружений необходимо учитывать тре-
215
р.
ЦП}
об;
У. Г.
пу
Bet
их
пре
цип
ноге
жае
по с
ным
Г
рабо
всех
гии,
прим
учест
иболе
НЫХ '
ИСХОД!
да нн 01
тельно
ных о(
того, [
оборуд
для пл
бования охраны окружающей среды, которые предусматривают
минимальные нарушения движения транспорта и пешеходов,
предотвращение сдвижений и деформаций поверхности земли и
находящихся поблизости зданий и инженерных коммуникаций,
уменьшение загазованности и запыленности воздуха, снижение
до допустимых пределов уровня шума и вибрации в период про-
изводства подземнойстроительных работ.
Строительство городских подземных транспортных сооруже-
ний, как правило, сопряжено с нарушением поверхностных усло-
вий, причем характер и степень нарушений зависят от места
расположения подземного сооружения, глубины его заложения,
организации и технологии ведения работ, видов применяемого стро-
ительного оборудования. При строительстве подземных сооруже-
ний мелкого заложения открытым пп^гкНым способом на за-
строенной территории, в условиях интененпп^.. _____
^одного движения работы ведут с поверхности земли по всей
подземного сооружения, что вызывает	ча-
и ;;лн полного закрытия движения транспорта ..
районе строительства на период производства работ. При
потребоваться перекладка трамв	пере-
пой сети троллейбуса, организац,,,, ...
установка дополнительного светофорного регулирова-
г технологические операции при открытом способе
г_	ч извлечение свай и шпунта, разработка грунта)
сопровождаются сильным шумом, вибрацией и злениями,
что отрицательно сказывается на состоянии
на и условиях проживания людей в этом районе. Кроме того, при-
открытом и опускном способах требуется выполнить большие
объемы работ по переустройству подземных коммуникаций с
^[лцАнием, что также отражается на жизни
способе работ поверхностные условия нару-
толъко в местах расположения порталов или шахтных
. Однако проходка подземных выработок закрытым спо-
з неустойчивых грунтах может вызвать сдвижения и де-
формации поверхности земли и находящихся поблизости зданий,
сооружений и коммуникаций (см. гл. XI). Строительство подзем-
ных сооружений в скальных грунтах буровзрывным способом
также сопряжено с опасностью нарушения поверхностных усло-
вий повреждения зданий и сооружений.
Определенные нарушения поверхностных условий, связанные
с изменением бытового режима и загрязнением подземных вод,
имеют место при применении водопонижения, искусствен-!
кого замораживания и химического закрепления грунтов. В свя-1
зи с этим при строительстве городских подземных транспортных!
сооружений необходимо применять такую организацию и техно-’
логию работ, которые в наибольшей степени отвечают требованиям!
охраны городской среды. Например, при открытом способе ра-!
бот для ограждения котлованов следует устраивать не забивную!
или опускным способом на за-
в условиях интенсивного автомобильного
и пешеходного движения	с поверхности земли по всей
трассе подземного сооружения, что вызывает необходимость ча-
стичного или полного закрытия движения транспорта и пешехо-
дов в районе строительства на период производства работ. При
этом могут потребоваться перекладка трамвайных путей, пере-
нос контактной сети троллейбуса, организация новых пешеход-
ных-«утей,	дополнительного светофорного регулирова-
ния. Многие телии^1У,._____	~ ^тжпытом способе
работ (забивка и извлечение свай и
сопровождаются сильным шумом, ш,.,,—....
что отрицательно сказывается на состоянии воздушного
на и 1	"	т,
объемы работ i
временным их отключением,
города.
При закрытом
шаются " ”
стволов
собом в
газовыделениями,
бассеи-
а погружную или подвижную крепь, а также траншейные стены,
возводимые по технологии «стена в грунте» (см. гл. VII, § 22 и 23).
При производстве работ на поверхности земли следует использо-
вать машины, механизмы и оборудование, оснащенные газоочи-
стителями, глушителями шума и другими приспособлениями,
снижающими вредное воздействие на окружающую среду. При
строительстве подземных сооружений закрытым способом необ-
ходимо ограничивать или исключать применение буровзрывных
работ, широко используя тоннелепроходческие машины и механи-
зированные щиты с обделками, обжатыми в грунт, или из монолит-
но-прессованного бетона.
Требования охраны городской среды касаются также органи-
зации и оборудования строительных площадок. Все временные
здания и сооружения на строительной площадке следует разме-
щать с учетом минимальных нарушений окружающей среды и
жизни населения в прилегающих районах, соблюдения санитар-
ных и противопожарных требований, сохранения систем город-
ского хозяйства. Учитывая ограниченные возможности отвода
городской территории, в большинстве случаев на строительной
площадке располагают лишь минимальное количество временных
зданий. Такие помещения, как контора участка, душкомбинат,
медпункт, мастерские и пр., могут располагаться в арендуемых
на время строительства близлежащих зданиях. Кроме того, стре-
мятся по возможности производить централизованную доставку
материалов — бетонной смеси, цементного раствора, битумной
мастики, а также элементов конструкций, что позволяет не устра-
ивать на стройплощадке больших складов, бетонных и раствор-
ных узлов, битумоварок и пр.
При размещении строительной площадки на территории скве-
ров или парков необходимо пересадить деревья и кустарники,
а после ликвидации площадки произвести рекультивацию расти-
тельного слоя грунта и зеленых насаждений. Во избежание за-
грянения городских водотоков или водоемов удаляемые со стро-
ительных площадок грунтовые воды следует пропускать через
грязеотстойники, а производственные (бытовые) стоки — через бен-
юмаслоуловители и биофильтры с целью очистки их от вредных
примесей до допускаемых нормами пределов. Грунтовые воды
могут сбрасываться в дождевую городскую канализацию без
предварительной очистки, если концентрация в них нетоксичных
взвесей, масляных и нефтяных веществ не превышает предельно
допустимой. В ряде случаев на строительной площадке целесо-
образно устройство системы оборотного водоснабжения.
Охрана труда и техника безопасности. В проектах организа-
ции строительства и производства работ должен быть предусмот-
рен комплекс мероприятий, обеспечивающих безопасное ведение
строительных работ в соответствии с действующими правилами
техники безопасности и производственной санитарии. Имеется в
виду создание нормальных условий для выполнения работ на
строительной площадке и рабочих местах, обеспечение санитар-
S Зак. 104	2 1 7
2’6
214
но-гигиенического обслуживания работ, устройство необходимого
освещения строительных площадок, рабочих мест, проходов,
проездов и т. п.
Вопросы охраны труда и техники безопасности занимают
весьма важное место в общем комплексе организации подзем-
ного строительства. Следует отметить, что производство подзем-
но-строительных работ во многих случаях сопряжено с тяжелы-
ми и вредными условиями труда, что требует специальных мер
по технике безопасности. Это относится в первую очередь к про-
ходке выработок закрытым способом с применением буровзрыв-
ных работ, сжатого воздуха при наличии вредных газов,
пыли и т. п.
Меры по охране труда должны предусматривать обеспечение
каждого строительного объекта санитарно-бытовыми помещения-
ми: душевыми, столовыми, буфетами, медпунктом. При работе
на открытом воздухе в зимнее время должны быть устроены по-
мещения для обогрева людей.
При производстве подземных работ необходимо обеспечивать
требуемую чистоту, влажность и температуру воздуха. Для обес-
печения требуемого состава и температуры воздуха подземные
выработки необходимо проветривать. Воздухообмен осуществля-
ется по приточной, вытяжной или комбинированной (приточно-
вытяжной^ схемам с подачей или удалением воздуха по трубо-
проводам диаметром 0,6—1,2 м. Регулирование режима провет-
ривания осуществляется в соответствии с уровнем загазованности
и запыленности, который контролируют с помощью газоанализа-
торов и других измерительных приборов.
При наличии притока в выработку подземных вод устраива-
ют водоотлив. Воду откачивать можно непрерывно или периоди-
чески, не допуская затопления настилов и откаточных путей в
подземной выработке. Воду из забоя отводят по лоткам или
трубам в водосборник главного водоотлива или вспомогательной
насосной установки. При этом размеры поперечного сечения
лотков или труб подбирают, исходя из максимального водопри-
тока. Насосное оборудование устанавливают непосредственно в
тоннеле или в подземной камере. Пол камеры должен превышать
уровень откаточных путей не менее чем на 0,5 м. В составе во-
доотливной установки должно быть не менее двух насосов —
рабочий и резервный. Все насосы оборудуют автоматическим
управлением и устройствами аварийной сигнализации. Емкость
водосборника насосной камеры главного водоотлива при при-
токе подземных вод до 300 м3/ч должна быть не менее 150 м3,
а при притоке более 300 м3/ч устанавливается по (Проекту.
Помимо вентиляции и водоотлива в подземных выработках
(круглосуточно), а также на поверхности земли (в вечернее вре-
мя) должно быть предусмотрено искусственное освещение. Для
этого применяют специальные светильники с лампами накалива-
ния или с газоразрядными лампами. В зависимости от типа и
размеров выработки светильники размещают на взаимном рас-
218
стоянии 2—8 м при высоте подвески 2—4 м, обеспечивая уровень
освещенности 10—50 лк. Непосредственно в забое выработки
устраивают усиленное освещение. На строящихся подземных
объектах предусматривается также система аварийного освеще-
ния от автономного источника питания.
Для оперативной связи работающих в подземных выработ-
ках с поверхностью предусматривается телефонная сеть, а также
система электросигнализации. Для сетей освещения и сигнали-
зации в подземных выработках допускается напряжение не более
36 В, а при наличии обводненных участков, в тесных выработ-
ках— не более 12 В.
Для безопасности ведения подземно-строительных работ
необходимо правильно организовать рабочие места и проходы,
предусмотрев надежные ограждения, защитные и предохранитель-
ные устройства и приспособления.
Все используемые при строительстве подземного сооружения
машины, механизмы и оборудование, а также вспомогательные
приспособления леса, настилы, подмости, опалубка и т. п.) долж-
ны иметь надежную конструкцию, соответствовать требованиям
стандартов и обеспечивать безопасное ведение работ.
Требования техники безопасности весьма разнообразны и
распространяются на все виды подземно-строительных работ.
В нашей стране уделяется большое внимание вопросам охраны
труда и техники безопасности, профилактике профессиональных
заболеваний и производственного травматизма на подземных ра-
ботах.
§ 20. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Оборудование строительных площадок. До начала основных
строительно-монтажных работ должны быть выполнены подгото-
вительные и вспомогательные работы, включающие освоение
строительной площадки, завоз необходимых материалов и обору-
дования, переустройство инженерных сетей и подземных комму-
никаций, разбивку осей подземных выработок, усиление фунда-
ментов расположенных поблизости зданий и т. п.
Строительные площадки могут располагаться вдоль всей
грассы подземного сооружения (при открытом способе работ),
размещаться только у порталов тоннеля, над шахтным стволом
или наклонным ходом (при закрытом способе) или в месте опус-
кания колодца или кессона (при опускном способе) и должны
иметь хорошие подъезные пути. Размеры и очертание в плане
строительной площадки определяются условиями планировки и
застройки данного городского района, особенностями движения
наземного транспорта. В новых периферийных районах крупных
городов выбор участка для устройства строительной площадки не
вызывает затруднений, ибо имеются свободные незастроенные тер-
ритории, а подземные коммуникации, как правило, проложены в
специальных коллекторах, размещенных вблизи фундаментов зда-
ний, под зелеными насаждениями и т. п.
8* Зак. 104
219
<://////
*	Рис. VI.2. План строительной площадки
/ — трансформаторная подстанция; 2—помещение пожарной охраны; 3 —склад железобе-
тонных конструкций; 4 — склад металла; 5 —склад лесоматериалов; 6— навес; 7 — пере-
движной компрессор; 8— проходная; 9— экскаватор; 10 — автосамосвал; 11 — кран; 12 —
трайлер; 13 — автогудронатор; /-/ — дорога; 15 — ограждение стройплощадки; 16 — ворота;
17 — городская застройка; 18 — бульдозер
В зависимости от способа строительства подземного сооруже-
ния на стройплощадке размещают различное оборудование, а
также временные здания и сооружения. Например, при ведении
работ открытым способом в пределах стройплощадки размещают
сваебойное и землеройное оборудование, козловые, гусеничные
или колесные стреловые краны, грунтоуплотняющие катки, биту-
моварочные котлы и т. п. (рис. VI.2). При закрытом способе работ
на стройплощадке располагается горный комплекс, включающий
копер, подъемник, бункерную и тельферную эстакады, растворный
узел и пр. Временные здания и сооружения следует возводить из
облегченных инвентарных конструкций с наружной обшивкой
пластиком или тонким профилированным металлическим листом.
Для ведения основных работ на стройплощадке должны нахо-
диться компрессорные установки, комплектные трансформаторные
подстанции (КТП), склады различных материалов и изделий, ар-
матурный двор, слесарные и столярные мастерские.
Снабжение строительного участка электроэнергией осуществ-
ляется обычно от городской сети путем подземной прокладки ка-
белей или устройства воздушной линии. Для подачи на строитель-
ную площадку воды в городскую водопроводную сеть врезают
220
временную. Кроме того, предусматривается связь с городским во-
достоком и телефонной сетью.
Строительные площадки в городах должны быть ограждены'
архитектурно оформленным забором высотой не менее 2 м и
иметь ворота для въезда и выезда транспортных средств. Если за-
бор установлен на расстоянии не менее 10 м от строящегося со-
оружения, его оборудуют защитным козырьком над пешеходной
дорожкой, располагаемым под углом 20° к горизонту. На угла!
забора должны быть установлены световые сигналы. В вечернее а
ночное время в пределах строительной площадки устраивают ис-
кусственное освещение. Должны быть также приняты меры по про-
тивопожарной безопасности, для чего на стройплощадке устраи-
вают пожарные гидранты, устанавливают огнетушители, емкости
с песком, предусматривают запас шлангов и т. п.
При строительстве подземных сооружений закрытым способом
работы ведут со стороны порталов, через шахтные стволы ил»
наклонные выработки. При этом могут быть использованы шахт-
ные стволы или рампы, предназначенные для эксплуатации под-
земного сооружения. Устройство промежуточных шахтных стволов
специально для раскрытия дополнительных забоев может быть
обусловлено необходимостью ускорить строительство протяженного
подземного сооружения и оказывается целесообразным при глу-
бине его заложения не более 30—50 м.
Для подачи через шахтный ствол необходимых материалов и
оборудования,а также для выдачи разработанного в забое грунта
устраивают поверхностный (горный) комплекс и подземный око-
лоствольный (рудничный) двор.
Поверхностный комплекс включает в себя копер с клетьевым
подъемом, бункерную и тельферную эстакады. При проходке за-
крытым способом подземных сооружений мелкого заложения гор-
ный комплекс размещают непосредственно над трассой сооружения.
При этом применяют сборно-разборный копер поперечного сечения
из сварных элементов.
Подъемные лебедки с электродвигателями устанавливают в
верхней части копра на сборно-разборном оголовке. В связи с
этим отпадает необходимость в сооружении машинного здания.
Тельферная эстакада располагается отдельно от копра, над
грузовым проемом, через который подают в тоннель материалы я
оборудование. Для прохода людей здесь же устроено лестничное
отделение.
Подземный околоствольный двор имеет прямоугольное попе-
речное сечение и сооружается в открытом котловане с креплением.
При небольшом объеме разрабатываемого в забое грунта вместо
механизированных подъемников может быть установлен козловой
или стреловой кран, при помощи которого производятся все по-
грузочно-разгрузочные операции. При этом вместо бункерной эс-
такады могут быть установлены отдельные бункера, а необходи-
мость в тельфер ной эстакаде отпадает.
Вспомогательные работы. После отвода территории и ограж-
22!
дения строительной площадки разбивают временные здания и со-
оружения, оси и контурные очертания подземных выработок, а
также выполняют съемку подземных коммуникаций. Оси назем-
ных и подземных сооружений разбивают от пунктов городской поли-
гонометрии или специально созданной геодезической основы. При
выносе осей в натуру фиксируют пикетные точки, указанные на
проектных чертежах, вершины углов поворота трассы, начала и кон-
цы кривых. На криволинейных участках трассу подземного сооруже-
ния разбиваютна равное число, хорд и после вычисления координат
угловых точек выносят хорды в натуру. Все угловые точки хорд
фиксируют на поверхности кольями. Главные оси подземного со-
оружения и отметки высотного разбивочного обоснования выносят
на геодезическую обноску. Обноску устраивают на высоту 0,4—
0,6 м параллельно основным осям подземного сооружения. По-
ложение обноски устанавливают с помощью теодолита. Отклады-
вая по верху обноски проектные расстояния, находят промежуточ-
ные оси подземного сооружения.
При строительстве подземных сооружений открытым способом
прежде всего производят разломку дорожного покрытия, исполь-
зуя специализированные агрегаты (автомобильные бетоноломы,
кирковщики), а также навесное оборудование на кранах или эк-
скаваторах. После этого выполняют разбивку контуров котлована
в плане. На расстоянии 1 —1,5 м от бровки будущего котлована
вне зоны действия кранов, экскаваторов и других механизмов ус-
танавливают деревянную или металлическую обноску. Контуры
котлована выносят от оси подземного сооружения и фиксируют
на досках или трубах обноски с последующим перенесением на
место проволочными чалками и отвесами (рис. VI.3, а).
Если для крепления стен котлована предусмотрена забивка
свай, то производят разбивку их осей. Для этого возможно ис-
пользовать теодолит, установив его на оси котлована (в точке
Ki) и сориентировав по точке К2 (рис. VI.3, б). Затем под прямым
углом к линии Kj—К'2 по заданным расстояниям и 12 выносят
и фиксируют точки А и Б. Аналогичным образом выносят точки В
и Г. /Между точками А и В, а также Б и Г натягивают
шнур, обозначающий ось забивки свай. Оси забивки свай обычно
закрепляют с точностью ±50 мм. При этом, учитывая возможные
отклонения свай от проектного положения в процессе забивки, оси
смещают на 20—25 см от бровки котлована.
В состав подготовительных работ входят также мероприятия
по защите будущего котлована от атмосферных осадков. Для это-
го устраивают водоотводные каналы и лотки, прокладывают дре-
нажные трубы.
В связи с тем. что подземные транспортные сооружения чаще
всего располагают на магистралях и улицах с интенсивным движе-
нием, строительство их ведут поэтапно на отдельных участках,
длина которых определяется из условия минимального стеснения
уличного движения (рис. VI.4).
При заложении части подземного сооружения под скоростными
222
Рис. VI.3. Разбивочные ра-
боты при котлованном спо-
собе
а — разбивка контуров кот-
лована; б— разбивка осей
свай, 1 — сваи; 2 — отвес;
3 - поперечин );	4 — обнос-
ка; 5 — разбивочный знак;
6 — ПОДВИЖНОЙ XOMJ*T; 7 —
штанга; 8— стойка; 9— по-
лигонометрический знак.
Рис. VI.4. Последователь--
ность сооружения тоннеля
а. б—очереди строительст-
ва; 1 — участок строящегося
тоннеля; 2 — стройплощадка:
3 — светофор; 4 — направле-
ние движения транспорта;
5 -• участок построенного
тоннеля
◄
223
или общегородскими магистралями над котлованами устраивают
временные мосты-перекрытия, по которым во время строительства
пропускают наземный транспорт и пешеходов по направлению
пересекающих или примыкающих магистралей. Конструкции мос-
тов выполняют из дерева, металла или железобетона. Деревян-
ные мосты-перекрытия применяют при вскрытии котлованов не-
большой ширины (до 8—10 м). При пролетах более 8—10 м ис-
пользуют инвентарные перекрытия из отдельных стальных плит,
опирающиеся на закрепленные на свайном или шпунтовом ограж-
дении пояса из двутавровых балок. При ширине котлована более
20—25 м может потребоваться устройство промежуточных опор в
пределах котлована.
Инвентарные перекрытия обладают высокой прочностью, поз-
воляют быстро производить монтаж и демонтаж, могут' использо-
ваться многократно. Они имеют ширину до 4—6 м и снабжены
надежным ограждением. Работы под перекрытием ведут, выдавая
разработанный грунт и опуская необходимые материалы через
специальные отверстия. Устройство временных мостов дает воз-
можность ликвидировать объезды и не прерывать движения по пе-
ресекаемой магистрали на период строительства подземного со-
оружения. Наряду с мостами-перекрытиями в отдельных случаях
можно применять сборно-разборные временные металлические
эстакады.
Размещаемые вдоль трассы подземного сооружения, такие эс-
такады компенсируют сужение проезжей части, вызванное строи-
тельством подземного сооружения. Однако, улучшая условия дви-
жения наземного транспорта в районе строительства, временные
мосты-перекрытия и сборно-разборные эстакады несколько затру-
дняют ведение строительно-монтажных работ, ограничивая воз-
можность применения высокопроизводительного оборудования.
При строительстве подземных сооружений открытым и
опускным способами в пределах строительной площадки выпол-
няют работы по перекладке или подвеске подземных коммуникаций,
попадающих в пределы строящегося подземного сооружения. Иног-
да работы по переустройству подземных коммуникаций ведут од-
новременно со строительством подземного сооружения по совме-
щенному графику, что несколько сокращает сроки строительства.
Подземные коммуникации, залегающие на небольшой.-глуби-
не от поверхности земли и пересекающие подземное сооружение,
вначале вскрывают и заключают в защитный кожух, а затем по
мере разработки котлована подвешивают на временных опорах,
используя для этой цели ограждение стен котлована, транспорт-
ные мосты и т. п. (рис. VI.5, а,д). После возведения подземной
конструкции подвешенные коммуникации укладывают на пере-
крытие сооружения.
Залегающие более глубоко и проходящие перпендикулярно
направлению сооружения подземные коммуникации могут быть
переложены под конструкцию или перенесены в сторону, напри-
мер, под рамповые участки транспортных тоннелей, где глубина
224
Рис. VI.5. Схемы подвески (а, д) и перекладки (б — г) подземных коммуникаций
/ — тоннель; 2 — подземные сети; 3— хомут; 4 — стяжка; 5 — подвеска; 6 — бревно; ~ —
бобышка; 8 — расстрел; 9 — трубопровод

заложения подошвы меньше, чем на закрытой части (рис. VI.5.
б— г). Однако следует учитывать, что при перекладке подземных
коммуникаций с устройством дюкера под сооружением исключа-
ется возможность осмотра и ремонта труб и кабелей в этом мес-
те. Коммуникации, расположенные вдоль оси подземного сооруже-
ния, как правило, перекладывают в сторону, размещая их, если
зто возможно, в общем коллекторе.
Глава VII. СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ
СООРУЖЕНИЙ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ
§ 21, КОТЛОВАННЫЙ СПОСОБ РАБОТ
Системы крепления котлованов. Распорная крепь. Котлован-
ный способ работ предусматривает возведение подземных конст-
рукций в предварительно вскрытых котлованах с обратной засып-
S')
Рис. VII.1. Схемы устройства котлованов без крепления (а) и с креплением (б — г} стен
/ — естественные откосы; 2 — контур подземного сооружения; 3 — застройка; 4 — огражде-
ние котлована
Рнс. VII.2. Свайное ограждение стен котлована с одним (а) и двумя (б) рядами расстрелов
/ — сваи; 2 — пояса; 3 — расстрелы; 4 — доски затяжки; 5--кронштейн; 6 — слой набрызг-
бетоиа; 7 —прогоны; 8 — накладки; 9— клинья; 10 — подкосы
кой их грунтом и восстановлением дорожного покрытия над под-
земным сооружением.
Форма и размеры котлованов в плане, их глубина, а также
система крепления стен зависят от формы и габаритов подземной
226
конструкции, инженерно-геологических условий и особенностей
городской застройки.
В устойчивых грунтах естественной влажности и при наличии
достаточно свободной городской территории возможно вскрытие
котлованов с естественными откосами без специального крепле-
ния стен (рис. VII. 1, а). Ширина таких котлованов по низу (В2)
должна несколько превышать ширину подземного сооружения
Во для возможности устройства наружной гидроизоляции стен,
установки опалубки, монтажа сборных конструкций, а также
устройства боковых водоотводных канав. Глубину котлована
устанавливают с учетом глубины заложения h и высоты подзем-
ного сооружения Ят, а также толщины слоя подготовки 6.
Крутизна откосов котлована т определяется физико-механичес-
кими свойствами грунтов, расположением горизонта грунтовых
вод и глубиной котлована и изменяется от 1:0,75 до 1:1,5. В
случае применения многоярусного понижения уровня грунтовых
вод откосы котлована делают ступенчатыми, оставляя бермы
для размещения водопонижающего оборудования. Такие же бер-
мы оставляют и для прокладки рельсовых путей в случае ис-
пользования при монтаже козлового крана. Таким образом, кот-
лованы с естественными откосами для таких подземных сооруже-
ний, как многополосные автотранспортные тоннели, подземные
гаражи и комплексы, получаются весьма широкими (ширина по
верху Вх достигает 50—60 м), что в условиях застроенной город-
ской территории возможно осуществить лишь в редких случаях.
Иногда устраивают котлованы с крутыми откосами, закрепляя
их набрызг-бетоном по стальной сетке или грунтовыми анкерами.
При невозможности создания широких котлованов устраивают
котлованы с вертикальными стенами, закрепленными временным
ограждением (рис. VII.I, б). При этом ширина котлована В
получается минимальной, несколько превышая размеры самого
подземного сооружения Во.
В некоторых случаях зазор между ограждением стен котло-
вана и конструкцией делают около 15—20 см с каждой стороны
для размещения слоев гидроизоляции и защитной стенки, а так-
же для компенсации возможных отклонений при забивке свай
или шпунта. Чаще всего между ограждением стен котлована и
конструкцией оставляют зазор около 0,8—1,2 м, что гарантирует
высокое качество и целостность наружной гидроизоляции. Однако
при этом получается некоторое уширение котлована, на 5—10%
возрастают объемы земляных работ.
Если позволяют условия городской планировки и застройки,
устраивают котлованы с разгружающими откосами до уровня
грунтовых вод на глубину Н< до 3—5 м с закреплением нижней
части стен вертикальным свайным, а в неустойчивых грунтах —
шпунтовым ограждением (рис. VII.1, в). Возможно также за-
креплять сваями или шпунтом верхнюю часть стен котлована с
устройством откосов в нижней части (рис. VII.I, г). При на-
личии разгружающих откосов сваи или шпунт могут работать
997
консольно, что приводит к снижению стоимости крепления и
трудоемкости работ при некотором увеличении объема разрабаты-
ваемого грунта. В большинстве случаев при строительстве город-
ских подземных транспортных сооружений стены котлованов де-
лают вертикальными с ограждением их временной или постоянной
крепью. В грунтах естественной влажности или осушенных водопо-
нижением чаще всего устраивают свайное крепление из металли-
ческих, железобетонных или бетонных (буронабивных) свай, между
которыми устанавливают затяжку из досок, железобетонных
плит или наносят покрытие из набрызг-бетона (рис. VII,2, а,б).
В водонасыщенных грунтах с низкой степенью водоотдачи,
когда нельзя применить искусственное понижение уровня грун-
товых вод, устраивают сплошное шпунтовое ограждение или про-
изводят искусственное замораживание стен котлована. В неко-
торых случаях для ограждения стен котлованов используют за-
бетонированные в траншеях стены или пересекающиеся буро-
вабивные сваи (см. гл. VII, §23).
Сваи из двутавровых балок I 40—60 забивают вдоль бровок
будущего котлована с шагом а = 0,5—1,5 м, заглубляя их ниже
подошвы подземного сооружения на Нз=3—5 м. Для повышения
момента сопротивления сваи к полкам двутавра в местах на-
ибольших -напряжений могут быть приварены стальные листы
толщиной 10—20 мм. Приварка таких листов к нижней части
сваи позволяет также уменьшить глубину ее забивки за счет
лучшего защемления в грунте.
В некоторых случаях во избежание шума и вибрации, сопро-
вождающих забивку свай, их устанавливают в заранее пробу-
ренные скважины, закрепляя в донной части (до уровня дна
котлована) бетоном. Пространство между стенками скважины
свай засыпают песчаным грунтом. По мере разработки грунта
стены котлована между сваями закрепляют деревянной дощатой
затяжкой или слоем набрызг-бетона (в связных грунтах). Дос-
ки толщиной 5—7 см заводят за полки свай, расклинивая их в
грунт. Возможно производить крепление стен котлована верти-
кальной дощатой затяжкой за горизонтальные пояса из отрезков
уголков или швеллеров, закрепленных на сваях. При наличии
прослоек водонасыщенных грунтов применяют забивные шпунто-
ванные доски с заостренными концами. Если глубина котлована
менее 3—4 м, сваи могут работать консольно, воспринимая бо-
ковое давление грунта за счет заделки. При большей глубине
котлована требуется дополнительное раскрепление свай. Для
этого по сваям на расстоянии не менее 0,5 м от верха будущей
конструкции подземного сооружения устанавливают продольные
аояса—обвязу из двутавровых балок (I 45—60). В пояса упира-
ют поперечные распорки — расстрелы, располагая их с шагом
4—6 м вдоль оси котлована. При значительных глубине котло-
вана (более 10—12 м) и боковом давлении грунта расстрелы
устанавливают по высоте в несколько ярусов.
228
Конструкции расстрелов вы-
полняют чаще всего из металла
составного профиля из двух
швеллеров или четырех уголков,
соединенных накладками на
сварке. Для увеличения жестко-
сти расстрелов предусмотрены
промежуточные поперечные ди-
афрагмы^
Наряду с расстрелами со-
ставного профиля применяют
также трубчатые расстрелы ди-
аметром 30—50 см. Наиболее
целесообразно использование
телескопических расстрелов, со-
стоящих из двух элементов,
один из которых перемещается
внутри другого, что дает воз-
Рис. VII.3. Телескопические расстрелы
прямоугольного (с) и кругового (б) попе-
речного сечения
/ — свая;. 2 — затяжка из досок; 3— пояс;
4—вставная часть расстрела; 5—рас-
стрел; 6 — упоры; 7 — клинья; 8 — домкра-
ты
можность устанавливать их в
котлованах различной ширины.
В практике подземного строи-
тельства находят применение
раздвижные расстрелы составно-
го профиля прямоугольного
поперечного сечения, которые раскрепляют в пояса системой
стальных клиньев (рис. VII.3, а).
Получили также распространение трубчатые телескопические
расстрелы, состоящие из двух труб разного диаметра
(рис. VII. 3,6). Для закрепления таких расстрелов на поясах к
ним приваривают торцовые плиты с крюками. Изменяя величи-
ну захода одной трубы в другую, можно регулировать длину
расстрелов. Обеспечение необходимого распора достигается
гидравлическими домкратами, закрепленными на концах тру-
бы большого диаметра и упирающимися в стальные упоры,
приваренные по периметру трубы меньшего диаметра.
Распорное крепление котлованов с применением расстрелов
обладает достаточной жесткостью, характеризуется четкой кон-
структивной и статической схемами и обеспечивает многократное
использование элементов крепи. Однако при ширине котлована
более 15—20 м расстрелы получаются громоздкими и тяжелыми:
масса одного расстрела может составлять 2—3 т и более. По-
этому в ряде случаев требуется поставка диагональных связей
в плоскости расстрелов, забивка одного или нескольких проме-
жуточных рядов свай (см. рис. VII.2, 6), что вызывает допол-
нительные трудности при производстве строительных работ.
Кроме того, при глубине котлована более 10—12 м расстрелы
устанавливают в 2—3 яруса по высоте, размещая их в случае не-
обходимости даже в пределах контура подземного сооружения.
Все это осложняет механизацию работ по возведению конструк-
229
Рис. VII.4. Схемы анкерной крепи котлована (а, б)
/ — сваи; 2--пояса: 3 — контур подземного сооружения; 4 — анкеры; 5 — застройка; 6
анкерный тяж; 7 — массив; 8 — дно траншеи; 9 — маячная свая
иий, что отрицательно сказывается на их качестве и снижает
темпы строительства.
Анкерная крепь. В последнее время взамен распорной систе-
мы крепления для удержания в проектном положении свай или
шпунта используют анкерную крепь (рис. VII.4, а). При этом
работающие на сжатие расстрелы заменяют предварительно на-
пряженными анкерами, воспринимающими растягивающие усилия.
Грунтовые анкеры устраивают следующим образом. После
разработки котлована до определенной отметки под заданным
углом к горизонту забуривают скважины диаметром 20—30 см
230
и глубиной 8—20 м, обеспечивая расположение донной части
скважины за пределами возможной призмы обрушения. В сква-
жины помещают анкерные оттяжки, закрепляя их по всей длине
или только в нижней части скважины, а также на продольных
поясах. Устроенными таким образом анкерами армируют грун-
товый массив и ограничивают его перемещения, обеспечивая
тем самым устойчивость ограждения котлована. Помимо буро-
вых грунтовых анкеров в некоторых случаях устраивают гори-
зонтальные анкерные оттяжки, помещенные в поперечные траншеи
и закрепленные на железобетонных массивных упорах или на
маячных сваях, которые располагают за пределами возможной
призмы обрушения грунта (рис. VII. 4, б).
В подземном строительстве применяют как временные, так
и постоянные анкеры, удерживающие элементы несущей конструк-
ции. Конструкции анкеров отличаются главным образом видом
оттяжек, несущей способностью и способом закрепления в грунте.
В качестве оттяжек, соединяющих заанкеренную в грунте часть
с продольными поясами, применяют стальные трубы, стержни
периодического профиля диаметром 18—40 мм, а также высоко-
прочную проволоку в виде пучков, прядей или канатов с преде-
лом прочности на разрыв до 1800 МПа. Несущая способность
анкеров со стержневыми оттяжками составляет 150—500 кН, с
трубчатыми — 300—1500, а с проволочными — 500—2500 кН.
По способу заделки анкера в грунте различают предварительно
напряженные инъекционные анкеры без уширения или с ушире-
нием, закрепляемые в грунте за счет образования грунтоцемент-
ной пробки (рис. VII.5, а, в), а также цилиндрические ненапря-
женные или предварительно напряженные анкеры с опорной
трубой, нижний конец которой соединен с анкерной тягой
(рис. VII.5, б). Более простыми и универсальными являются
инъекционные анкеры, применимые в различных грунтах, за ис-
ключением сильносжимаемых, просадочных, текучих или набу-
хающих, в которых невозможно обеспечить требуемую заделку.
Наибольшее распространение в подземном строительстве по-
лучили буровые инъекционные анкеры с резиновым расширяю-
щимся уплотнителем, отделяющим рабочую зону от остальной
части скважины. Конструктивно такие анкеры состоят из стер-
жневой тяги, на конце которой приварены коротыш и диск, обе-
спечивающие связи тяги с рабочей зоной анкера (рис. VII.5, а).
Для центрирования тяги в скважине к ней через 3—4 м прива-
рены направляющие обечайки. Уплотнитель представляет собой
резиновый рукав, прикрепленный стальными хомутами к двум
штуцерам, приваренным к анкерной тяге. Штуцеры снабжены
отверстиями с клапанами, которые регулируют подачу цементно-
го раствора. Такие анкеры устраивают следующим образом.
После забуривания скважины (в неустойчивых грунтах с обсад-
кой трубами) в рабочую зону нагнетают цементно-песчаный
раствор, а затем опускают анкер с уплотнителем и инъекционной
трубкой. В уплотнитель подают цементно-песчаный раствор под
231
Рис. VII.5. Конструкции грунтовых анкеров (а, б)
/ — цементная пробка; 2 — тяга; 3 — уплотнитель; 4 — контур скважины; 5— свая; 6 —
пояс; 7 —гайка; 5 —упор; 2 —опорная труба; 10 — уширение;, // — коротыш; 12 — обечайка;
13 — трубка для нагнетания раствора; 14 — штуцер; /5 — резиновый рукав; 16 — хомуты;
/7 — клапан; 18—концевой цилиндр; 19— уширитель
давлением 0,1—0,15 МПа. Если скважина закреплена обсадными
трубами, то перед нагнетанием раствора их извлекают из уплот-
нителя. В процессе нагнетания цементно-песчаного раствора уплот-
нитель расширяется, разделяя скважину на две части и предот-
вращая утечку цементного раствора из зоны анкеровки. Прони-
кая в грунт, цементно-песчаный раствор образует грунтоцемент-
ную пробку длиной 13=4—6 м и диаметром d3, в 1,5—2 раза
превышающим диаметр скважины. На нецементируемом участке
анкерную оттяжку покрывают слоем синтетической смолы или
битумной мастики и помещают в пластмассовую трубку. Это
способствует защите оттяжки от коррозии и уменьшает силы
трения в пределах призмы обрушения. Через 6—8 ч после за-
твердения цементно-песчаного раствора анкерную оттяжку на-
тягивают домкратами с усилием, на 30—50% превышающим
расчетное. После поддержания такого напряжения в течение 1 ч
его снижают до расчетного и оттяжку закрепляют на поясах при
помощи анкерной плиты (упора) и фиксирующей гайки. Для
заделки анкеров в песчаных грунтах наряду с цементным раст-
вором можно применять синтетические смолы. Иногда вместо
резиновых уплотнителей (пакеров) устраивают цементную проб-
ку из гипсоглиноземистого цемента марки 500, ограниченную с
двух сторон металлическими фланцами и поролоновыми уплот-
нительными кольцами.
В мелкозернистых песчаных, а также в глинистых грунтах,
в которые раствор проникает плохо и сцепление с грунтом не-
велико, инъекционные анкеры устраивают с одним или несколь-
232
кими уширениями, диаметр которых dy приблизительно в 2—3
раза превышает диаметр скважины d. После устройства уширения
в глинистых грунтах уширитель извлекают, а в песчаных грунтах
оставляют в составе анкера (рис. VII.5, в, д). Анкеры с разбу-
ренным уширением обладают высокой несущей способностью за
счет сопротивления смещению по лобовой поверхности уширения.
Грунтовые анкеры располагают по длине котлована с шагом
/а = 3—5 м в один или несколько ярусов по высоте. Обычно верх-
ние анкеры оказываются наиболее загруженными, и их выпол-
няют длиннее нижних. Угол наклона анкеров к горизонту а не
должен превышать 25—30°, так как с увеличением этого угла
снижаются горизонтальные составляющие удерживающего усилия
и возрастает вертикальная нагрузка на крепь. Необходимость
увеличения угла наклона анкеров может быть обусловлена близ-
ким расположением к котловану фундаментов зданий или под-
земных коммуникаций.
Цилиндрические предварительно напряженные анкеры имеют
в своем составе опорную трубу и навинчивающуюся на нее муф-
ту, соединенную со стальной тягой. Для лучшего сцепления с
раствором у опорной трубы предусмотрено переменное сечение.
Усилия натяжения передаются через муфту на опорную трубу,,
и цементная пробка испытывает сжимающие напряжения и не
подвержена трещинообразованию, как в инъекционных анкерах.
Применение грунтовых анкеров взамен расстрелов имеет
целый ряд преимуществ: сокращается расход металла, исключа-
ется необходимость устройства подкосов и забивки промежуточ-
ных рядов свай. Тем самым освобождается пространство в кот-
ловане, что позволяет производить основные строительно-мон-
тажные работы с применением средств крупной механизации.
Несмотря на то что технология работ по устройству грунтовых
анкеров сложнее, чем при установке расстрелов, а стоимость,
этих работ примерно на 8—10% выше, анкерная крепь оказыва-
ется весьма эффективной, особенно при креплении широких и
глубоких котлованов. В настоящее время анкерную крепь широ-
ко используют при строительстве открытым способом различных
городских подземных транспортных сооружений. К недостаткам
грунтовых анкеров следует отнести некоторую неопределенность
их работы, особенно в связных грунтах, и невозможность их
повторного использования.
Различные системы крепления котлованов с применением
забивных свай или шпунта требуют значительного расхода ме-
талла. Несмотря на то что до 80% свай и шпунта удается из-
влечь после окончания строительства подземного сооружения^
значительная их часть оказывается непригодной для повторной
забивки. Следует также учитывать, что при забивке свай или
шпунта могут возникнуть повреждения расположенных побли-
зости зданий, создаются шум и вибрация, нарушаются нормаль-
ные условия жизни города. В настоящее время для ограждения
стен котлованов взамен забивных металлических свай и шпунта
233
Рис. VII.7. Схемы расчета временной крепи котлована
а — г — сзай; д — досок затяжки; е — поясов; 1 — сваи; 2 — пояс; <3 —расстрел; 4 — анкер;
5 — доски затяжки
применяют буронабивные сваи или опущенные в заранее про-
буренные скважины железобетонные сваи-стойки. Такие ограж-
дения применяют при строительстве различных гидротехнических
и транспортных сооружений как в СССР, так и за рубежом. На-
пример, институтом Метрогипротранс запроектирована конструк-
ция транспортного тоннеля, стены которого выполнены из желе-
зобетонных свай-опор Т-образного поперечного сечения и стено-
вых панелей, заводимых за сваи (рис. VII. 6, а). Можно опускать
в пробуренные скважины железобетонные балки двутаврового се-
чения (рис. VII.6, б). Применяют также ограждения стен котло-
234
ванов из железобетонных буровых свай. Для этого сначала с
шагом 1,5—1,8 м пробуривают скважины и устанавливают в них
стальные трубы диаметром около 1 м. Затем в трубы опускают
арматурные каркасы и начинают укладывать бетонную смесь,
постепенно извлекая обсадные трубы. При помощи пластмассо-
вых вкладышей в железобетонных сваях оставляют вертикаль-
ные каналы, которые служат направляющими для монолитных
бетонных перемычек, устраиваемых по мере разработки грунта
г> котловане (рис. VII.6, в). Аналогичным образом устраивают
ограждение стен котлованов из призматических свай, опущенных
в пробуренные скважины и объединенных с монолитными желе-
зобетонными панелями посредством выпусков арматуры
(рис, VII.6, г). Вместо монолитных бетонных перемычек в кана-
лы можно устанавливать сборные железобетонные или бетонные
панели, а также дощатую затяжку. Применение такой системы
крепления котлована при наличия различных подземных комму-
никаций позволяет снизить затраты труда и сократить сроки
работ по сравнению с обычной системой забивного крепления.
.Железобетонные ограждения могут оказаться наиболее эффек-
тивными и экономичными при включении их в состав постоянной
конструкции подземного сооружения.
В последнее время для крепления котлованов начали при-
менять нагельные стены. При этом котлован вскрывают последо-
вательно ярусами по 2—3 м с откосами крутизной 80—85°. На от-
косе закрепляют 2—3 слоя стальных сеток, на которые наносят
набрызг-бетонное покрытие толщиной 20—40 мм. Затем через
это покрытие забуривают наклонные скважины диаметром 50 мм
п глубиной 6—8 м. После заполнения донной части скважины
цементным раствором в нее на всю глубину вводят стальные
стержни периодического профиля диаметром 25—30 мм так,
что рабочая часть стержня заделывается в скважине. Стержни
закрепляют на откосе накладками и гайками, которые покрыва-
ют слоем набрызг-бетона. Сравнительно невысокая материалоем-
кость, простота конструкции и технологии установки нагелей
обусловливают эффективность применения нагельных стен при
строительстве подземных сооружений в открытых котлованах.
Расчет временной крепи котлованов. Элементы временной
крепи котлованов — сваи, шпунт, пояса, доски-затяжки, расстре-
лы, грунтовые анкеры должны быть рассчитаны по прочности,
устойчивости и по деформациям под воздействием бокового дав-
ления грунта и временных нагрузок на призме обрушения, а
также на действие монтажных нагрузок, возникающих на раз-
личных этапах строительства подземного сооружения.
При расчете свай и шпунта необходимо определить оптималь-
ную глубину их забивки в грунт ниже дна котлована, условия за-
щемления в грунтовом массиве, установить характер распределе-
ния и интенсивность давления грунта. Кроме того, при расчете свай
требуется найти рациональное соотношение между номером про-
филя свай и их шагом вдоль оси котлована.
235
Металлические сваи и шпунт,.длина которых, как правило, бо-
лее чем в 10—12 раз превышает максимальный размер их попе-
речного сечения, рассматривают как гибкие балки, характер де-
формаций которых во многом определяет закон распределения
давления грунта.
Учитывать взаимодействие гибких ограждающих стен с грун-
том достаточно сложно. При изгибе свай или шпунта в грунтовом
массиве образуются области предельного напряженного состояния,
взаимодействующие с областями уплотнения грунта. Чтобы уста-
новить границы этих областей, необходимо решить смешанную
задачу теории линейнодеформируемой среды и теории предельно
напряженного состояния. Точное решение такой упругопластичес-
кой задачи применительно к гибким ограждениям котлованов от-
сутствует.
В связи с этим в проектной практике в большинстве случаев поль-
зуются приближенными методами расчета, основанными на ряде уп-
рощающих допущений. При этом сваи или шпунт рассчитывают как
балки, защемленные в нижней части в грунт и шарнирно опертые в
местах постановки расстрелов или анкеров. При отсутствий расстре-
лов и анкеров ограждение рассчитывают по схеме консольной балки.
Сваи из двутавровых балок рассчитывают на активное давле-
ние грунта (по Кулону) по наружной поверхности, величину кото-
рого по всей длине собирают с пролета а, равного расстоянию
между осями соседних свай и пассивное давление ниже дна кот-
лована (рис. VII-7).
В действительности активное давление грунта на сваи ниже
дна котлована должно собираться с пролета, равного ширине пол-
ки сваи Ьо. Максимальную величину пассивного давления грунта
на сваю определяют по формуле
<?п = У Я3 tg2 (45° -|-<р/2),	(VII. 1)
где у — удельный вес грунта; Н3 — глубина забивки сваи ниже дна котлована.
Глубину забивки свай ниже дна котлована Н3 в рыхлых грун-
тах можно ориентировочно считать равной Н/2, а в плотных грун-
тах--/7/3— ///4, где Н — глубина котлована.
В грунтах с углом внутреннего трения ср>40° глубину забивки
свай рекомендуется определять из условия, чтобы максимальное
давление сваи на грунт не превышало расчетного сопротивления
грунта сжатию.
Глубину до условной заделки сваи в грунт от дна котлована
Но определяют в зависимости от глубины котлована и угла внут-
реннего трения грунта <р. Так, при глубине котлована более 4 м
величину Но определяют таким образом;
при Ф = 2О° Яо=О,25Я; при ф = 30° Яо=0,08Я; при (р=35° Но = 0,035 И.
При других значениях углов внутреннего трения грунта вели-
чину Но можно определять по линейной интерполяции.
Для предварительных расчетов свайного ограждения котлова-
нов можно воспользоваться графиками (рис. VII.8, а,б), разрабо-
танными в институте Метрогипротранс (И. В. Маковский,
236
Глубина котловансс, м
Глубина установка затяжкам
pvds 'unusdiu оээшзЖиЯид иогя
Рис. VII.8. Графики для
расчета консольных свай
(а), свай с одним ярусом
расстрелов (б) и досок за-
тяжки (в)
В. В. Котов, к расчету свайной крепи котлованов).
В результате расчета свай или шпунта по схеме однопролет-
ной (см. рис. VII, а — а) или многопролетной балки определяют
максимальный изгибающий момент, по которому производят про-
нерку прочности сваи (шпунта):
Мтах/Ч? Ки
(VII.2)
f'.ie 7?„ — расчетное сопротивление стали при изгибе; W — момент сопротивле-
нии профиля сваи или шпунта.	• !
237
Более точные результаты могут быть получены при расчете
свай и шпунта по схеме гибкой длинной балки на сплошном уп-
ругом или упругопластическом основании (Н. К- Снитко. Стати-
ческое и динамическое давление грунтов и расчет подпорных
стенок).
Доски затяжки, передающие нагрузки от грунта на сваи, рас-
считывают на изгиб как однопролетные балки (рис. VII.7, д). Пос-
кольку активное давление грунта изменяется с глубиной, расчет
досок ведут по отдельным участкам высотой d=2—Зм, в преде-
лах которых ставят доски одинаковой ширины.
На участке каждого яруса рассчитывают нижнюю доску, за-
гружая ее равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью
Яр-
Яр — Яя,
где 9н — боковое давление грунта на уровне середины нижней доски; Ья —
ширина доски.
Необходимую толщину доски б можно определить из условия
ее прочности Мтах	где — расчетное сопротивление де-
рева на изгиб; 1ПД — момент сопротивления сечения доски, по фор-
муле
Яд	______
2- V3gH//<, ,	(VII.3)
где яд — расчетный пролет доски.
Для ориентировочного определения толщины досок затяжки
можно воспользоваться графиком Метрогипротранса (рис. 11.8, в).
Во всех случаях минимальную толщину досок затяжки принимают
равной 5 см.
Продольные пояса рассчитывают по схеме многопролетной не-
разрезной балки с пролетами, равными расстояниям между осями
расстрелов или анкеров, загруженной усилиями, передающимися
со свай (рис. II.7, е).
Расчет расстрела производят на сжатие с изгибом по формуле
.Vp/(<pF^	(VII.4)
	” X z
где F — площадь поперечного сечения расстрела; <р — коэффициент продольно-
го изгиба; Л1р — расчетный изгибающий момент в расстреле от собственного
веса; — момент сопротивления расстрела в плоскости изгиба; Rn, Rc—
расчетные сопротивления материала расстрела изгибу и сжатию.
Расчет грунтовых анкеров сводится к определению их геомет-
рических параметров (длина, наклон, шаг) и несущей способно-
сти. Длину и наклон анкера определяют из расчета на устойчивость
сваи или шпунта совместно с грунтовым массивом, в который за-
делан анкер. Несущая способность анкера Va должна быть доста-
точной для восприятия анкером возникающих усилий
Na>kHNo,	(VII.5)
где /гн=1,2 — коэффициент надежности.
Из этого условия можно определить оптимальный шаг анкеров
/а-
238
В отличие от расстрелов, работающих преимущественно на
сжатие, анкерные оттяжки воспринимают растягивающие усилия,
величины которых определяют как проекцию в шарнирных опорах
R , поддерживающих сваю (шпунт) (см. рис. VII.7, в,г,).
Л/о = k Ro Za/cos а,	(VII.6)
где £=1,5— коэффициент запаса; а — угол наклона анкера к горизонту, град.
По усилию No проверяют прочность анкерной оттяжки на раз-
рыв.
NJFa^Ra,
где Fit — площадь поперечного сечення тяги анкера; R& — расчетное сопротив-
ление материала тяги анкера.
Несущую способность грунтовых анкеров можно определить
как сумму сопротивлений грунта по боковой и лобовой поверх-
ностям1 ZVa = JVai+Va2.
В зависимости от конструкции анкера величину N&i опреде-
ляют, исходя из сопротивления грунта сдвигу по боковой поверх-
ности всей скважины или только в зоне анкеровки.
Уа1 = £оЯт/1иЛ	(VII.7)
где £0 =0,6 — коэффициент однородности грунта; П — периметр скважины
для бурового анкера (лйскв) или периметр инъекционной зоны для инъекци-
онного анкера (я<7и.з);	—коэффициент, зависящий от вида грунта и типа
анкера (т/=1—для инъекционных анкеров; т/ = 0,6— для цилиндрических
буровых и анкеров с уширениями в песках; ту = 0,5— для тех же анкеров
в супесях, суглинках и глинах); I — глубина скважин или инъекционной зоны;
— нормативное сопротивление грунта сдвигу по боковой поверхности сква-
жины (СНиП 11-15-74).
Если анкер залегает в разнородных грунтах, величину произве-
дения nii fnl определяют послойным суммированием.
При расчете инъекционных анкеров диаметр зоны инъекции
можно определить по формуле
где е — коэффициент пористости грунта; V — объем заинъецированного раство-
ра; 1п— длина зоны инъекции.
Сопротивление инъекционных анкеров или анкеров с разбурен-
ным уширением по лобовой поверхности можно определить по
эмпирической формуле
Л/а2 = £о (АС“ + В у £ц) (S — Sc),	(VII.9)
где А, В—коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта и
равные:
А = 7,1, В = 2,8 при <р= 14°;
А =26,9, В = 16,5	»	<р = 30°;
А =59,6, В = 44,4	»	<р = 36°;
Сы— нормативное удельное сцепление глинистого или параметр линейности
песчаного грунта (СНиП 11-15-74); йц — глубина заложения центра инъекци-
онной зоны или уширения; S, Sc — рабочая площадь уширения и площадь се-
чения скважины; у — удельный вес грунта.
1 Руководство по проектированию и технологии устройства анкеров подзем-
ных сооружений. Л., 1977.
239
Более точные результаты могут быть получены из расчета
грунтовых анкеров совместно с окружающим грунтом методами
механики сплошной среды или численными. Окончательно расчет-
ные параметры грунтовых анкеров устанавливают по данным ис-
пытаний в натурных условиях.
Забивка свай и разработка грунта. Работы при котлованном
способе ведут по параллельной или последовательной схеме. В
первом случае одновременно на различных участках выполняют
все технологические операции, начиная с забивки свай и кончая
их извлечением. Такая поточная технология требует отвода участ-
ка территории длиной порядка 100—150 м. При невозможности
развертывания такого фронта работ, а также при строительстве
относительно коротких подземных сооружений (длиной менее
100 м) применяют последовательную схему, при которой каждую
очередную операцию выполняют после завершения предыдущей на
всей длине объекта. При этом достигается сокращение длины
участка работ и уменьшение потребности в рабочей силе, однако
несколько замедляются темпы строительства. До начала основных
работ выполняют подготовительные операции по разрыхлению
плотных или мерзлых грунтов, установке систем водоотлива, ис-
кусственного водопонижения, замораживания или химического за-
крепления грунтов и т. п. Независимо от принятой схемы произ-
водства работ основные технологические операции выполняют
аналогично (рис. VII.9 и VII.10). При устройстве свайного или
шпунтового ограждения предварительно вскрывают вдоль бровок
будущего котлована контрольные траншеи глубиной до 1,5—2 и
шириной 0,5—0,8 м для выявления мест расположения подземных
коммуникаций.
В зависимости от свойств залегающих по трассе подземного
сооружения грунтов сваи или шпунт забивают паровоздушными
молотами одиночного или двойного действия, вибромолотами
С-286, С-225, штанговыми С-330 или трубчатыми С-966, дизель-
молотами, вибропогружателями ВП-1, ВП-2, ВП-3, ВПП-1 и др.
Получают распостранение электрические вибромолоты С-467-М,
обеспечивающие высокую производительность забивки свай без
существенных деформаций их головной части и при снижении
уровня вибрации. Наряду со специализированным сваебойным
оборудованием используют и навесные копровые мачты на гусе-
ничных экскаваторах, станки для бурения и статического
вдавливания свай, оснащенные буровыми шнеками и гидравли-
ческими домкратами.
После забивки свай или шпунта начинают разработку грунта
в котловане, причем способ разработки и последовательность вы-
полнения земляных работ должны быть увязаны с категорией
грунта и системой крепления котлована.
В зависимости от глубины котлована грунт разрабатывают
сразу до проектной отметки или в несколько ярусов. В первом
случае при глубине котлована не более 8—10 м применяют экска-
ваторы-драглайны, установленные на поверхности земли, и буль-
240
1
1
дозеры, опущенные в котлован и срезающие грунт непосредствен-
но у свай или шпунта с последующим перемещением его в зону
заботы экскаватора. При этом разработка грунта обычно произво-
дится в три-четыре стадии.
Разработанный грунт грузят в автосамосвалы и часть его вы-
возят в отвал, а часть используют для обратной засыпки кот-
лована. В процессе разработки котлована при незначительном
притоке подземных вод выполняют открытый водоотлив насосами,
установленными на поверхности земли или в котловане.
По мере разработки грунта в котловане ведут геодезический
контроль, измеряют объемы земляных работ. Для этого в котло-
ван переносят отметки полигонометрических знаков и реперов.
На раме, закрепленной над котлованом, на расстрелах, подзем-
ных коммуникациях или на транспортных мостах подвешивают
отвесы, а на дне котлована устанавливают бетонную призму, в
которую заделывают стальную пластину. На этой пластине с по-
мощью теодолитов и нивелиров фиксируют плановые и высотные
отметки. Высотные отметки выносят также и на ограждение стен
котлована. По этим отметкам устанавливают места расположения
расстрелов, анкеров, поясов, а также элементов постоянных кон-
струкций. Одновременно с разработкой грунта в котловане за
полки свай заводят доски затяжки, раскрепляя их клиньями, или
закрепляют грунт между сваями набрызг-бетоном.
После разработки котлована на определенную глубину устра-
ивают распорную или анкерную крепь. Сначала на сваи устанав-
ливают пояса из двутавровых или швеллерных балок, закрепляя
их на кронштейнах, приваренных к полкам свай. После этого мон-
тируют расстрелы, распирая их в пояса клиньями или домкрата-
ми. Монтаж балок обвязки (поясов) и расстрелов производят
стреловыми гусеничными или колесными кранами, установленны-
ми на бровке котлована, или козловыми кранами. При установ-
ке грунтовых анкеров грунт сначала разрабатывают до уровня
установки поясов. После этого монтируют пояса и под заданным
хглом к горизонту пробуривают скважины, для чего применяют
различные буровые станки, предназначенные для устройства сква-
жин практически в любых грунтах. В СССР и за рубежом созданы
как стационарные, так и самоходные специализированные и уни-
версальные буровые установки на гусеничном и пневмоходу удар-
ного, роторного, шнекового и ударно-вращательного бурения (СБА-
500Э, УЛБ-130, УБК-200/300, СКБ-4, «Като», «Бетоно», «Бауэр» и
др.). Для создания наклонных скважин можно использовать спе-
циальные пневмопробойники с направляющими и приспособлением,
обеспечивающим поворот пробойника при извлечении обсад-
ных труб. Последние применяют обычно в несвязных грунтах.
В нашей стране получили распространение реверсивные пневмо-
пробойпики ИП-4601, ИП-4603 и ПР-40, позволяющие устраивать
скважины диаметром до 400 мм и глубиной до 50 м.
После того как скважина пробурена на требуемую глубину,
в нее помещают трубы, стержни или пучки высокопрочной про-
243
волоки, заделывая их по всей длине или только в донной части
скважины путем нагнетания цементного раствора диафрагмовы-
ми насосами С-251, С-256, С-317 и др. Анкерные оттяжки инъек-
ционных анкеров натягивают гидравлическими домкратами
ДГС-63-315, СМ-537, ДГ-100-2 грузоподъемностью до 100 т и
закрепляют их на поясах при помощи наклонной анкерной пли-
ты и фиксирующей гайки. Натяжение анкерных оттяжек про-
изводят отдельными ступенями по 20—30% расчетного усилия
с выдержкой времени между каждым этапом. Конечное усилие,
равное 1,3—1,5 расчетного, выдерживают в течение 1 ч. В процес-
се натяжения анкеров, а также после их закрепления регистри-
руют усилия натяжения анкерных оттяжек и выявляют воз-
можное снижение этих усилий за счет податливости грунта.
После раскрепления свай или шпунта завершают работы по
вскрытию котлована.
Возведение и гидроизоляция конструкции. По выровненному
и уплотненному основанию укладывают щебеночную или бетон-
ную подготовку толщиной 10—15 см. Работы ведут на участке
длиной 10—12 м. Бетонную смесь обычно доставляют централи-
зованно с бетонных заводов и подают в котлован кранами в
контейнерах или бетононасосами. Бетонную смесь разравнивают
и уплотняют площадочными вибраторами или виброрейками.
Поверхность бетонной подготовки выравнивают цементной
стяжкой толщиной 2—3 см.
По стяжке наносят гидроизоляционное покрытие, выводя
концы изоляции на защитную стенку из кирпича или железобе-
тонных блоков высотой 1 —1,2 м. Изоляцию в лотке защищают
от механических повреждений цементной стяжкой толщиной
2—3 см.
Если подземное сооружение возводят в котловане с естест-
венными откосами или если между стенками котлована и кон-
струкцией оставлен зазор около 0,8—1,2 м, изоляцию стен вы-
полняют непосредственно по их наружной поверхности.
При строительстве подземного сооружения в котловане со
свайным или шпунтовым креплением, когда между стенами кот-
лована и конструкцией нельзя оставить зазор около 1 м, гидро-
изоляцию устраивают по защитной стенке до возведения обделки.
Работы по гидроизоляции подземного сооружения выполняют
обычно на участке длиной 10—15 м. Технология гидроизоляцион-
ных работ зависит главным образом от вида изоляционного ма-
териала. Многослойная оклеенная изоляция из 3—4 слоев гидро-
изола на битумной мастике требует выполнения разнообразных
трудоемких ручных операций. Рулоны гидроизола раскатывают
по изолируемой поверхности и приклеивают расплавленной би-
тумной мастикой, приготовленной на месте строительства в
битумоварочных котлах или доставленной в специальных авто-
гудронаторах Д-640, оборудованных системами обогрева и об-
ратной циркуляции. Отдельные листы стыкуют один с другим вна-
хлестку, обеспечивая перекрытие листов не менее 15—20 см. Для
сокращения ручного труда применяют механизированное нане-
сение битумной мастики распылением ее специальными установ-
ками. Внедрение новых гидроизоляционных материалов в виде
многослойных ковров на стеклотканевой основе (стеклорубероид,
гидростеклоизол и др.) дает возможность механизировать рабо-
ты по устройству гидроизоляции. Такая изоляция наносится на
поверхность конструкции или на защитную стенку оплавле-
нием покровного слоя толщиной 1,5—2 мм из тугоплавкого пла-
стичного битума. При этом применяют газопламенные воздуш-
но-пропановые или огневые горелки, к недостаткам которых от-
носятся неравномерность нагрева и опасность разрушения
изоляционного покрытия.
В настоящее время разработана механизированная техноло-
гия наклейки ковровой изоляции с применением специальных
установок, оснащенных газовыми или огневыми горелками. При-
меняют воздушно-пропановые нагревательные однофакельные и
многофакельные (линейные) горелки. Перспективным представ-
ляется использование вместо горелок инфракрасных нагревате-
лей. Они обеспечивают высокую плотность и равномерность
излучения.
После устройства гидроизоляции в лотке возводят конструк-
цию подземного сооружения. Обделки из монолитного железо-
бетона бетонируют в деревянной или металлической инвентарной
опалубке. Последнюю целесообразно устраивать передвижной,
перемещая ее на тележке с домкратными устройствами, позво-
ляющими быстро устанавливать и снимать элементы опалубки..
Бетон за опалубку подают краном в контейнерах или укла-
дывают бетононасосами или пневмобетоноукладчиками с послой-
ным уплотнением вибраторами. При возведении многоярусных
подземных конструкций наружные стены бетонируют, как прави-
ло, снизу вверх на всю высоту, раскрепляя их междуярусными
перекрытиями.
Сборные конструкции монтируют колесными или гусеничными
стреловыми кранами, устанавливая их на бровках котлована,,
непосредственно в котловане или на перекрытии готовой части под-
земного сооружения. При строительстве подземных гаражей или
комплексов зального типа, занимающих ограниченную по разме-
рам территорию, находят применение башенно-стреловые краны
грузоподъемностью 5—15 т.
При строительстве достаточно протяженных подземных со-
оружений (длиной более 300—400 м) и при ширине котлована
более ”15—20 м целесообразно использовать консольно-козловые-
краны грузоподъемностью до 20—30 т и пролетом 30—40 м. Та-
кие краны перемещаются по рельсам, уложенным на бровках
котлована или на бермах его откосов, и позволяют не только
вести монтаж конструкций, но и устанавливать временную крепь
котлована, подавать на место ведения работ бетонную смесь и
другие строительные материалы и оборудование.
На плотно застроенной территории может оказаться эффек-
тивной технология надвижки блоков цельносекционний обделки.
Для этого после вскрытия и закрепления котлована в монтаж-
ную камеру, которую устраивают в головной части котлована, по-
очередно опускают краном секции обделки и, объединяя их, на-
двигают тяговыми устройствами по заранее подготовленному
основанию. Надвижку секций можно производить гидравличес-
кими домкратами, упирающимися в торцовую стену монтажной
камеры, аналогично тому как это делается при продавливании
тоннелей (см. гл. IX, §28), или системой тросов, установив тяговые
лебедки во второй камере в противоположном конце котлована.
После надвижки секций в проектное положение производят
гидроизоляцию стыков и сопряжение секций с основанием, для
чего в зазор между днищем секции и железобетонной плитой
нагнетают песчаную смесь или цементно-песчаный раствор.
Основное достоинство рассматриваемой технологии в том, что
крупногабаритные секции опускают в котлован лишь в пределах
монтажной камеры, что исключает перемещения крана вдоль
бровки котлована и позволяет значительно сузить строительную
площадку. Кроме того, применение для опускания секций мощ-
ных стационарных кранов дает возможность увеличить длину и
массу секций обделки.
Преимущества такой технологии могут существенно возрасти
при использовании транспортно-пешеходных мостов через котлова-
ны (см. гл.-VI, §20) для непрерывного проезда транспорта и
прохода людей в местах пересечения основной магистрали со вто-
ростепенными улицами или по всей длине тоннеля. В последнем слу-
чае основные работы по строительству тоннеля, кроме забивки
свай, ведутся под защитой перекрытия закрытым способом, что
практически не нарушает движение транспорта и пешеходов над
строящимся тоннелем.
Сборные конструкции монтируют на участке длиной 15—20 м,
что дает возможность вести работы на широком фронте, четко
выполнять отдельные технологические операции и добиться наи-
высшей производительности труда. Отдельные конструктивные
элементы доставляют панелевозами пли трайлерами и устанавли-
вают в проектное положение непосредственно «с колес». Подзем-
ные конструкции обычно монтируют снизу вверх: вначале устанав-
ливают фундаментные и лотковые блоки, затем стеновые панели,
колонны, прогоны и междуярусные перекрытия, а затем блоки верх-
него перекрытия.
Положение железобетонных блоков фиксируют инструменталь-
но по высоте и в плане от реперов и разбивочных осей. Стеновые
блоки устанавливают с точностью +25 мм в плане и профиле,
лотковые блоки с точностью +25 мм в плане и +20 мм в профи-
ле, колонны, прогоны и блоки перекрытия с точностью +15 мм в
плане и профиле.
На период монтажа все элементы должны быть надежно зак-
реплены. Собранную конструкцию подземного сооружения изоли-
руют по стенам и перекрытию, защищая изоляцию от возможных
246
повреждений кирпичной стенкой, железобетонными блоками или
слоем торкрета по стальной сетке. По перекрытию укладывают
слой бетона толщиной 15—20 см, армируя его стальными сетками.
Готовую конструкцию засыпают грунтом. За стены отсыпают
песчаный грунт слоями по 20—30 см с поливкой водой и уплот-
нением пневматическими или электрическими ручными трамбов-
ками. Засыпка за стены подземного сооружения должна произво-
диться одновременно с двух сторон во избежание одностороннего
бокового давления грунта. На перекрытие грунт отсыпают слоями
по 50—60 см, уплотняя его послойно. Для этого применяют при-
цепные или моторные, гладкие и кулачковые катки, трамбовочные
и вибротрамбовочные машины.
После засыпки грунта за стены подземного сооружения демон-
тируют расстрелы, пояса обвязки и извлекают сваи или шпунт.
Для извлечения свай и шпунта применяют копровые установки,
смонтированные на гусеничных экскаваторах и оснащенные мощ-
ными лебедками с полиспастами, развивающими усилие до
10 000 кН. При наличии несвязных грунтов можно извлекать
сваи при помощи виброустановок. В частности, находят примене-
ние виброударные шпунтовыдергиватели Ш-1, МШ-2, В1-592 и
др., обеспечивающие извлечение свай или шпунта при снижении
тягового усилия в 8—10 раз по сравнению с обычным статическим
способом. Однако повышенная вибрация может привести к осад-
кам и нарушениям расположенных поблизости зданий, а также к
повреждению гидроизоляции подземного сооружения. В некоторых
случаях для извлечения свай применяют гидродомкратные уста-
новки— бесшумные сваевыдергиватели, создающие усилия около
5—6 тыс. кН.
В последнюю очередь выполняют отделочные и монтажные ра-
боты в подземном сооружении, восстанавливают разрушенное до-
рожное покрытие и ликвидируют строительную площадку.
Котлованный способ производства работ характеризуется вы-
сокой степенью механизации, дает возможность применять индуст-
риальные конструкции, мощное землеройное и грузоподъемное обо-
рудование. Однако в городских условиях при наличии в районе
строительства плотной застройки и интенсивного уличного движе-
ния применение котлованного способа не всегда эффективно. Рас-
крытие широких котлованов на участках длиной 100—150 м при-
водит к нарушению условий движения наземного транспорта на
весь период строительства тоннеля, что затрудняет нормальную
жизнь города в этом районе. При котлованном способе требуется
выполнение значительных объемов земляных работ и большой рас-
ход металла и древесины на временное крепление. Так, на креп-
ление 100-метрового участка котлована глубиной 6—7 и шириной 8—
10 м расходуется около 250—300 т стали и 60—70 м3 дре-
весины.
Дальнейшее совершенствование подземных конструкций, внед-
рение новых видов ограждений котлованов, механизация гидроизо-
247
ляционных работ обусловливают снижение трудоемкости и стои-
мости работ, увеличение темпов и сокращение сроков строитель-
ства подземных сооружений котлованным способом.
§ 22. ПРИМЕНЕНИЕ ПОДВИЖНОЙ КРЕПИ
Виды подвижной крепи. Для максимальной механизации работ
по разработке, погрузке грунта и возведению обделки при строитель-
стве городских тоннелей мелкого заложения открытым способом при-
меняют подвижную металлическую крепь незамкнутого профиля, пе-
ремещающуюся путем отталкивания от собранной обделки или от
стен выработки. Использование подвижной крепи позволяет:
полностью исключить стационарное ограждение котлована и
трудоемкие работы по его возведению;
сократить объемы земляных работ по разработке котлована
и обратной засыпке конструкции (за счет сокращения зазоров
между обделкой и стенками котлована);
сократить длину рабочего участка, нарушающего поверхност-
ные условия, до 30-^40 м;
повысить степень механизации, снизить трудоемкость работ;
повысить степень механизации и снизить трудоемкость работ;
повысить скорость строительства тоннелей;
снизить уровень шума и вибрации;
уменьшись опасность сдвижений и деформаций поверхности
земли, зданий и сооружений по трассе тоннеля.
Подвижную крепь целесообразно применять при строительстве
перегонных тоннелей метрополитена, автотранспортных и пешеход-
ных тоннелей мелкого заложения, длина которых превышает
50—100 м. Работы с использованием такой крепи можно вести
практически в любых нескальных грунтах, за исключением неус-
тойчивых илистых и плывунных. При высоком расположении уров-
ня грунтовых вод работы можно производить с применением ис-
кусственного водопонижения. В нашей стране и за рубежом соз-
даны различные виды подвижной крепи, отличающиеся размера-
ми, способом перемещения и конструктивными особенностями.
Первый опыт применения подвижной крепи-—щитов открытого
профиля на строительстве тоннелей Московского метрополитена
показал принципиальную возможность и перспективность этого
способа, обеспечивающего сравнительно высокие темпы проходки
(до 150 м/мес).
В настоящее время в нашей стране создан и успешно применя-
ется усовершенствованный механизированный комплекс КМО
2x5 со щитом открытого профиля. Щит предназначен для проход-
ки однопутных и двухпутных перегонных тоннелей метрополитена
и может крепить котлованы шириной до 10,5 и глубиной до 8 м в
песчаных, супесчаных, суглинистых и глинистых грунтах проч-
ностью до 15 МПа. Для приспособления щита к котлованам раз-
ной ширины предусмотрены специальные вставки. Щит прямо-
угольного поперечного сечения длиной 10,6, шириной до 9,96 (10,
248
Рис. VII.11. Схема щита от-
крытого профиля комплекса
КМО 2X5
/ — ножевая часть: 2 — рас-
порная балка с подкосами;
3 _ опорная часть: 4 — съем-
ные боковые ограждения;
5 — гидравлические домкра-
ты:	6 — распределительная
рама; 7 — хвостовая часть;
8 — выдвижные ножи
Рис. VII.12. Схема щита от-
крытого профиля Главмос-
инжстроя
/ — ножевая часть; 2 — под-
косы; з — опорная часть;
1 — гидравлические домкра-
ты; 5 — хвостовая часть; 6 —
защитный фартук; 7 — кор-
ректирующий домкрат
34 на кривых), высотой до 7,98 м и массой 350 и 270 т (соответ-
ственно для двух- и однопутных тоннелей) состоит из ножевой,
опорной и хвостовой частей (рис. VII.11). Ножевая и хвостовая
части выполнены в виде вертикальных стенок из двутавровых ба-
лок, обшитых стальными листами. Ножевая часть имеет наклон
50° к вертикали и заострения для врезания в грунт. Для обеспече-
ния необходимой жесткости ножевой части предусмотрена распор-
ная балка с трубчатыми подкосами, расположение которых не
мешает разработке грунта экскаваторами. В опорной части щита
размещаются 30 гидравлических домкратов грузоподъемностью по
100 т и распределительная рама для упора в секции обделки. Здесь
?• а к. 104
249
же расположены три гидронасоса с электродвигателями и пульт уп-
равления. В верхней части корпуса щита смонтированы съемные
боковые ограждения для возможности проходки под городскими
инженерными коммуникациями. В пределах опорной части щита за-
креплены четыре профилирующих выдвижных ножа для планиров-
ки дна котлована и опорные лыжи с гидроцилиндрами для улуч-
шения маневренности щита в плане и профиле. С этой же целью
в боковых стенках ножевой части предусмотрены сквозные «окна»
и шарнирные опорные плиты с гидроцилиндрами. Ведение щита
облегчается также за счет небольшого удельного давления на
грунт (до 50 кПа).
В Главмосинжстрое применяют облегченную щитовую крепь,
предназначенную для проходки подземных сооружений мелкого
заложения. Щит длиной до 11, шириной 3,2—12, высотой 3,6 м и
массой 25—67 т представляет собой жесткую металлическую кон-
струкцию коробчатого профиля (рис. VII.12).
Перемещение щита осуществляется 14 гидравлическими дом-
кратами, упирающимися в элементы собранной обделки. Разработ-
ка грунта производится в пределах ножевой части, состоящей из
двух сплошных стальных стенок, предотвращающих обрушение
грунта. Щит обладает достаточно высокой маневренностью и мо-
жет обеспечйть проходку тоннелей на кривых радиусом до 50 м и
на уклонах до ±12%. Таким щитом в Москве пройдено около
1,2 км тоннелей, в том числе пешеходный тоннель длиной 47,86,
шириной 5,34 и высотой 2,32 м на Кутузовском проспекте.
Помимо щита открытого профиля разработана оригинальная
конструкция самодвижущейся шандорной крепи (системы
В. С. Пикуля), предназначенной для ограждения и оконтури-
вания стен котлованов и траншей. Это металлическая крепь вися-
чего типа незамкнутой формы, состоящая из двух боковых
стенок, образованных выдвижными щитами — шандорами (рис.
VII.13).
Стенки имеют наклон 1:10, что позволяет снизить массу крепи
и уменьшить усилия для ее передвижения. Они соединены с жест-
ким пространственным каркасом, состоящим из отдельных связан-
ных между собой стальных балок. На каркасе закреплены цилин-
дры гидравлических домкратов, штоки которых перемещают боко-
вые шандоры.
На корпусе крепи установлен гидравлический привод, состоя-
щий из насосной установки, трубопроводов и переключателей.
Шандоры имеют режущую кромку для срезания слоя грунта и
оконтуривания стен выработки.
Для удобства транспортирования крепи и возможности приме-
нения ее в котлованах различной ширины крепь устраивают сбор-
но-разборной конструкции. В случае необходимости проходки
под подземными коммуникациями верхние шандоры выполняют
съемными или откидными. Возможно также наращивание боковых
шандоров для устройства более глубоких котлованов. В этом слу-
250
Рис. VII.13. Схема
J — выдвижные шандоры; 2 — корпус;
самодвижутейся шандорной крепи
3—гидравлические домкраты; 4 — распорки; 5 —
подкосы
Рис. VII.14. Технологическая схема
сооружения тоииеля щитом откры-
того профиля
1 — гидравлический экскаватор; 2 —
ЩИТ; 3 — козловой кран; 4 — блок
обделки; 5 — автосамосвал; 6 —
бульдозер
10600

/до|
77//7 M7^7/7 7777^7777^^777У77У77 7^ 77777777777/777'.


—  ’— -------------~ - '. •• . : ,: ’-• ' - • • •-••’ •- T7-
чае дополнительные шандоры раскрепляют распорками или под-
косами.
При проектировании подвижной крепи необходимые усилия
домкратов Р определяют из условия преодоления сопротивления
трения грунта по наружной поверхности щита (шандор) и сопро-
тивления грунта при врезании ножевой части (шандор)
P = ka (nqLp+ Foqo),	(VII. 10)
где &H = lt2—1,5 — коэффициент надежности; П — периметр ножевой части
щита или высота шандор; q — нормальное давление грунта на корпус щита
или на шандоры; Д—длина щита или шандора; р — коэффициент трения кор-
пуса щита (шандор) о грунт; р = 0,4—0,6; Fo — площадь срезаемого слоя
грунта; — удельное сопротивление резанию грунта (по данным эксперимен-
тов) .
9* Зак. 104
251
Технология производства работ. Строительно-монтажные рабо-
ты с применением щита открытого профиля производятся по па-
раллельной схеме. До начала работ должна быть оборудована стро-
ительная площадка и устроены удобные подъездные пути для до-
ставки деталей щита и секций обделки. Щит собирают в предва-
рительно вскрытом котловане, в котором устраивают упорную
стенку для возможности начального передвижения щита.
Работы по проходке тоннеля щитовым комплексом КМО 2x5
ведутся в такой технологической последовательности (рис. VII.
14). Грунт разрабатывают заходками по 1,5 м гидравлическим
экскаватором ЭО-4121 «обратная лопата» с удлиненной руко-
ятью. На участке хвостовой оболочки по спланированному осно-
ванию устраивают подготовку толщиной 15 см из сухой смеси
песка, цемента и щебня или из жесткого бетона.
Блоки цельносекционной обделки длиной 1,5 м и массой около
17 т монтируют консольно-козловым краном ККТС-20 грузоподъ-
емностью 20 т, который перемещается по рельсовому 25-метровому
пути, уложенному вдоль бровки котлована. Блоки обделки
имеют заводскую гидроизоляцию из гидростеклоизола с защитным
покрытием из асбестоцементных листов. Швы между секциями
герметизируют сваркой выпусков гидростеклоизола изнутри тон-
неля. Установленные в проектное положение секции засыпают
местным грунтом, разрабатываемым в забое щита, с разравнива-
нием бульдозером и уплотнением виброкатком ПВК-25. Щит пе-
ремещается на длину заходки, отталкиваясь от обделки гидрав-
лическими домкратами, развивающими общее усилие около 11,5
МН. Работы по проходке тоннеля щитом открытого профиля ве-
дутся со скоростью до 200 м/мес. При этом за счет совмещения
во времени и сближения операций по разработке грунта и возве-
дению обделки длина рабочего участка, стесняющего уличное
движение, не превышает 30—35 м.
Применение щитов открытого способа работ наряду с ранее
отмеченными достоинствами имеет ряд принципиальных недостат-
ков. Щитовая проходка возможна только в сочетании с цельно-
секционной обделкой, причем длина секций ограничена ходом
штоков щитовых домкратов. Значительные усилия щитовых дом-
кратов могут привести к повреждениям тоннельной обделки. Име-
ются сложности создания качественной и надежной подготовки
под тоннельные секции, не устраняются в полной мере трудности,
связанные с переустройством подземных коммуникаций.
В отличие от щита открытого профиля самодвижущаяся шан-
дорная крепь характеризуется значительно меньшей металлоем-
костью. За счет безраспорного принципа передвижения сущест-
венно снижается потребная мощность привода.
Крепь может быть приспособлена как к цельносекционным,
так и к любым другим сборным и монолитным обделкам различ-
ной ширины. Для этого укорачивают или удлиняют телескопичес-
кие или заменяют жесткие распорки несущей рамной конструкции.
При передвижении крепи домкраты не оказывают давления на
252
обделку, что дает возможность облегчить конструкцию, добиться
повышения ее трещиностойкости и водонепроницаемости, а также
увеличить ширину монтируемых элементов обделки до 3—4 м. Для
обжатия стыков между секциями обделки на корпусе крепи могут
быть установлены дополнительные домкраты.
Крепь отличает хорошая управляемость в плане и профиле она
может вписываться в кривые радиусом до 400—300 м; все опера-
ции, связанные с перемещением крепи, могут быть автоматизиро-
ваны. К достоинству крепи относится также возможность устрой-
ства надежной подготовки под секции.
Применение самодвижущейся крепи, которую можно исполь-
зовать многократно, приводит к сокращению объема земляных ра-
бот по сравнению с обычным котлованным способом, к снижению
трудоемкости работ и повышению темпов строительства. Самодви-
жущуюся крепь можно применять в насыпных, песчаных, глинис-
тых и суглинистых грунтах при глубине котлована до 10 м и
площади, его поперечного сечения до 100 м2. Наиболее целесооб-
разно использовать такую крепь на малозастроенных городских
территориях при незначительном количестве подземных коммуни-
каций и сооружений.
§ 23. ТРАНШЕЙНЫЙ СПОСОБ РАБОТ
Технология «стена в грунте». При расположении подземных;
сооружений мелкого заложения в непосредственной близости от'
зданий, а также в условиях интенсивного уличного движения при-
меняют траншейный способ производства работ.
Основные технологические операции выполняют в такой после-
довательности (рис. VII. 15). _
Вначале в местах расположения стен будущего подземного
сооружения отдельными заходками разрабатывают и закрепляют
траншеи шириной до 0,6—0,8 и глубиной до 18—20 м, в которых
возводят конструкции стен.
Затем с поверхности земли вскрывают котлован до низа основ-
ного перекрытия и устанавливают сборные или бетонируют моно-
литные конструкции перекрытия, опирая их на ранее возведен-
ные стены. Далее готовое перекрытие защищают от воды гидро-
изоляционным покрытием и засыпают грунтом, восстанавливая
дорожную одежду над подземным сооружением. Под защитой
стен и перекрытия разрабатывают грунтовое ядро, возводят меж-
дуярусные перекрытия, перегородки и бетонируют днище.
При строительстве двух- или многопролетных подземных со-
оружений промежуточные стены также возводят в траншеях, а
колонны-стойки выполняют в виде сквозных буровых свай. Такая
последовательность ведения работ позволяет быстро восстановить
движение транспорта над строящимся подземным сооружением,
что особенно важно при возведении подземных объектов на срав-
нительно узких и грузонапряженных дорогах и улицах.
При траншейном способе работ в отличие от котлованного не
253
Рис. VII.15. Последовательность работ (а — г) при траншейном способе
/ — траншея; 2 — арматурный каркас; 3 — железобетонная конструкция; 4 —распорка; 5 —
обратная засыпка
требуется применения металлического крепления стен, обеспечи-
вается устойчивость расположенных поблизости зданий и соору-
жений.
Траншейный способ работ в том виде, в котором его долгое
время применяли в тоннелестроении, предусматривает крепление
траншей деревянной крепью, что сопряжено со значительными
трудностями. В последние годы широкое распространение полу-
чил видоизмененный траншейный способ, при котором для крепле-
ния стен траншей используют специальный глинистый раствор —
бентонитовую суспензию. Последняя удельным весом 10,5—12
кН/мз представляет собой коллоидный раствор монтмориллонито-
вых глин и характеризуется тиксотропными свойствами.
Находящаяся в жидком состоянии (золь) бентонитовая суспен-
зия с течением времени загустевает (переходит в гель), а при ме-
ханическом воздействии вновь переходит в золь, причем гель об-
ладает статической, а золь — динамической структурной проч-
ностью. Имея низкую вязкость и высокую глинизирующую способ-
ность, бентонитовая суспензия проникает в грунт и кольматирует
стенки траншей, образуя на их поверхности тонкую (0,5—30 мм)
и достаточно плотную и прочную корку. Наличие такой глинис-
той корки предотвращает избыточную фильтрацию глинистого
раствора в грунтовый массив и удерживает от обрушения верти-
кальный откос траншей с нагрузкой на поверхности. Глинистая
корка является также своеобразным экраном, обеспечивающим
передачу па грунт статического и динамического давления бенто-
нитовой суспензии. Для устойчивости траншейных стен необходи-
254
мо, чтобы давление глинистого раствора превышало активное дав-
ление грунта и воды. Из этого условия находят требуемую вели-
чину удельного веса глинистого раствора. Следует отметить, что
в связи с относительно высокой стоимостью и дефицитностью бен-
тонитовых глин в ряде случаев используют глинистые растворы,
приготовленные из обычных грубодисперсных глин, которые под-
вергают дополнительной обработке — диспергированию.
Глинистый раствор характеризуется постоянством свойств на
всей стадии производства строительных работ. Он не ухудшает
сцепления арматуры с бетоном, не смешивается с бетонной сме-
сью, что позволяет вести бетонирование подводным способом. Для
улучшения физико-химических свойств глинистого раствора в его
состав вводят специальные добавки, повышающие вязкость, уве-
личивающие плотность, уменьшающие период гелеобразования и
др. Созданы также морозоустойчивые глинистые растворы с тем-
пературой замерзания до 238 К-
В закрепленные глинистым раствором траншеи опускают арма-
турные каркасы и бетонируют конструкции стен непосредственно
в грунтовой опалубке, вытесняя глинистый раствор бетонной
смесью.
Такая технология возведения стен, получившая название «сте-
на в грунте», может применяться практически в любых нескаль-
ных грунтах (как в несвязных, так и в плотных глинистых), за
исключением текучих илистых и плывунных грунтов, а также
грунтов, имеющих крупные пустоты или карсты. При этом уровень
грунтовых вод должен располагаться на глубине не менее чем;
1,5 м от поверхности земли, а скорости движения грунтовых вод
ие должны превышать критических, при которых происходит вы-
мывание глинистого раствора.
Способ «стена в грунте» наиболее эффективен при глубине
траншей более 5—6 м, а также при расположении подземного со-
сружения в непосредственной близости от зданий или их фунда-
ментов. Использование глинистого раствора для крепления стен
траншей дает возможность исключить свайное, шпунтовое или
многодельное деревянное крепление.
При этом не требуется устройства водоотлива или искусственно-
го водопонижения; уменьшаются объемы земляных работ, предот-
вращаются сильный шум и вибрация, снижается трудоемкость и
возрастают темпы строительства.
При таком способе работ стены являются одновременно крепью
и конструктивным элементом подземного сооружения. Они могут
использоваться в качестве ограждения котлована вместо свай или
шпунта и раскрепляться расстрелами или грунтовыми анкерами.
При траншейном способе возникают трудности с защитой подзем-
ного сооружения от подземных вод, ибо устройство наружной гид-
роизоляции стен практически невозможно. Вместе с тем образую-
щаяся на поверхности бетона со стороны грунта глинистая корка
имеет низкий коэффициент фильтрации, что обусловливает повы-
шенную водонепроницаемость конструкции тоннеля. Наряду с
255
SPhc. VH.16. Схемы бурофрезерных агрегатов (а —в), штангового экскаватора (г) траншей-
ного драглайна (д)
1— шагающие опоры: 2 —рама; 3 — лебедка; 4 — мачта; 5 — вертлюг; 6 — роликовая опора;
7 — рабочий орган; 6 —хомуты; 9 — головная секция; /0—торцовая фреза; 11—кран-экска-
ватор; 12 — бур с долотом; 13 — колонка с эрлифтом; 14 — места установки сван; 15 —
глинистый раствор; 16 — снтогидроциклонная установка; 17 — кабельный барабан; 18 — по'
гружнсй электродвигатель; 19 — рукоять; 20—струговый ковш: 21 — ковш драглайна; 22—
направляющее устройство
траншейными стенами применяют также стены из взаимно пере-
секающихся или касающихся буронабивных свай.
Оборудование для разработки траншей. Для разработки тран-
шей применяют как обычное землеройное, так и специализирован-
ное оборудование. В зависимости от свойств грунтов траншеи раз-
рабатывают бурофрезерными и буровыми агрегатами, одноковшо-
выми или многоковшовыми экскаваторами и грейферами.
Бурофрезерное и буровое оборудование применяют преиму-
щественно в тяжелых, трудноразрабатываемых грунтах. В оте-
чественной практике подземного строительства находят примене-
ние гидромеханизированный траншеекопатель ВНИИГС и агрегат
СВД-500. Траншеекопатель предназначен для разработки тран-
шей шириной 0,6—0,8 и глубиной до 15—20 м в нескальных грун-
тах. Он состоит из мачты высотой 16,7 м, закрепленной на раме
с шагающими опорами для перемещения вдоль траншеи (рис. VII.
16, а). При разработке криволинейных в плане траншей одна опо-
ра делается неподвижной, а две другие — шагающими, что обеспе-
чивает поворот агрегата на кривой.
За счет вращательного и возвратно-поступательного движения!
вертикальной трубы с фрезами происходит срезка грунта, при-
чем за один проход снимается стружка толщиной до 3 см. Разра-
ботанный грунт смешивается с глинистым раствором и удаляется
эрлифтом. Скорость разработки траншеи составляет 0,6—2 м/ч, а
производительность траншеекопателя — 7—8 м3/ч. Все основные
операции по разработке, удалению грунта и перемещению тран-
шеекопателя механизированы.
Серийный отечественный агрегат СВД-500 создан на базе гу-
сеничного экскаватора Э-505 или Э-652 (рис. VII. 16, б). Вместо'
стрелы смонтирована рамная металлоконструкция, состоящая из
фермы и двух стальных труб. Буровой инструмент-—электробур с‘
трехперым долотом для мягких и с шарошками для крепких грун-
тов, перемещаясь по направляющим, закрепленным на ферме...
снимает слои грунта толщиной 25—30 см на всю глубину траншеи.
Разработанный грунт вместе с глинистым раствором выдается
эрлифтом производительностью 300—600 м3/ч на поверхность зем-
ли в специальные отстойники. Агрегатом СВД-500 можно разраба-
тывать траншеи шириной 0,5 и глубиной до 20 м со скоростью
0,5—2 м траншеи в 1 ч.	•
Создан также агрегат СВД-500Р, предназначенный для разра-
ботки траншей шириной 0,5—0,6 и глубиной до 50 м. Этот агрегат
смонтирован на самоходной рельсовой платформе, что псособ-
ствует созданию строго вертикальных и прямолинейных траншей.
При строительстве транспортного тоннеля на кольце В в Моск-
ве применили буровой агрегат типа BW японской фирмы «Тоне Бо-
уринг» с погружным многошпиндельным рабочим органом вра-
щательного действия. Последний состоит из блока электробуров
е долотами и ножами и может быть закреплен на специальной
вышке или подвешен к гусеничному крану (рис. VII. 16, в). Такой
агрегат разрабатывает траншеи шириной 0,6 м, глубиной более
257
60 м последовательными или чередующимися захватами длиной
до 15 м без многократного подъема и спуска рабочего органа, что
снижает динамические нагрузки на стенки траншей. Разработан-
ный грунт смешивается с глинистым раствором и выкачивается
на поверхность всасывающим насосом или эрлифтом. Агрегат
снабжен указателем отклонений, контролирующим вертикаль-
ность траншей. Бурофрезерное оборудование обеспечивает высокую
производительность и точность разработки траншей, однако его
целесообразно применять только в трудноразрабатываемых грун-
тах при больших объемах работ, учитывая высокую стоимость бу-
ровых агрегатов, значительное потребление электроэнергии, слож-
ность производства работ, необходимость непрерывной очистки
глинистого раствора и пр.
В мягких податливых грунтах чаще всего применяют ковшовое
землеройное оборудование. При этом исключается гидротранспор-
тирование грунта; глинистый раствор не смешивается с грунтом,
что облегчает его очистку и приводит к некоторой экономии бен-
тонитовой суспензии.
В некоторых случаях применяют специальные штанговые эк-
скаваторы и траншейные драглайны. Штанговые экскаваторы на
базе обычных оснащены рабочим органом типа струга. По коп-
ровой стойке перемещается штанга-рукоять, на которой закреплен
ковш-струг с откидным днищем. На передней кромке ковша име-
ются ножи для снятия стружки со лба забоя траншеи (рис. VII.
16,г). Траншейные драглайны в отличие от серийных имеют уко-
роченную стрелу и разрабатывают грунт при крутизне лба забоя
около 60—70° (рис. VII.16,д). В нашей стране применяют штан-
говые экскаваторы ШС-600 и ШЭ-800 с ковшами емкостью 0,6—
18 м3 для разработки траншей шириной 0,6 и 0,8 и глубиной
12—18 м и траншейные драглайны ТД-600 и ТД-1100 с ковшами
емкостью 0,6—1,2 м3 для разработки траншей шириной 0,6—1,1 и
глубиной до 12—16 м.
Чаще всего для разработки траншей в мягких грунтах приме-
няют грейферы. Грейферные снаряды можно свободно подвеши-
вать на тросах к стреле крана-экскаватора или закреплять на
жесткой штанге, что позволяет обеспечить заданные размеры
траншей и вертикальность их стен (рис. VII. 17,а).
Находят применение широкозахватные двухканатные двухчелюст-
ные грейферы, грейферы, внутри ковша которых закреплено долото
для рыхления грунта, грейферы с трубчатыми направляющими. На-
примере, в нашей стране при разработке траншей шириной 0,6 и
глубиной до 15—18 м применяют плоский грейфер РПИ Фунда-
ментпроекта (рис. VII. 17, б,в), подвешенный на экране Э-1254. Ковш
грейфера объемом 0,6 м3 имеет ширину по концам зубьев (захват)
3,2 м и массу 5,1 т. Предусмотрено принудительное закрытие че-
люстей, а также противоналипающее устройство, обеспечивающее
полное удаление грунта из ковша. Следует отметить, что при ис-
пользовании такого грейфера требуется устройство направляющих
скважин с шагом 3,2 м что несколько осложняет процесс производ-
258
Рис. VII.17. Схемы грейферной установки (а) и грей-
ферных снарядов (б — д)
1— телескопическая штанга; 2 — направляющие; 3—
сочлененная стрела; 4 — экскаватор «Поклен»; 5 —
ковш грейфера; 6 — глинистый раствор; 7 —ограж-
дение пионерной траншей; 8 — рама; 9 — обойма'
блоков; 10 — противозалипаклцие устройства; 11—
подвеска; 12 — домкраты для принудительного за-
крытия ковша
259
ства работ. От этого недостатка свободы широкозахватные (захват
5 м по длине траншеи) грейферы ШГ-500, ШГ-700 и ШГ-1000 с
направляющей рамой, которые используют для разработки тран-
шей шириной 0,5, 0,7 и 1 м и глубиной до 30 м.
В последнее время начали применять самонаправляющиеся
грейферы СГФ-600 и СГФ-400 с боковыми направляющими, рас-
пирающимися в стенки траншей во время закрытия челюстей
(рис. VII. 17, г,д), виброгрейфер ПВ-500 с трубчатым грунтоза-
борником, траншейный виброгрейфер ТВ-1, электрогидравличес-
кий грейфер НИИОСП емкостью 1 и 1,35 м3. Создан новый гид-
равлический экскаватор ЭО-5122 на гусеничном ходу с напорным
грейфером емкостью 0,5 м3 на жестко закрепленной телескопи-
ческой штанге для разработки траншей шириной 0,6, 0,8 и 1 м.
При разработке траншей под глинистым раствором широко
применяют универсальное оборудование на экскаваторе «Поклен».
Гидравлические грейферы шириной 0,5, 0,6, 0,7 и 0,8 м могут за-
крепляться на сочлененной стреле, обеспечивая глубину разра-
ботки h до 8,25 м, на удлинительной штанге, подвешенной к со-
члененной стреле (А до 16,1 м), или на телескопической мачте
(h. до 30 м) (см. рис. VII.17, а).
Вскрытие траншей. Работы при траншейном способе ведут од-
новременно на нескольких участках, размеры и расположение ко-
торых определяются главным образом характером застройки и ус-
ловиями пропуска наземного транспорта. По окончании всех под-
готовительных работ приступают к разработке траншей шириной
0,5—0,8 и глубиной до 20—25 м.
Способ разработки траншей зависит от их размеров и очерта-
ния в плане, а также от свойств грунтов, расположения уровня
грунтовых вод и т. п. Чаще всего траншеи разрабатывают захват-
ками длиной 3 — 6 м, вскрывая их через-одну. Оставшиеся между
захватками первой очереди грунтовые целики разрабатывают
после бетонирования участков стен в пределах захваток первой
очереди. Длина захватки ограничивается возможной скоростью
бетонирования и обычно не превышает 5—6 м. Однако в некоторых
случаях траншеи разрабатывают крупными захватками длиной
25—30 м. При этом часть грунта разрабатывают буровыми стан-
ками, а часть — грейферными снарядами. В пределах каждой за-
хватки траншею разделяют на панели, длина которых равна двум
диаметрам скважин и двум целикам-перемычкам. Возможна так-
же непрерывная разработка траншей на всю длину подземного
сооружения. Независимо от технологии разработки траншей
стены бетонируют отдельными участками, разделенными специ-
альными ограничительными элементами. Разбивку на отдельные
участки выполняют таким образом, чтобы уменьшить число вер-
тикальных швов, что способствует повышению водонепроницае-
мости конструкции стен.
При разработке траншей сначала устраивают по периметру со-
оружения пионерные траншеи шириной около 1 и глубиной до
1.5 м, закрепляя их стенки бетонными или железобетонными пли-
260
Рис. VII.18. Ограждение пионерной траншеи (а) и схемы циркуляции и очистки глинистого
раствора (б)
/ _ Траншея; 2 — ограждение; 3 — уровень глинистого раствора; 4 — уровень грунтовых вод;
5, /2, /4—насосы; 6 — гидроциклон; 7 —вибросито; 8 — гидромеханизированный траншее-
копатель; 9 — эрлифт; 10 — промежуточная емкость для шлама; 11, 13, 16 — шламосборники;
15 — емкость для глинистого раствора; 11 — глиномешалка
тами, соединенными одна с другой замоноличиванием стыков со свар-
кой выпусков арматуры (рис. VII.18, а). Часто для закрепления
стен пионерных траншей используют железобетонные блоки угол-
кового профиля высотой 0,6—1,5 м, которые могут входить в со-
став конструкции стен подземного сооружения. Плиты или блоки
являются направляющими для рабочего органа землеройного аг-
регата и предотвращают инфильтрацию глинистого раствора в верх-
ние, более рыхлые слои грунта.
При расположении горизонта грунтовых вод на небольшой глу-
бине от поверхности земли устраивают форшахту из монолитного
или сборного железобетона высотой 0,8—1 м, закрепляя ее стенки
сплошной обвязкой толщиной 0,2—0,3 м. Ширина форшахты долж-
на на 10—15 см превышать ширину траншеи. Устройство форшах-
ты обеспечивает расположение уровня глинистого раствора на
1 —1,5 м выше горизонта грунтовых вод. Независимо от видов при-
меняемого землеройного оборудования по мере разработки грунта в
траншею подают глинистый раствор, предотвращающий обруше-
ние стен. Глинистый раствор приготовляют непосредственно на
месте строительства или на заводе в механических глиномешалках,
гидромониторных или турбинных смесителях, гидравлических
мешалках эжекторного типа и др.
С заводов глинистый раствор доставляют обычно в автомобиль-
ных цистернах. Обеспечивая периодическое перемешивание гли-
нистого раствора, его можно сохранять довольно длительное вре-
мя.,
261
Готовый глинистый раствор перекачивают в специальные ем-
кости растворонасосами С-317 или С-263 по трубопроводам диа-
метром 75—100 мм или по гибким шлангам. Из емкостей шла-
мовыми насосами Ш-200 или грязевыми поршневыми насосами
НГР-250/50, 9МГР, ИГР глинистый раствор перекачивают в раз-
рабатываемую траншею.
Поскольку в процессе разработки траншеи часть раствора вы-
носится и вычерпывается вместе с грунтом, подачу его осущест-
вляют непрерывно, что позволяет поддерживать необходимый
уровень раствора. Разработанный грунт, смешанный с глинистым
раствором, подается в специальные отстойники, где происходят
отделение глинистого раствора и его очистка. Очистку глинистого
раствора производят специальными шламоотделителями или си-
тогидроциклонными установками. С целью регулирования конси-
стенции глинистого раствора в него добавляют воду или бентонит,
а иногда, чтобы нейтрализовать действие цементных частиц,—
соду. Очищенный глинистый раствор подают в емкость, откуда
его снова перекачивают в траншеи. Схема циркуляции и очистки
глинистого раствора показана на рис. VII. 18, б.
После разработки очередного участка траншеи до проектной
отметки проверяют размеры выработки, чистоту ее дна, а также
свойства глинистого раствора. Вертикальность стен траншеи про-
веряют при помощи отвесов. Для этого замеряют величины откло-
нений стенки в верхней части от нити отвеса. В некоторых случа-
ях загрязненный глинистый раствор заменяют очищенным.
Возведение конструкций. В пределах готовых участков тран-
шеи бетонируют монолитные конструкции стен (рис. VII. 19) или
опускают сборные конструктивные элементы. После вскрытия
очередного участка траншеи в него устанавливают арматурные
каркасы, ширина которых должна быть на 10—12 см меньше ши-
рины траншеи для обеспечения защитного слоя бетона достаточ-
ной толщины. Каркасы чаще всего делают сварными, включая
иногда в их состав элементы жесткости. Для обеспечения точного
положения каркасов в траншее к ним с боков приваривают салазки-
катки, служащие направляющими при опускании. В верхней час-
ти каркасов закрепляют поперечные планки, которыми каркас
опирается на грунт, а в нижней — короба для последующего со-
пряжения стен с междуярусными перекрытиями и днищем. В кар-
касах должны быть предусмотрены каналы для пропуска бетоно-
литных труб и закладные детали для грунтовых анкеров. Для
обеспечения гладкой внутренней поверхности стен подземного со-
оружения на опускаемых в траншею арматурных каркасах иног-
да закрепляют листы из полимерных материалов. Перед опуска-
нием каркасов размеры их должны быть тщательно проверены.
Обычно каркасы устанавливают непосредственно перед бетониро-
ванием стен, поскольку глинистые частицы с течением времени
осаждаются на арматуре, ухудшая ее сцепление с бетоном. Хотя
глинистый раствор практически не окисляет арматуру, длительный
разрыв во времени между установкой каркасов и бетонированием
2G2
А~А

263
(более суток) неблагоприятно сказывается на качестве конструк-
ции стен. 
После установки арматурных каркасов начинают бетониро-
вание участков стен до низа перекрытия подземного сооружения.
Технология укладки бетонной смеси такая же, как и при подвод-
ном бетонировании с применением вертикально перемещающей-
ся трубы (ВПТ). Бетонная смесь марки не менее М200 должна
быть достаточно подвижной и пластичной и иметь осадку стан-
дартного конуса 16—20 см при крупности заполнителя до 50 мм.
При этом водоцементное отношение должно быть не более
0,6, а срок схватывания — не менее 2 ч. Доставленную на строи-
тельную площадку бетонную смесь подают в траншеи через бун-
кер по вертикальной бетонолитной трубе, опущенной между сет-
ками арматурного каркаса. Обычно применяют стальные цельно-
тянутые трубы диаметром 219—300 мм со стенками толщиной 8—
10 мм, состоящие из отдельных звеньев длиной 1 —1,5 м, соеди-
генных плоскими быстроразъемными замками. Нижний конец бето-
политной трубы должен быть погружен в бетонную смесь не ме-
нее чем на 1 —1,5 м. Для предотвращения возможного заклини-
вания бетонной смеси в трубе на бункере закрепляют площадоч-
ный вибратор. Бункер с бетонной смесью устанавливают на вышке
п закрепляют при этом на платформе, которая имеет возмож-
ность перемещаться в вертикальном направлении по стойкам выш-
ки (рис. VII.20,а). Иногда участок траншеи бетонируют несколь-
кими трубами одновременно (рис. VII.20, б).
Для подачи бетонной смеси в траншеи глубиной до 20 м на-
ряду с вибробункером применяют телескопический укладчик про-
изводительностью 12—20 м3/ч (рис. VII.20, е).Он состоит из ковша-
бункера, телескопической трубы, клапанного затвора и лебедки
или крана для подъема ковша. Ковш устанавливают в вертикаль-
ное положение поворотом на 90°. При этом бетонная смесь начина-
ет перемещаться по трубе. При бетонировании методом ВПТ по
мере укладки бетонной смеси бункер или ковш вместе с бетоно-
литной трубой постепенно поднимают, следя за тем, чтобы конец
трубы был заглублен в бетонную смесь. При этом трубу посекци-
онно укорачивают. Бетонирование ведут практически непрерывно,
допуская перерывы не более 2—3 ч.
Рассмотренная технология укладки бетонной смеси с примене-
нием вибробункеров и телескопических укладчиков имеет недо-
статки, связанные с цикличностью бетонирования, трудоемкостью
монтажа и демонтажа звеньев бетонолитных труб, необходимостью
использования только литых бетонных смесей с повышенным рас-
ходом цемента. В настоящее время созданы специализированные
бетононасосы и бетоноукладчики непрерывного действия для бе-
тонирования траншейных стен, снабженные телескопической стре-
лой, которая может подавать бетоновод в любую точку траншеи
(рис. VII.20,г). При этом бетонная смесь укладывается снизу вверх
под давлением методом напорного бетонирования, что позволяет
получать бетон повышенной плотности, прочности и водонепрони-
264
Рис. VII.20. Схемы бетонирования траншейных стен с
использованием вибробункера (а), башенного крана (<5),
ковша-буикера (в) и укладчика с телескопической стре-
лой (г)
1 — вышка; 2 — вибробункер; 3— бетонолвтная труба;
4 — кран; 5 — кубло; 6 — ковш-бункер; 7 — автобетоно-
воз; 8 — бетоноукладчик с телескопической стрелой
цаемости. В нашей стране применяют автобетоноукладчик поршне-
вого типа БСГ1-25 производительностью 1—2 м3/ч при глубине бе-
тонирования до 20 м. Вытесненный бетонной смесью глинистый
раствор по лоткам или трубам направляют в отстойник и после
очистки подают на соседние участки траншеи. После бетонирова-
ния верхний слой бетона толщиной 30—40 см, загрязненный шла-
мом и глинистым раствором, удаляют.
Отдельные участки траншейных стен, бетонируемые в разных
захватках, должны быть сопряжены один с другим. Сопряжения
могут быть жесткими или податливыми в зависимости от конст-
руктивных особенностей подземного сооружения. Чаще всего их
устраивают с применением специальных разделительных элемен-
тов— ограничителей, которые до бетонирования устанавливают
по торцам участка траншеи и заглубляют в грунт. Помимо обес-
печения совместной работы соседних участков стен ограничители
должны предотвращать попадание бетонной смеси из одного участ-
ка траншеи в другой и гарантировать водонепроницаемость стыков.
Ограничители можно извлекать 'после укладки бетона или ос-
тавлять в составе конструкции стен подземного сооружения. При
глубине траншеи до 12 м применяют извлекаемые ограничители в
виде стальных или железобетонных труб (рис. VII.21, а), а также
балок прямоугольного (рис. VII.21, б) или эллиптического попе-
речного сечения. Чаще всего устраивают цилиндрические стыки,
обеспечивающие плавное сопряжение соседних участков стен. Ис-
пользуют извлекаемые металлические ограничители замкнутого
265


5)	2

Рис. V11.21, Сопряжения траншейных стен с применением извлекаемых (а —г) и неизвле-
каемых {д — и) ограничителей
/—трубы; 2 — железобетонные балки; 3 — стальные балки; 4 — труба с уголками; 5 — дву-
тавры; 6 — швеллеры; 7 — фланец; 8 — арматурный каркас; 9 — полоса из полихлорвинила;
10 — стальные стержни
профиля из швеллеров с накладками из листовой стали, причем
для образования полуцилиндрической шпонки к накладке прива-
рена половина трубы (рис. VII.21,e).
Получил распространение вибрационной стык (рис. VII.21,г),
который устраивают следующим образом. Инвентарную стальную
трубу с приваренными к ней наружными продольными ребрами и
фланцем в нижней части опускают в траншею. После бетонирова-
ния участков стен второй очереди трубу отрывают от бетона, ос-
тавляя так на некоторое время. После набора бетоном 50—60%
проектной прочности в инвентарную разделительную трубу опус-
кают бетонопровод, по которому подают жесткую бетонную смесь ма-
рок М.200—М300 с осадкой конуса 5—6 см. По мере подачи бетонной
266
смеси разделительную трубу извлекают вибропогружателем, а?,
между соседними участками стен образуется плотный стык в ви-
де буронабивной сваи.
В качестве неизвлекаемых ограничителей используют железо-
бетонные балки прямоугольного поперечного сечения (рис. VII.21,.
д) или стальные двутавровые балки высотой, приблизительно рав-
ной ширине траншеи (рис. VII.21, е). Установленные вертикально
с шагом 1,2—1,5 м, такие балки являются жесткой арматурой и
избавляют от необходимости установки арматурных каркасов.
Стыки между участками стен могут быть устроены с применением
стальных диафрагм из полосовой стали, приваренных по торцам ар-
матурных каркасов (рис. УП.21,ж).
На строительстве ряда подземных сооружений в Москве Глав-
мосинжстроем использовались железобетонные ограничители-пе-
ремычки длиной 9, шириной 0,68, толщиной 0,3 м и массой 3,95 т
(рис. VII.21,3). Применяют также ограничители с заделанными в
них вертикальными полосами из полихлорвиниловой пленки тол-
щиной 2—4 мм и шириной 20—25 см (рис. VII.21, и).
Укрепленные металлическими стержнями диаметром 10—12 мм, та-
кие полосы обеспечивают достаточно надежную связь отдельных
участков забетонированных стен.
Делаются попытки создания жестких стыков между отдельны-
ми участками монолитных стен путем перекрытия соседних арма-
турных каркасов. Такие стыки могут работать на сжатие, растя-
жение, изгиб и срез и обеспечивают совместную работу смежных
участков стены.
Устройство стен подземных сооружений из монолитного желе-
зобетона сопряжено с необходимостью выполнения довольно тру-
доемких операций. При этом не всегда удается добиться высокого
качества конструкций стен и надежного сопряжения соседних
участков. Кроме того, скорости возведения траншейных стен срав-
нительно невысоки. С целью повышения степени индустриализации
строительства с применением технологии «стена в грунте» в пос-
ледние годы начали применять сборные железобетонные панели,
опуская их в заполненные глинистым раствором траншеи.
Применение технологии «сборная стена в грунте» способствует
сокращению объемов земляных работ, уменьшению расхода желе-
зобетона, сроков и стоимости строительства. В зависимости от
грузоподъемности кранового оборудования применяют тяжелые
железобетонные панели толщиной 0,3—0,5 м, длинойдоЮ—15ми
массой до 20—30 т, стыкуемые только в продольном направлении,
и легкие панели массой 5—6 т, объединяемые не только в про-
дольном, но и в поперечном направлении по высоте стен. Возмож-
но также устройство траншейных стен комбинированной конст-
рукции, состоящих из монолитного железобетона в нижней и
сборных панелей в верхней части траншеи.
Существуют различные технологические схемы возведения
сборных стен в грунте, отличающиеся главным образом способом
267
Рис. VII.22. Схема возведения стен из сборных железобетонных панелей (а, в) и виды со-
пряжения панелей (б)
/ — экскаватор; 2 — песчаная смесь; 3 — пневмоколесный кран; 4 — гусеничный кран; 5 —
железобетонная панель,- 6 — кондуктор; ~— участок траншеи, заполненный глинистым рас-
твором; 8 — штанговый экскаватор; 9—цементный раствор; 10 — воронка; И— патрубок;
12 — петлевые выпуски арматуры
закрепления стеновых панелей в траншее. В нашей стране раз-
работана технология закрепления панелей путем обетонирования
зазора между ними и стенками траншей на высоту до 1 м с по-
следующей забутовкой цементным раствором (снаружи) и пес-
ком (изнутри тоннеля) (рис. VII.22, а). За рубежом применяют
268
технологию закрепления стеновых панелей медленно твердеющим
цементно-бентонитовым раствором (прочность до 5 МПа), на-
гнетаемым в пазы между панелями, а также между стенками
траншеи и панелями после установки последних, вытесняющим
глинистый раствор и выполняющим связующие и стабилизующие
функции. В составе медленно твердеющего раствора цемент, бен-
тонит, песок и замедлители схватывания.
В ряде случаев траншею вскрывают участками длиной, пре-
вышающей ширину двух или трех панелей на 20—25 см
(рис. VII.22, б). В заполненную глинистым раствором траншею
нагнетают цементно-глинистый или цементно-песчаный раствор,
объем которого определяют как разность объема разработанного
участка траншеи и тех двух или трех панелей, которые должны
быть установлены. Для подачи цементного раствора в траншею
опускают металлическую трубу диаметром 10 см, длина которой
на 0,5—1 м меньше глубины траншеи. Сверху закрепляют ворон-
ку, а внизу — горизонтальный патрубок с отверстиями. Выходя-
щий через отверстия цементно-глинистый раствор, удельный вес
которого превышает удельный вес глинистого раствора, вытесняет
последний и занимает нижнюю часть траншеи. Далее устанавли-
вают две или три панели, полностью вытесняя из траншеи глини-
стый раствор. Оставшийся цементный раствор заполняет швы
между панелями и все остальные пустоты.
Панели опускают в траншею при помощи кондукторов и шаб-
лонов в виде направляющих и опорных рам и соединяют по низу
замковыми приспособлениями в виде стержней и клиновых
крюков. До набора цементно-бентонитовым раствором определен-
ной прочности панели удерживаются на направляющих стенках
пионерной траншеи. Наружный зазор между стенками траншеи
и панелями заполняют цементно-песчаным раствором, а внутрен-
ний зазор забучивают песком, щебнем или гравием
(рис. VII.22, б). В этом случае вертикальные стыки между па-
нелями заделывают насухо в процессе разработки грунта между
траншейными стенками. Следует отметить, что применение сбор-
ных железобетонных панелей позволяет исключить трудоемкие
работы по укладке и уплотнению бетонной смеси, повысить
темпы строительства при высоком качестве подземных конструк-
ций. Однако при этом возникают определенные трудности, каса-
ющиеся плотного примыкания панелей, тщательного заполнения
всех пустот и т. п.
По окончании возведения траншейных стен производят геоде-
зическую съемку расположения оси стены, определяют размеры
последней и составляют исполнительную схему. Иногда контро-
лируют качество монолитных стен в грунте ультразвуковым
методом. При разработке грунтового ядра измеряют отклонения
стен от вертикали и по высоте. Тангенс угла наклона вертикаль-
ной оси стены от проектного положения не должен быть более
0,01. Отклонения в толщинах не должны превышать для моно-
Рнс. VII.23. Технологическая схема сооружения тоннеля траншейным способом
1 — пионерная траншея; 2 — грейфер; 3 — армокаркас; 4— бетонолитная труба; 5 — экска-
ватор; 6 — автосамосвал; 7 — бетононасос
Рис, VII.24. Этапы возведения многоярусного подземного сооружения (а — в)
I — возведение стен в траншеях; 2 —разработка грунта в котловане и устройство анкеров;
3 — возведение междуярусных перекрытии; 4 — возведение верхнего перекрытия; 5 — вскры-
тие котлована и возведение верхнего перекрытия; 6 — обратная засыпка и восстановление
дорожной одежды; 7— последовательная разработка грунта и возведение междуярусных
перекрытий; 8 — возведение сквозных колонн; 9 — подвеска пакета перекрытий; 10 — после-
довательная разработка грунта; 11— опускание междуярусных перекрытий
литных стен +50 или —20 мм, а для сборных стен ±20 мм.
Максимально допустимые отклонения по высоте стен составля-
ют ±50 мм.
После устройства траншейных стен до низа будущего пере-
крытия подземного сооружения вскрывают котлован с откосами
или с временным креплением стен сваями или шпунтом. Дно
котлована выравнивают по отметкам и покрывают слоем гравия,
щебня или бетона. После этого во многих случаях по верху
стен или буронабивных свай бетонируют продольные балки об-
вязки, на которые затем опирают перекрытие подземного соору-
жения.
Конструкцию перекрытия из монолитного железобетона часто
бетонируют непосредственно на грунте, а сборные перекрытия
270
монтируют колесными или гусеничными кранами. Готовое пере-
крытие покрывают гидроизоляцией и засыпают грунтом, восста-
навливая дорожную одежду над подземным сооружением. После
этого приступают к разработке грунтового ядра. Обычно грунт
между траншейными стенами начинают разрабатывать не ранее
чем через 2—3 сут после их бетонирования.
Технология земляных работ может быть различной в зависи-
мости от вида и размеров подземного сооружения. При строи-
тельстве автотранспортных и пешеходных тоннелей разработку
грунта производят в один прием со стороны портальных участ-
ков (рис. VII.23). При этом используют малогабаритные экска-
ваторы, бульдозеры, породопогрузочные машины и т. п.
При строительстве многоярусных подземных сооружений грун-
товое ядро разрабатывают последовательно сверху вниз, выдавая
разработанный грунт в бадьях краном через отверстия, остав-
ленные в перекрытии.
Междуярусные перекрытия возводят после разработки грун-
тового ядра по схеме «снизу—вверх» или по мере разработки —
по схеме «сверху—вниз».
В первом случае одновременно с разработкой грунта произ-
водят крепление траншейных стен расстрелами или грунтовыми
ликерами, так же как при котлованном способе работ
(рис. VII. 24,а). После разработки грунта до проектной отмет-
ки снизу вверх возводят междуярусные перекрытия, демонтируя
пояса и расстрелы. Основным недостатком такой технологии
является необходимость дополнительного раскрепления траншей-
ных стен.
Более прогрессивной является технология работ по схеме
«сверху—вниз». При этом разработку грунта между стенами
ведут на высоту каждого яруса подземного сооружения и сразу
же возводят междуярусные перекрытия, которые выполняют
также роль распорок, обеспечивающих устойчивость траншейных
стен (рис. VII. 24,6).
При строительстве многоярусных подземных сооружений по
схеме «сверху—вниз» в ряде случаев применяют метод опускания
перекрытий. При этом после устройства траншейных стен и сквоз-
ных колонн в уровне поверхности земли бетонируют или монти-
руют пакет из нескольких блоков перекрытий, временно подве-
шивая нижние блоки к верхним. По мере разработки грунтового
ядра в пределах каждого яруса подземного сооружения проме-
жуточные перекрытия последовательно опускают на проектные от-
метки (рис. VII.24,s). Опускание осуществляется при помощи дом-
кратов, причем для пропуска сквозных колонн в блоках перекрытия
предусмотрены проемы. После опускания пакета перекрытий на
высоту очередного яруса верхний блок закрепляют на стенах и
колоннах, а остальные блоки вновь опускают и закрепляют ана-
логичным образом.
271
Глава VIII. СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
ОПУСКНЫМ СПОСОБОМ
§ 24. СПОСОБ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ И КЕССОНОВ
Технология опускания колодцев в тиксотропной рубашке.
Подземные гаражи и комплексы зального типа, шахтные стволы,
вентиляционные и щитовые камеры и другие подземные сооруже-
ния, имеющие ограниченные размеры в плане и располагающие-
ся на застроенной городской территории, могут быть сооружены
способом опускания колодца. Сущность его заключается в том,
что конструкцию подземного сооружения возводят на поверхности
земли и, разрабатывая грунт под защитой ножевой части, погру-
жают на проектную отметку. Опускание конструкции происходит
под действием собственного веса колодца, за счет балластного
пригруза или принудительным задавливанием гидравлическими
домкратами или вибропогружателями.
Способ опускного колодца давно известен в строительной
практике и характеризуется значительной трудоемкостью работ,
требует применения тяжелого ручного труда, не позволяет до-
стигнуть высоких темпов строительства, что ограничивало область
его применения. Однако в последнее время этот способ получил
новое развитие благодаря использованию так называемой тиксо-
тропной рубашки. Ежегодно в нашей стране погружают в тиксо-
тропной рубашке 100—120 сооружений диаметром 3—50 м и
глубиной 5—40 м и более.
В процессе опускания зазор между грунтом и стенами колодца
заполняют глинистым раствором — бентонитовой суспензией,
которая практически снимает трение по боковой поверхности
колодца, что позволяет значительно снизить его массу и облег-
чает погружение в грунт (рис. VIII.1).
При опускании колодца в тиксотропной рубашке обеспечи-
вается устойчивость окружающего грунтового массива, появляет-
ся возможность применения сборных конструкций, не требуется
устройства искусственного замораживания и химического закреп-
ления грунтов. Использование тиксотропной рубашки гарантиру-
ет надежность и способствует повышению безопасности работ и
сокращению сроков строительства. Способ опускания колодцев
в тиксотропной рубашке может применяться практически в лю-
бых несвязных грунтах при отсутствии в них крупных пустот или
карстов, куда может уходить глинистый раствор.
При опускании колодцев в тиксотропной рубашке работы ве-
дут в такой технологической последовательности. Вначале на
поверхности земли оборудуют строительную площадку, в преде-
лах которой размещают необходимое оборудование для приготов-
ления глинистого раствора, для водоотлива или водопонижения,
устанавливают краны, бункера и т. п.
Оболочку колодца возводят непосредственно на поверхности
земли или на дне котлована, вскрываемого на глубину до 1,5—
272
/ этап
И этап
2 м до уровня гр_унтовых вод. Дно котлована выравнивают по
отметкам и покрывают подготовкой толщиной 0,2—0,3 м из уплот-
ненных крупнообломочных материалов. Устройство достаточно
жесткого основания необходимо для предотвращения возможных
просадок ножевой части колодца. На подготовленном таким об-
разом основании возводят конструкцию ножевой части, опирая
ее на подкладки из деревянных брусьев или шпал, на бетонные
блоки или на монолитный бетонный пояс.
Брусья или блоки располагают на взаимном расстоянии 0,5—
1 м, чтобы давление на основание не превышало несущей спо-
собности грунта; их частично утапливают в подготовку и подби-
вают щебнем, гравием или песком.
Ножевую часть колодца устанавливают строго горизонтально
с допускаемыми отклонениями по высоте ±2 мм и в плане
±5 мм. Над ножевой частью возводят конструкцию оболочки
опускного сооружения. Обычно при высоте стен колодца до 10 м
их бетонируют за один прием, а при большей высоте — в несколь-
ко приемов. При этом стены разбивают по высоте на отдельные
ярусы по 3—5 м.
Оболочку из монолитного железобетона бетонируют в дере-
вянной или металлической опалубке. Применяют также опалубку
из тонких железобетонных плит. Наиболее целесообразно исполь-
зовать инвентарную скользящую опалубку, перемещаемую дом-
кратами или лебедками по мере бетонирования конструкции.
Бетонну смесь подают за опалубку в бадьях объемом 1 —
2 м3 с откидным днищем кранами или бетононасосами.
Оболочки сборной конструкции монтируют кранами из от-
дельных элементов, объединяя их между собой, с омоноличива-
273
нпем стыков. Во время монтажа сборные элементы закрепляют
в специальных кондукторах.
До начала погружения оболочки устраивают форшахту, за-
полняя ее глинистым раствором, уровень которого должен не
менее чем на I м превышать уровень поверхности земля. Это
делается для того, чтобы предотвратить обрушение грунта в
верхней части тиксотропном рубашки.
Конструкцию форшахты выполняют из деревянных щитов,
железобетонных плит или из стальных листов, которые опирают
на железобетонный иояс, устроенный ио периметру опускаемой
оболочки (см. рис. VIII. I).
После заполнения форшахты глинистых! раствором оболочку
снимают с подкладок. Подкладки удаляют равномерно по пери-
метру оболочки, причем в последнюю очередь убирают так на-
зываемые фиксированные подкладки, которые расположены в
соответствии с расчетной схемой оболочки на изгиб. Удаляя под-
кладки, под ножевую часть оболочки подбивают песчаный грунт.
Когда все подкладки из-под ножа оболочки удалены, начинают
разработку грунта в забое.
Грунт разрабатывают послойно в радиальном направлении
от центра колодца к стенам отдельными полосами, оставляя у
ножевой части “защитные бермы. При погружении оболочки в
слабых неустойчивых грунтах ножевая часть должна быть все
время заглублена в грунт, чтобы глинистый раствор из кольцевого
зазора (полости рубашки) не прорвался под нож. Для этого
уровень разработки грунта должен быть не менее чем на 0,5—
1 м выше банкетки ножа.
Способ разработки грунта зависит главным образом от его
физико-механических свойств. Плотные связные грунты, а также
крупнозернистые пески, галечник или гравий разрабатывают грей-
ферными снарядами, подвешенными к кранам, установленным на
поверхности земли (рис. VIII.2, а).
Несвязные грунты (мелкозернистые пески, супеси), а также
неустойчивые грунты плывунного характера разрабатывают сред-
ствами гидромеханизации: разрыхляют гидромониторами и уда-
ляют эрлифтами или гидроэлеваторами по пульповоду. При этом
размыв грунта ведут от центра к ножевой части, обеспечивая
уклон для стока пульпы к зумпфу.
При опускании крупных оболочек грунт разрабатывают экс-
каваторами п бульдозерами, установленными в забое, и грузят
з бадьи или контейнеры, которые кранами подают на поверхность
земли (рис. VI11.2, б).
По мере разработки грунта в случае необходимости производят
открытый водоотлив или устраивают искусственное понижение
уровня грунтовых вод.
При опус:-.;!нип колодцев в несвязных водсш;1сы1цениых ipyn-
тз\ в ряде с!\чаен применяют гидравлический пригруз, создава-
емый cio.ioom воды при занижении колодца до уровня, на 0,5—
1 м превышающего опметку горплипа грунтовых вод. При этом
274
Рис. VIII.2. Схемы разработки грунта
при опускании шахтного ствола (а) и ко-
лодца (б)
/ — оболочка; 2 — кран; 3 — форшахта;
— тиксотропная рубашка: 5 грейфер;
6 — подвесной предохранительный полок;
7 — бадья; 8 — экскаватор; 9 — леса; 10 —
бульдозер
при опускании колодца с размещением инъ-
(л) и внутри (б) оболочки
-ножевая часть; 4 — «замок» из мятой
7 — перфорированное звено инъекционной
10 — анкерный болт
Рис VIII 3 Устройство тиксотропной рубашки
екционных труб снаружи
1 - ин’A-KiHiNiuiasi груб), 2 —стенка колодца;
липы > - I иксо (ро ш< ая рубашка; b—форшахта
гр\бы. 8— резиновая манжета; 9— ирижимяон утолок.
275
ножевая часть должна быть постоянно загублена в грунт не ме-
нее чем на 1 —1,5 м. Грунт в забое разрабатывают подводным спо-
собом, применяя обычно грейферные снаряды. При такой техно-
логии работ колодец опускают при отсутствии людей в забое.
За счет уравновешивания наружного гидростатического давления
исключаются осадки поверхности земли.
В процессе погружения оболочки в кольцевой зазор толщиной
10—15 см подают глинистый раствор. Его доставляют на строи-
тельную площадку централизованно или приготовляют непосред-
ственно на месте работ, используя такое же оборудование, как
и при траншейном способе работ (см. гл. VII, §23). Способ по-
дачи глинистого раствора в полость тиксотропной рубашки за-
висит от размеров оболочки, глубины ее погружения и вида грун-
тов. Если оболочка имеет сравнительно небольшие размеры по-
перечного сечения и погружается неглубоко через толщу связных
грунтов, глинистый раствор подают через форшахту (рис. VIII.3,а).
При опускании крупных оболочек через несвязные грунты
глинистый раствор нагнетают в нижнюю часть рубашки над усту-
пом ножевой части. Для этого с наружной или внутренней сто-
роны оболочки вдоль стен монтируют стальные трубы диаметром
40—50 мм, располагая их через 3—5 м по периметру оболочки.
При расположении труб с внутренней стороны в местах нагнета-
ния раствора устраивают отводы (рис. VIII.3,6). Нижнюю часть
каждой трубы делают перфорированной на длине 0,6—1 м. От-
верстия диаметром 10—15 мм располагают через 5—7 см в
шахматном порядке только со стороны трубы, обращенной в
сторону рубашки, чтобы частицы грунта не засоряли инъекторы.
Поскольку глинистый раствор в полости тиксотропной рубаш-
ки находится под давлением, при погружении оболочки необхо-
димо принимать меры по недопущению попадания раствора под
ножевую часть, что возможно, особенно при кренах колодца.
Для изоляции ножевой части устраивают глиняный замок или
устанавливают резиновую уплотнительную манжету высотой не
менее 0,6 м (I и II на рис. VIII.3).
В связи с тем, что высота ножевой части в большинстве слу-
чаев значительно меньше высоты оболочки, при опускании колод-
цев в тиксотропной рубашке возможны крены и даже навалы на
стенки выработки. Однако в отличие от массивных колодцев, для
которых такие крены, перекосы и навалы весьма опасны и могут
привести к их зависанию, при опускании тонкостенных оболочек
в тиксотропной рубашке крены сравнительно легко устраняются.
Для этого достаточно разработать грунт со стороны, противопо-
ложной крену, на длине менее половины периметра оболочки и
на глубину не более 50—70 см с одновременным торможением
опережающей части ножа путем подведения под него подкладок.
В процессе опускания оболочки производят тщательный гео-
дезический контроль за положением опускаемой конструкции.
Для этого на наружной поверхности степ оболочки с 0,5-метро-
вым шагом по высоте устанавливают наблюдательные контроль-
276
8
ные марки пли стальные рейки. Отклонения оболочки на всех
стадиях опускания определяют по данным нивелирования четырех
марок одного горизонта. При этом тангенс угла отклонения обо-
лочки от вертикали не должен превышать 0,01, а горизонтальное
смешение не должно составлять более 1 % глубины погружения.
Помимо традиционных геодезических методов для контроля
за погружением опускных сооружений в ряде случаев применя-
ют автоматизированные системы управления, при помощи кото-
рых измеряют напряжения в элементах конструкций, давление
глинистого раствора в зоне тиксотропной рубашки, осуществля-
ют контроль за положением оболочки и регулируют режим по-
гружения. Точность погружения колодцев зависит от толщины
тиксотропной рубашки и скорости опускания и повышается с
уменьшением этих величин. Для повышения точности опускания
колодцев в тиксотропной рубашке предпринимают попытки ис-
пользования вибропригруза ножевой части. Для этого на оболоч-
ке закрепляют мощные вибропогружатели (ВПП-2), которые
соединяют с ножевой частью жесткими стальными штангами или
шпунтинами, помещенными снаружи или изнутри оболочки.
Более эффективным является метод принудительного регули-
рования с использованием гидравлических домкратов и анкерных
свай. При этом до возведения оболочки по ее контуру пробурива-
ют скважины (иногда с уширением) ниже днища будущего
сооружения. В скважинах заделывают тяжи из высокопрочной
проволоки, создавая анкерные сваи. При возведении оболочки
опускного сооружения через оставленные в ней вертикальные ка-
налы пропускают тяжи, закрепляя их в замках гидравлических
домкратов, установленных на обвязочном поясе (рис. VIII.4).
По мере погружения оболочки разрабатывают грунт, а затем,
включают домкраты и заделывают оболочку на высоту одного'
яруса. Изменяя усилия различных домкратов, регулируют глубину
задавливания ножевой части, т. е. управляют процессом погруже-
ния. После опускания оболочки на проектную отметку тяги заде-
лывают в каналах, превращая их в анкеры, препятствующие
всплытию опускного сооружения. Можно также заделывать обо-
лочки опускных колодцев гидравлическими домкратами, упираю-
щимися в воротник форшахты или в специально созданные упоры.
В последние годы ведутся работы по совершенствованию тех-
нологии погружения облегченных конструкций в тиксотропной ру-
башке. В частности, разработан способ погружения оболочек в-
двусторонней тиксотропной рубашке с устройством вдоль стен обо-
лочки узкой траншеи, заполненной глинистым раствором. Тран-
шея может располагаться как с внутренней (рис. VIII. 5,«), так и
с наружной (рис. VIII.5, б) стороны оболочки. В последнем случае
конструкция ножевой части должна иметь выступ для устройства
тиксотропной рубашки с внутренней стороны. Для связи наруж-
ной и внутренней тиксотропных рубашек в стенах оболочки уст-
раивают горизонтальные каналы, и за счет гидравлической связи
277
Рис. V111.4. Схема опускания колодца с
принудительным регулированием
1	— домкрат; 2 — железобетонное кольцо;
3	— оболочка; 4 — канал в оболочке; 5 —
тяговый трос; 6 — тиксотропная рубашка;
7	— буронабивная свая; 8 — анкер; 9 —
глиняный замок; 10 — форшахта
Рис. VII 1.5. Опускание колодца в двусто-
ронней тиксотропной рубашке (а, б)
1 — форшахта; 2 —оболочка; 3— нож; 4 —
траншея; 5 —наружная рубашка; 6 —
внутренняя рубашка; 7 — отверстия для
глинистого раствора
регулируется подпитка тиксотропной рубашки глинистым раство-
ром. Устройство двусторонней тиксотропной рубашки упрощает
разработку грунта внутри оболочки, избавляя от необходимости
его послойной срезки, а при заглублении оболочки в водоупор
исключает применение водоотлива и искусственного понижения
уровня грунтовых вод.
После погружения оболочки в проектное положение с заглуб-
лением ножа в водоупор не менее чем на 1 м бетонируют днище
опускного сооружения, возводят междуярусные перекрытия и пе-
регородки. Иногда во избежание самопроизвольной посадки ко-
лодца на проектную отметку опускание его прекращают на рас-
стоянии 1—1,5 м от этой отметки, после чего возводят днище, на
которое сажают колодец. С этой же целью в верхней части обо-
лочки устраивают воротник, который опирается на грунт при дос-
тижении колодцем окончательного положения. Обычно устройство
днища колодцев в сухих грунтах не вызывает затруднений, а в
водонасыщенных грунтах требует применения специальной техно-
логии. При этом вначале устраивают бетонную подушку, нсполь-
зуя метод вертикально перемещающейся трубы (ВПТ) или вос-
ходящего раствора (ВР), а затем насухо бетонируют железобетон-
ную плиту днища.
Технология опускания кессонов. При погружении колодцев че-
рез слои водонасыщенных плывунных или илистых грунтов, а так-
же при наличии прослоек крепких скальных грунтов, крупных
каменистых включений и т. п. возникают значительные трудности.
В этих условиях целесообразно применение опускных кессонов.
Ножевую часть колодца перекрывают потолком, создавая кессон-
ную камеру высотой 2,2—2,5 м, в которую подают сжатый воз-
дух. Давление сжатого воздуха увеличивают по мере опускания
колодца в соответствии с гидростатическим давлением.
Если опускание ведется без применения средств гидромехани-
зации, давление сжатого воздуха в кессонной камере должно быть
достаточным,, чтобы предотвратить водоприток из-под ножевой
части, но не более чем 1,2 рн, где рн — гидростатическое давление
в уровне ножа, равное р" = 0,1\>Я, где Н — гидростатический на-
пор в уровне банкетки ножа.
При опускании кессонов с применением средств гидромехани-
зации необходимую величину давления сжатого воздуха определя-
ют по формуле
р = 0,1уЯ—Др,	(VIII. О
где Др — допустимая разность давления воды и воздуха.
Величину Др определяют экспериментальным путем.
По условиям пребывания людей в кессоне максимально допус-
тимая величина давления сжатого воздуха не должна превышать
0,35—0,4 МПа, поэтому предельная глубина погружения кессона
составляет 35—40 м.
Для возможности прохода людей в кессонную камеру и выхо-
да их на поверхность земли, а также для выдачи разработан-
ного грунта и подачи строительных материалов устраивают шлю-
зовые аппараты для совместного или раздельного шлюзования-
вышлюзовывания людей и материалов (рис. VIII.6,а).
Шлюзовые аппараты закрепляют обычно на копровой установ-
ке, расположенной над опускным кессоном и соединенной с подъ-
емником, бункерами для грунта и т. п. По мере опускания кессо-
на шахтные трубы наращивают, закрывая на это время отверстие
в потолке кессона. Количество шлюзовых аппаратов зависит от
площади кессона и назначается из расчета один аппарат на
100 м2 площади кессона.
Сжатый воздух подают в кессонную камеру по трубам от ста-
ционарной или передвижной компрессорной установки, располо-
женной на строительной площадке.
Опускание кессона производят следующим образом. Вначале
его опускают до уровня грунтовых вод как обычный колодец, а за-
тем в кессонную камеру подают сжатый воздух, постепенно повы-
шая его давление. Работы в кессонной камере производят так же,
как в забое опускного колодца. После опускания кессона на про-
Рис. VIII.6. Схемы опуска-
ния колодца под сжатым
воздухом (а) и секций кес-
сона-тоннеля (б)
/ — колодец; 2 — грузовой
шлюз; 3—людской шлюз;
4 — шахтная труба; 5 — кес-
сонная камера; 6 — бетонное
заполнение; 7 — секция кес-
сона-тоннеля; 8 — рабочий
помост; 9 — бетонное запол-
нение; / — изготовление сек-
ции; II— установка шахт-
ных труб и шлюзового ап-
парата; III — погружение
секции, обратная засыпка;
IV — стыкование секций

•ектную отметку камеру заполняют бутовой кладкой на цементном
растворе или бетоном, создавая надежный фундамент подземного
сооружения.
При строительстве участков городских автотранспортных тон-
нелей в слабых водонасыщенных грунтах применяют опускание
отдельных секций кессонов-тоннелей. Опускание таких секций ве-
дут под сжатым воздухом, применяя рассмотренные выше техно-
логию и оборудование: шлюзовые камеры, шахтные трубы, краны,
грейферы и пр. (рис. VIII.6, б).
Погруженные в проектное положение секции кессона-тоннеля
стыкуют между собой, применяя различные способы стыкования:
280
под сжатым воздухом, под защитой шпунтового ограждения, с
предварительным водопонижением, с применением съемного кессо-
на и т. п.
Опускные кессоны-тоннели находят также применение при
строительстве подводных тоннелей. В этом случае отдельные сек-
ции могут быть опущены с искусственных островов, с подмостей
или доставлены на плаву и опущены с воды так же, как опускные
секции.
Способ опускных кессонов обычно применяют в наиболее слож-
ных инженерно-геологических условиях, когда другие способы ока-
зываются неэффективными или вовсе неприемлемыми. Однако
применение опускных кессонов связано с тяжелыми и вредными
условиями труда под сжатым воздухом. Кроме того, возникают
трудности при стыковании секций: возрастает стоимость строи-
тельства, так как организация кессонных работ требует дополни-
тельных затрат. Можно отметить также ограниченную область
применения рассматриваемого способа в связи с тем, что макси-
мальная глубина погружения составляет 35—40 м. Однако глуби-
ну погружения кессонов можно несколько увеличить, применяя ис-
кусственное понижение уровня грунтовых вод.
Ведутся работы по созданию «безлюдных» автоматизированных
кессонов, где все операции по разработке и выдаче грунта долж-
ны производиться средствами гидромеханизации без участия лю-
дей. Это позволит значительно увеличить глубину погружения кес-
сонов. Эффективность способа опускных кессонов может быть по-
вышена также применением тиксотропной рубашки.
§ 25. СПОСОБ ОПУСКНЫХ СЕКЦИЙ
Изготовление секций. При строительстве подводных тоннелей
способом опускных секций отдельные пространственные элемен-
ты тоннеля-секции водоизмещением до 50 тыс. м3 изготовляют в
стороне от трассы перехода, на плаву транспортируют в створ
тоннеля, где погружают в заранее вскрытую под дном водотока
или водоема траншею на подготовленное основание. Отдельные
секции стыкуют между собой, создавая водонепроницаемое соеди-
нение, а затем засыпают грунтом или камнем. После демонтажа
временных торцовых диафрагм образуется сквозное сообщение по
тоннелю.
Способ опускных секций применяют в различных городских,
инженерно-геологических и гидрогеологических условиях при глу-
бине воды в водотоке от 6 до 40 м при наличии в основании грун-
тов, способных обеспечить устойчивость откосов и дна подводной
траншеи. В некоторых случаях этим способом сооружают и бере-
говые участки подводных тоннелей, опуская готовые секции в за-
топленный водой открытый котлован со шпунтовым креплением.
Способ опускных секций имеет иногда определенные преиму-
щества по сравнению со щитовой проходкой и может быть при-
менен при заложении тоннелей в среде неустойчивых водоносных
10 Зак. 104
281
Рис. VIII.7. Схема сооружения подводного тоннеля
1 — вскрытие траншеи; II— устройство подготовки; III— опускание тоннельных секций; IV — стыкование секций: V — устройство основания;
17 —засыпка конструкции; / -кран-грейфер; 2, 5— понтоны; 3 — бункер с гравием; 4 — баржа; 6 — лебедки; 7 — балластные емкости; 8—
тоннельная секция; <) — троссовые оттяжки; II) — подающая труба; /7 — передвижная башня; 12 — портальная рама; 13 — отсасывающая труба;
/-/ — опорный брус; 7.5 — гравийная подготовка
h
282
грунтов, причем в отличие от щитовой проходки при этом не требует-
ся применение сжатого воздуха, исключается вредный и тяжелый
труд в подземных условиях. Во многих случаях при использова-
нии данного способа достигается сокращение сроков и снижение
стоимости строительства.
Строительство подводных тоннелей или других подводных тран-
спортных сооружений из крупногабаритных секций ведется по
специальной технологии, особенности которой определяются кон-
кретными местными условиями.
Как правило, все основные работы выполняют по поточной
схеме: по мере изготовления секций они на плаву доставляются
к створу тоннеля и погружаются на дно вскрытой подводной тран-
шеи (рис. VIII.7).
Секции кругового и бинокулярного поперечного сечения со
стальной оболочкой изготавливают на стапелях судоверфей, на-
ходящихся в районе строящегося тоннеля (рис. VIII.8,а). Готовые
каркасы спускают со стапелей на воду в поперечном и реже в
продольном направлении и транспортируют в плавучий док, где
бетонируют наружную обойму и внутренние конструкции. В неко-
торых случаях стальные каркасы обетонируют непосредственно на
воде до опускания секций. При этом бетон выполняет роль бал-
ластного пригруза, необходимого для опускания секции на дно.
Железобетонные тоннельные секции прямоугольного попереч-
ного сечения изготавливают чаще всего в сухих доках значитель-
ных размеров (рис. VIII.8, б). Сухой док представляет собой от-
крытую площадку или котлован на берегу водотока, огражденный
со всех сторон насыпными дамбами, высота которых должна быть
достаточной для того, чтобы после затопления дока секции могли
бы находиться на плаву с максимальной осадкой. По дну дока ус-
траивают бетонную или гравийную подготовку, укладывают под-
крановые пути, оборудуют площадки укрупнительной сборки, рас-
полагают необходимое оборудование.
Обычно в доке одновременно изготавливают несколько секций.
Конструкции секций возводят с применением средств комплексной
механизации: мощных портальных или башенных кранов, сталь-
ной передвижной опалубки, высокопроизводительных бетононасо-
сов и пневмобетоноукладчиков и т. п.
После изготовления всех секций док постепенно заполняют во-
дой. Как только величина выталкивающей силы превысит собст-
венный вес секций, они всплывают и через проем в одной из дамб
по специальному каналу выводятся в водоток.
Иногда для изготовления секций используют доки-шлюзы. Так,
при строительстве Канонерского тоннеля в Ленинграде все 5 сек-
ций изготавливали одновременно в доке-шлюзе, огражденном со
всех сторон насыпными дамбами (рис. VIII.8, в). После изготовле-
ния секций док затапливают и секции выводят в шлюз. Откачивая
воду из шлюза, секции постепенно опускают до уровня воды в ка-
нале, а затем через устроенный земснарядами проток поочередно
выводят в канал.
iOv Зак. j 04
283
Рис. VIII.8. Схема изготов-
ления опускных секций иа
стапеле (а), в сухом доке
(б)	н доке-шлюзе (в)
1	— ограждающие дамбы;
2	— док; 3 — тоннельные сек-
ции; 4 — уровень воды при
затоплении дока; 5 — пере-
мычка; 6 — шлюз; 7 — уро-
вень воды в шлюзе при вы-
воде секции; 8—дно прото-
ка для вывода секций в
русло; 9— русло водотока
Рис. VIII.9. Схемы разработки подводной траншеи (а) и разравнивания основания (б>
/ — стрела; 2 — корпус земснаряда; 3 — грунтозаборное устройство; 4 —лебедка; 5 —рубка;
6 — всасывающая труба; 7 — рыхлитель; 8 — напорный пульповод; 9 — понтоны; 10 — проект-
ный контур траншеи; 11 — буксир; 12 — кронштейны с лебедками; 13 — кран-грейфер; 14 —
баржа; 15 — массивы; 16 — тросы; 17 — разравниватель; 18 — трубы
284
Готовые секции транспортируют к месту опускания на плаву.
Обычно им придают положительную плавучесть порядка 2—3%
полного водоизмещения, чтобы не увеличивать расход балласта
при погружении. В связи с этим секции на плаву имеют значитель-
ную осадку и высоту свободного борта от 30 до 10 см. Если сек-
ции после их изготовления обладают отрицательной плавучестью,
то их транспортируют по воде на понтонах. При транспортирова-
нии секции крепят к буксирам стальными канатами.
Вскрытие подводной траншеи и устройство основания. Одно-
временно с изготовлением секций производят вскрытие подводной
траншеи по трассе тоннельного перехода. До начала разработки
траншеи должны быть выполнены работы по расчистке дна водо-
тока, удалению различных подводных препятствий, срезке свай,
разборке опор старого моста и т. п. Эти работы производятся во-
долазами с использованием в ряде случаев энергии взрыва.
Размеры подводной траншеи определяются габаритами тон-
нельных секций с учетом толщины слоя подготовки и обратной
засыпки, а также запасов для возможности установки секций в
проектное положение. Ширину траншеи по дну Втр делают на 2—
3 м больше ширины тоннельной секции, а глубина подводной раз-
работки грунта (Нтр + Нв) иногда достигает 30—40 м от поверх-
ности воды.
Основание траншеи должно залегать по крайней мере на 0,5—
0,6 м ниже подошвы тоннеля с учетом обеспечения слоя обратной
засыпки над секциями не менее чем 1,5 м.
Откосам траншеи придают оптимальную крутизну с точки?
зрения их устойчивости и условий минимального объема экска-
вации и обратной засыпки грунта. Обычно крутизну откосов 1:т
в зависимости от свойств грунтов и режима водотока назначают
от 1:2 до 1:3,5 и более.
В зависимости от глубины разработки и от физико-механичес-
ких свойств грунтов при вскрытии траншеи используют высоко-
производительные агрегаты механического, гидравлического, пнев-
матического и комбинированного действия.
При глубине разработки траншей до 10—12 м применяют пре-
имущественно многочерпаковые и скреперные установки. При?
большей глубине используют землесосы, гидромониторные уста-
новки, землеснаряды (рис. VIII.9,а), всасывающие или грейферные
землечерпалки. В отдельных случаях находят применение средства
малой механизации: гидромониторы, гидроэлеваторы, пневмати-
ческие грунтонасосы и др. Вскрытие подводных траншей в полу-
скальных и скальных грунтах производят буровзрывным способом.
Вскрытие под дном водотока столь крупных траншей вносит
нарушения в бытовой режим водного потока, вызывает перерас-
пределение скоростей, образование водоворотных зон и т. п.
В связи с тем что подводная траншея должна находиться от-
крытой некоторое время (от нескольких суток до нескольких
месяцев) до момента опускания в нее тоннельных секций, воз-
285
можны деформации ее элементов: откосов и дна, связанные с
подвижностью грунтов руслового ложа, воздействием донных те-
чений и других факторов.
В наибольшей степени деформации элементов подводных
траншей проявляются при заложении их в среде неустойчивых
несвязных грунтов руслового ложа при скорости течения воды
более 1,5—2 м/с и в случае перенесения водотоком наносов. По-
этому в таких условиях траншею следует вскрывать отдельными
участками на длину тоннельной секции и непосредственно перед
опусканием ее в траншею.
В процессе опускания секций за счет стеснения ими водного
потока происходит переформирование его кинематической струк-
туры на участке траншеи, что вызывает изменение характера
деформаций последней. Поэтому для обоснованного проектирова-
ния и строительства подобных тоннелей необходимо располагать
данными для прогнозирования характера возможных деформа-
ций подводных траншей, чтобы установить их рациональное очер-
тание и предусмотреть специальные меры по предотвращению
деформаций. С этой целью проводят экспериментальные иссле-
дования на моделях и в натурных условиях.
Если несущая способность грунтов в основании траншеи
достаточна для восприятия нагрузки от тоннельных секций с
учетом давления воды и массы грунта обратной засыпки, устра-
ивают естественное основание. При этом дно траншеи вырав-
нивают подготовкой из бетона, песка или крупнообломочных ма-
териалов. Такая подготовка, устраняя неровности дна траншеи,
обеспечивает распределение нагрузки от секций на основание и
предотвращает возможные осадки тоннеля. При наличии в ос-
новавании скальных грунтов применяют подготовку из бетона ма-
рок М 150—/И200, укладываемого способом ВПТ. Песчаную,
гравийную или щебеночную подготовку устраивают в тех случаях
когда дно содотока сложено мягкими песчаными или глинистыми
грунтами.
Толщина слоя подготовки обычно составляет 0,5—0,6 м. Пе-
сок и крупнообломочные материалы отсыпают по трубам из бун-
керов, установленных на плавучих средствах. Разравнивание
крупнообломочных материалов производят стальными скребками,
балками или специальными разравнивателями, подвешенными на
тросах к понтонам и перемещающимися при помощи лебедок.
Применяют также разравниватели в виде стальных каркасов с
открытым днищем и шаблоном, который крепится к специально-
му мосту, движущемуся по рельсам на баржах (рис. VIII.9, б).
Контроль за качеством подготовки производят водолазы. В
ряде случаев для этой цели используют лазерные или ультра-
звуковые приборы, что позволяет исключить водолазные работы
и добиться высокой степени точности при устройстве подводного
основания. Перспективной следует считать возможность приме-
нения для планировки подводного основания специальных буль-
дозеров.
285
Рис. VIII.10. Схема намыва
песчаной смеси под днище
опускной секции с приме-
нением подвижной каретки
(а) и транспортного мо-
ста (б)
/—тоннельная секция; 2—
песчаная подушка: 3 — тру-
бопровод; 4— карегка; 5 —
пон юн; 6 шаланда с пес-
ком; 7 —домкратная опора;
8—транспор[ный мое:
В ряде случаев при строительстве подводных тоннелей из же-
лезобетонных секций прямоугольного очертания подготовку вы-
полняют в виде песчаной подушки толщиной до 1 м. Песчаную
смесь нагнетают под днище тоннельных секций после установки
их на опорные части и стыкования. После нагнетания нагрузка
от массы секций с опорных балок передается на дно траншеи.
Установку для нагнетания песчаной смеси с закрепленными на
ней тремя трубопроводами монтируют на башне или двухконсоль-
ном кране, перемещающимся по рельсам, уложенным по верху
тоннельной секции (рис. VIII. 10).
По одной трубе сжатым воздухом нагнетают песчаную смесь,
а по двум другим — отсасывают воду. Это дает возможность пре-
дохранить песчаную смесь от разжижения и создать необходимое
уплотнение основания. Основной недостаток приведенной техно-
логии заключается в отсутствии непосредственного контроля за ка-
чеством уплотнения.
Разработана также технология намыва песчаного основания
через отверстия в лотковой плите тоннельных секций. Песчаную
смесь подают по трубопроводу, уложенному в готовой части тон-
неля. По мере нагнетания песчаной смеси отверстия в днище пе-
рекрывают специальными задвижками, а после нагнетания гер-
метизируют.
Опускание, стыкование и обратная засыпка секций. Доставлен-
ные к месту строительства тоннеля секции подвешивают через
полиспасты к лебедкам или кранам, установленным на плавучих
средствах, а затем загружают водяным, каменным, песчаным или
комбинированным балластом для придания им отрицательной пла-
287
Рис. VIII.lt. Схема опуска-
ния тоииельиых секций в
подводную траншею с при-
менением понтонов (а —в) и
плавучей платформы (г)
1 — якори; 2— полиспасты;
3 — лебедки; 4 — балластные
емкости; 5 —опорная часть;
6 — сваи; 7 — понтон; 8 —
торцовая диафрагма; 9 —
тоннельная секция; 10—пор-
тальная рама; 11 — шахта;
12 — плавучая платформа
вучести, и погружают на дно подводной траншеи
(рис. VIII. 11,а).
Перед опусканием на секции устанавливают специальные
шахты для возможности прохода по ним людей, подачи необхо-
димых материалов и т. п., а также монтируют визирные мачты,
по которым контролируют положение секций. Высота шахт и
мачт должна быть такой, чтобы они возвышались над водой
после установки секций на дно траншеи.
При опускании круговых или бинокулярных секций в качест-
ве балласта используют бетонную смесь, укладывая ее в прост-
ранство между стальными оболочками.
Прямоугольные железобетонные секции опускают, заполняя
водой специальные балластные емкости на 200—400 м3, разме-
щенные внутри тоннеля и соединенные между собой трубопрово-
238

дамп. Такие емкости могут размещаться также и вне секций: с
боков или над перекрытием.
В ряде случаев устраивают балластировочную систему с ди-
станционным управлением, что позволяет регулировать объем
водяного балласта в секциях при отсутствии в них людей.
Технология опускания секций зависит от глубины и скорости
течения воды, а также от вида плавучего грузоподъемного обору-
дования. Помимо кранов и лебедок, установленных на понтонах,
для опускания секций используют и другие специальные средст-
ва: фермоподъемники с домкратными устройствами, плавучие
платформы и др. При строительстве ряда тоннелей для опуска-
ния секций применили плавучие катамараны, состоящие из двух
отдельных барж, соединенных между собой поперечными балоч-
ными мостовыми кранами (рис. VIII.11,6). В этом случае опус-
каемую секцию заводят между баржами, закрепляют специаль-
ными захватами и погружают в траншею по мере заполнения
балластом.
В некоторых случаях секции опускают, притягивая их тросами
к бетонным массивам, заранее установленным на дно подводной
траншеи и оснащенным полиспастами (рис. VIII.ll,s). Такой
прием позволяет достигнуть точной установки секций в проект-
ное положение.
При глубине погружения секций более 15—20 м оказывается
эффективным применение плавучей платформы-понтона, которая
может перемещаться по воде и устанавливаться на месте вы-
движными опорами (рис. VIII.11, г). После установки секций в
проектное положение платформу опускают на воду и перемеща-
ют на следующую позицию. Применение плавучих понтонов-
платформ имеет определенные преимущества, так как это дает
возможность опускать секции на значительную глубину при
сильных ветрах, течениях, во время приливов, отливов и волне-
ний. Однако использование дорогостоящих подъемных платформ
может быть экономически оправдано лишь при большой протя-
женности участка опускных секций.
Для предотвращения сноса секций потоком воды устраивают
их «анкеровку» при помощи тросовых оттяжек, прикрепленных
к лебедкам, установленным на понтонах.
Время опускания тоннельных секций в зависимости от кон-
кретных условий колеблется в довольно широких пределах: от
нескольких часов до нескольких суток. В процессе опускания
секций ведут инструментальные наблюдения за правильностью их
положения по визирным мачтам, установленным по концам сек-
ций и выступающим над поверхностью воды. На строительстве
первых подводных тоннелей контроль за опусканием секций про-
изводили водолазы. В настоящее время предпринимаются по-
пытки полностью исключить труд водолазов, используя подвод-
ные телевизионные установки, эхолоты, лазерные приборы и пр.,
и исключить применение визирных мачт.
Во время опускания регистрируют усилия во всех тросовых
290
оттяжках, используя для этого струнные датчики, электродина-
мометры и другие приборы, обладающие высокой чувствитель-
ностью. Опусканием секций и синхронизацией работы оборудо-
вания руководят обычно из центрального пункта с помощью
радио и телефона.
Опускаемые секции устанавливают на уложенные по дну
траншеи балки, лежни пли плиты, пустотелые, железобетонные
массивы и т. п. Корректировку положения секций осуществляют
горизонтальными и вертикальными гидравлическими домкрата-
ми, смонтированными в днище секции и управляемыми изнутри
(рис. VIII. 12, а). Это позволяет добиться точности установки до
±2—5 см.
При установке секций на искусственное свайное основание
их положение корректируют винтовыми домкратами, стопорными
кулачками или другими устройствами, установленными на бал-
ках ростверка (рис. VIII. 12, б). Установленные на временные
опоры тоннельные секции удерживают в таком положении неко-
торое время (12—24 ч) для стабилизации первоначальных оса-
док основания.
Одной из наиболее сложных операций способа опускных сек-
ций является подводное стыкование массивных конструкций эле-
ментов тоннеля. Секции скрепляют между собой стальными бол-
тами, тяжами, устраивают бетонный «воротник» под защитой
шпунтового ограждения или съемного кессона и т. п. Секции
кругового и бинокулярного поперечного сечения сталежелезо-
бетонной конструкции стыкуют между собой следующим обра-
зом. Вновь опущенную секцию устанавливают на дно траншеи
на расстоянии 1,5—2 м от ранее опущенной так, что полуцилин-
дрические выпуски листов оболочки совмещаются по высоте.
Затем секции стягиваются между собой домкратами, обжимая
расположенные по периметру стыка резиновые уплотнители.
После этого на торцовые диафрагмы, снабженные по вертикаль-
ным граням шпунтовыми замками, устанавливают фасонные хо-
муты (рис. VIII. 13, а). Затем методом подводного бетонирования
устраивают бетонный «воротник». Изнутри секции выпуски лис-
тов оболочки сваривают между собой и окончательно омоноли-
чивают стык. Такой способ стыкования секций довольно трудо-
емок, при этом используется труд водолазов.
’ Стыкование прямоугольных железобетонных секций выпол-
няют в два этапа. Вначале домкратными устройствами стягива-
ют смежные секции, уплотняя резиновые прокладки. Затем из
межсекционного пространства откачивают воду, и на торец сек-
ции начинает действовать неуравновешенное гидростатическое
давление. Величина силы давления зависит от глубины погруже-
ния и площади сечения секции и может достигать 50—
100 тыс. кН. Под действием гидростатического давления проис-
ходит дополнительное уплотнение упругих прокладок. После это-
го стык омоноличивают изнутри секции. Для стягивания сосед-
них секций применяют специальное устройство в виде накидного
291
Рис. VIII.12. Схема опирания тоннельных секций на естественное (а) и искусственное (б)
основания
J — фундаментная плита; 2 — гидравлический домкрат; 3 — сваи; 4 — винтовые домкраты;
5 — тоннельная секция; 6 — фиксаторы
крюка, который гидравлическими домкратами, управляемыми
изнутри секции, зацепляется со скобой, закрепленной на сосед^
ней секции (рис. VIII.13,б).
В последние годы в некоторых строящихся тоннелях для сты-
кования секций на торцевых диафрагмах устраивают опорные
консоли, которые обеспечивают правильное положение вновь
установленной секции и анкеровку стягивающего приспособле-
ния (рис. VIII.13, в). Такую технологию стыкования применяли
яри строительстве Канонерского тоннеля в Ленинграде. Тоннель-
ные секции длиной 75, шириной 13,3—13,75 и высотой 8,05 м с
консольными выступами по торцам стягивали домкратами и об-
жимали неуравновешенным гидростатическим давлением с об-
щим усилием 20 МН при внешнем давлении воды 0,15—0,25 МПа.
Для обеспечения требуемой точности стыкования секций был
.создан специальный прибор ПКС, при помощи которого контро-
лировали положение торцов секций на всех стадиях в плане,
профиле, а также вдоль оси тоннеля с точностью ±10 мм.
Для закрепления тоннельных секций в проектном положении,
а также с целью защиты конструкции от повреждения якорями
судов, лотами и тралами выполняют обратную засыпку тоннеля.
По данным практики средняя глубина засыпки над перекрытием
тоннеля составляет 1,5—3 м. Материалы и глубина засыпки оп-
ределятся в зависимости от гидравлического режима водотока
с учетом возможного размыва его дна во время эксплуатации
тоннеля. Для обратной засыпки применяют обычно крупнозер-
нистый песок и крупнообломочные материалы. В случае если
дно водотока подвержено эрозии, по перекрытию тоннеля устра-
ивают каменную наброску, не размываемую при соответствующих
значениях донных скоростей водного потока. При устройстве
обратной засыпки следует учитывать также возможность увели-
чения плавучести секции в эксплуатационный период. Это объ-
292
Рис. VIH.13 Схемы стыкования опускных
секций кругового (а) и прямоугольного
(б. s) поперечного сечення
1 — стальные диафрагмы; 2 — пространст-
во. заполняемое бетоном; 3 — фасонные
хомуты; 4 — стяжное устройство; 5 — рези-
новый уплотнитель; 6 — стыковочная ка-
мера; 7 — выпускной клапан; 8 — эпюра
гидростатического давления; 9 — балласт-
ные емкости; 10 — стальной башмак; 11 —
упор
ясняется тем, что окружающий тоннель водонасыщенный грунт
представляет собой тяжелую жидкость с удельным весом более
единицы (по данным практики удельный вес «взвешенного» грунта
с частицами песка и ила составляет 12,8—13,6 кН/м3), что вызы-
вает увеличение выталкивающей силы, действующей на секцию.
Если обратная засыпка песчаным грунтом не предотвращает
всплытия секции, производят засыпку материалом с большим
сдельным весом: железной рудой, гранитным щебнем и т. п.
При этом коэффициент запаса на всплытие секций должен быть
порядка 1,15—1,25.
293
Глава IX. СТРОИТЕЛЬСТВО ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИИ 1
ЗАКРЫТЫМ СПОСОБОМ	|
I
Рис. IX.1. Схема расположения шпуров
/ — врубовые шпуры; 2 — отбойные вспо-
могательные шпуры; 3— контурные шпу-
ры; 4 — подошвенные шпуры
§ 26. ГОРНЫЙ СПОСОБ РАБОТ
Основные горно-проходческие операции. Одной из наиболее
трудоемких операций при строительстве подземных сооружений
закрытым способом является разработка грунта. По степени
разрабатываемое™ все грунты разделены на И категорий. Грун-
ты I—V категории с коэффициентом крепости f= 1—2 разраба-
тывают вручную, отбойными молотками или пневматическими
лопатами. В этих же грунтах, а также в грунтах VI—IX катего-
рий с коэффициентом крепости / = 3—6 применяют механизиро-
ванную разработку специальными исполнительными органами,
установленными на щитах и тоннелепроходческих машинах. Все
полускальные и скальные грунты V, VI и более высоких катего-
рий, имеющие коэффициент крепости f>2—3, могут быть раз-
работаны буровзрывным способом.
Сущность буровзрывного способа заключается в том, что
равномерно по всей площади забуривают шпуры диаметром
36—42 мм и глубиной 1К = 2—4 м (иногда до 8 м), в которые
помещают заряды взрывчатого вещества (ВВ) (рис. IX.1). В
результате взрыва зарядов ВВ грунт в объеме одной заходки
разрушается и забой продвигается на 2—4 м. В соответствии со
схемой расположения шпуров производят их бурение. Для этого
применяют бурильные молотки пневматического, электрического
или гидравлического действия, работающие по принципу ударно-
поворотного, вращательного или вращательно-ударного бурения.
Наряду с обычными применяют высокочастотные бурильные мо-
лотки с частотой ударов до 3500—4000 мин"1, обладающие вы-
сокой производительностью и имеющие сравнительно небольшую
массу, а также гидравлические перфораторы, которые обеспечи-
вают высокую скорость и производительность бурения и при этом
не создают сильного шума, не загрязняют атмосферу подземных
выработок.
Для повышения эффективности бурения перфораторы закреп-
ляют на специальных поддерживающих приспособлениях и осна-
щают автоподатчиками, которые обеспечивают заданное направ-
ление п повышают скорость бурения. В небольших по размерам
выработках для поддержания бурильных молотков используют
простейшие механические стойки-подпорки, горизонтальные или
вертикальные колонки распорного типа, пневматические поддер-
жки пли манипуляторы на погрузочных машинах'. В выработках
большого сечения применяют буровые рамы (рис. IX.2, а) и
подмости.
Наиболее эффективным средством для удержания бурильных
молотков являются самоходные буровые установки па гусенич-
ном ходу. Они оснащаются высокочастотными перфораторами
л-л
Рис. IX.2. Средства для бурения шпуров
(а, б) и погрузки грунта (в, г)
1 — стойки; 2— выдвижные платформы;
3 — кронштейны; 4 — бурильные молотки;
5 — пневмоколонки; 6 — рабочая платфор-
ма; 7 —выносные опоры; 8 — ковш; 9 —
корпус машины; 10 — конвейерная лента;
11 — нагребающие рычаги; 12 — захватное
устройство
295
294
вращательно-ударного действия и создают большие усилия по*
дачи на забой (до 10—12 кН). В нашей стране находят примене-
ние установки ПБА-1, БУА-2, СБУ-2, СБУ-2М, СБУ-4, несущие один,
два или четыре бурильных молотка (рис. IX.2, б). Получают распро-
странение портальные буровые агрегаты с подъемными, выдви-
жными и поворотными платформами, позволяющие помимо обури-
вания площади забоя производить установку анкеров, монтаж
вентиляционных труб и т. п. В последнее время созданы буро-
вые установки с устройствами программного управления и авто-
матики, обеспечивающие полностью автоматизированное обури-
вание забоя.
После бурения всех шпуров их заряжают зарядами ВВ, из-
готовленными из динамита или аммонита. Заряды помещают в
шпур, оставляя в устьевой части на длине, равной 20—25% глу-
бины шпура, место для забойки. Забойку выполняют песком или
мятой глиной, а также смесью песка с глиной с применением
специальных зарядных механизмов. Весьма эффективна гидроза-
бойка шпуров заполненными водой пластиковыми ампулами.
Взрывание зарядов чаще всего производят электрическим спо-
собом с применением электродетонаторов мгновенного действия,
замедленного действия (степень замедления 0,5—10 с) и корот-
козамедленных (25—250 мс). Применение короткозамедленных де-
тонаторов способствует повышению эффективности взрыва, сни-
жению сейсмического воздействия, уменьшению разброса грунта
и расхода ВВ. На использовании таких детонаторов основана
современная технология «гладкого» взрывания и предварительного
откола грунта. При этом контурные шпуры располагают на рас-
стоянии с=0,3—0,6 м. Заряды этих шпуров делают рассредото-
ченными, оставляя между ними воздушные промежутки или
вставляя деревянные прокладки. Диаметр заряда принимают
порядка 24—25 мм, что значительно меньше диаметра шпура
(36—42 мм). Патрон-боевик устанавливают в донной части
шпура, а для инициирования взрыва используют детонирующий
шнур. Перечисленные особенности позволяют уменьшить зону
разрушения грунта контурными зарядами и получить более ров-
ное очертание выработки. При этом за счет уменьшения пере-
боров сокращается объем погрузочных и транспортных операций,
значительно уменьшается объем бетона на заполнение переборов,
достигается экономия ВВ и снижается стоимость работ. Для
снижения сейсмического эффекта взрыва и обеспечения гладкой
поверхности выработки иногда до бурения шпуров по контуру
тоннеля устраивают сплошную щель глубиной 1,5—4 м и шири-
ной 15—20 см. Для нарезки щели используют самоходные пор-
тальные установки с баровым исполнительным органом. В на-
рушенных грунтах сразу же после устройства щели ее заполня-
ют набрызгбетоном.
В последнее время в нашей стране и за рубежом ведутся ра-
боты по созданию и внедрению новых, более эффективных спо-
собов разработки грунта в подземном строительстве: гидравли-
ческого, термического, электрофизического, химического и др.
Эти способы могут применяться как самостоятельные или в со-
четании с механическими.
Разработанный в забое подземной выработки грунт грузят в
транспортные средства и вывозят на поверхность земли через
порталы тоннеля или шахтные стволы. Погрузку грунта при за-
крытом способе работ производят преимущественно механизиро-
ванными способами с применением специализированных погрузоч-
ных машин и тоннельных экскаваторов. В подземном строитель-
стве находят применение погрузочные машины с электрическим,
пневматическим, гидравлическим и комбинированным приводом.
Они могут перемещаться по рельсам на пневмоколесном и гусе-
ничном ходу. По принципу действия различают погрузочные ма-
шины с фронтальной и боковой разгрузкой, выгружающие грунт
в транспортные средства непосредственно или через конвейерную
ленту (рис. IX.2, е). Применяют погрузочные машины, ковш ко-
торых внедряется в грунт снизу, и машины загребающего дей-
ствия.
В нашей стране применяют машины непрерывного действия на
гусеничном ходу ПНБ-ЗК, ПНБ-ЗД и ПНБ-4, которые имеют за-
гребающие рычаги и наклонный скребковый транспортер
(рис. IX.2, г). Они могут грузить грунт в вагонетки и автосамос-
валы и имеют техническую производительность 180 и 360 м3/ч.
В ряде случаев целесообразно применять погрузочно-транспорт-
ные машины на пневмоходу с бункером или ковшом емкостью
1,5—6 м3 для перевозки грунта на расстояние до 150—200 м.
При проходке выработок большого поперечного сечения име-
ется возможность использования тоннельных экскаваторов Э-7515,
Э-5114, Э-6514, ЭП-1, которые характеризуются высокой про-
изводительностью и могут грузить крупные куски грунта. Разра-
ботаны конструкции тоннельных экскаваторов нагребающего
типа с ковшом обратная лопата и приемным лотком-транспорте-
ром, размещенным между гусеницами ходовой части. При рабо-
те таких экскаваторов значительно упрощается и облегчается по-
грузка грунта за счет исключения поворотов и разворотов.
Для откатки разработанного грунта применяют цикличный
(рельсовый или автомобильный) и непрерывный (конвейерный
или трубопроводный) транспорт. Основным видом рельсового
транспорта узкой колеи (600, 700 или 900 мм) являются вагонет-
ки объемом 0,75—2,5 м3. Вагонетки могут быть «глухого» типа, ку-
зов которых жестко закреплен на ходовой части, опрокидными и
саморазгружающимися. Получают распространение большегруз-
ные вагоны на рельсовом ходу ВПК-7 и ВПК-Ю емкостью 7 и 10 м3
и донным конвейером, которые могут объединяться в бункерные
поезда. Откатку вагонеток при рельсовом транспорте производят
специальными рудничными локомотивами: электровозами, тепло-
возами, дизелевозами и пр. Применение рельсового транспорта
наиболее целесообразно при длине откатки более 1,5—2 км.
При проходке крупных подземных выработок и при дальности
откатки менее 1,5—2 км эффективно применение безрельсового
транспорта: автосамосвалов и самоходных вагонов. Наиболее це-
лесообразно применение в подземных выработках автосамосвалов-
думперов с кузовом емкостью 1—6 м3 с полноповоротным управ-
лением. Следует отметить, что как обычные автосамосвалы, так и
думперы, двигатели которых выделяют большое количество вред-
ных газов, могут использоваться в подземных выработках только
с газоочистителями — нейтрализаторами. Во многих случаях ока-
зывается эффективным использование большегрузных (до 20 т)
самоходных вагонов типа ВС на пневмоходу.
В некоторых случаях для удаления разработанного грунта в
подземной выработке устанавливают систему ленточных, скреб-
ковых или пластинчатых транспортеров шириной до 1,2 м и про-
изводительностью до 600—800 т/ч. Иногда грунт выдают из забоя
средствами гидравлического или пневматического трубопроводного
транспорта. Непрерывный транспорт характеризуется высокой про-
изводительностью, однако применение его в подземном строитель-
стве ограничено в связи с необходимостью использования рель-
сового или безрельсового транспорта для доставки в забой мате-
риалов, элементов временной крепи, оборудования и т. п.
Временная-крепь. При строительстве подземных сооружений
горным способом по мере разработки грунта производят времен-
ное крепление выработки. Существует несколько разновидностей
стационарной временной крепи, область применения каждой из ко-
торых определяется формой и размерами выработки, свойствами
грунтов, степенью устойчивости окружающего массива.
В слабых грунтах при раскрытии выработки по частям приме-
няют, как правило, деревянную веерную крепь, а в крепких скаль-
ных грунтах, проходку которых осуществляют сплошным или сту-
пенчатым забоем, — контурную крепь. При строительстве город-
ских сооружений с раскрытием выработки сразу на полный про-
филь или крупными элементами, применяют контурную крепь. При
этом большая часть выработки остается свободной, что позволяет
использовать крупногабаритное и высокопроизводительное про-
ходческое оборудование, инвентарную передвижную опалубку и
т. п.
В подземном строительстве находят применение различные
виды контурной крепи: арочная, анкерная, набрызг-бетонная и ком-
бинированная. Арочную крепь устраивают из металлических прокат-
ных профилей (двутавры, швеллеры, трубы), изогнутых по контуру
выработки (рис. IX,3, а). Каждая арка крепи состоит из двух или
четырех элементов, соединяемых на болтах при помощи фланцев
или накладок. Арки устанавливают с шагом ао=О,8—1,5 м, опи-
рая на грунт через деревянные подкладки и раскрепляя между со-
бой деревянными или металлическими распорками.
Пространство между арками затягивают досками, тонкими же-
лезобетонными плитами или гофрированными стальными листами.
В сводовой части устраивают сплошную затяжку, разбирая ее не-
298
Рис. IX.3. Схема арочной (а) и анкерной
(б — ж) крепи
/ — арки; 2 — клинья; 3 — затяжка; 4 —
распорки; 5 — подкладки; 6 — радиальный
анкер; 7 — сетка; 8— опорная плита; 9 —
опережающий анкер; 10— подхват; 11 —
клин; 12 —конусная гайка; [3 — разрез-
ная гильза; 14 — цементный раствор; 15—
пробка; 16 — патрубок для нагнетания
раствора; 17 — трубка для отвода возду-
ха; 18— перфорированный цилиндр; 19 —
упор; 20 — трубка для повторного нагнета-
ния раствора; 21 — пучки высокопрочной
проволоки; 22 — уплотнитель; 23 — натяж-
ное устройство; 24— ампула со смолой:
25—ампула с отвердителем
посредственно перед бетонированием обделки. В стенах выработки
элементы затяжки обычно устанавливают вразбежку, чтобы обес-
печить необходимое сцепление бетона обделки с грунтом в том
случае, если снятие затяжки окажется затруднительным или не-
возможным в связи с образованием вывалов на данном участке.
В некоторых случаях контур выработки между отдельными ар-
ками покрывают слоем торкрета или набрызг-бетона.
Большое распространение при строительстве подземных тран-
спортных сооружений получила анкерная крепь. В отличие от
арочной крепи, которая поддерживает контур выработки изнутри,
анкеры располагают в пробуренных по периметру выработки
шпурах, как бы «подвешивая» участки нарушенных грунтов к
ненарушенному массиву (рис. IX.3,6). При этом происходит свое-
образное армирование грунтового массива, а возникающие по тре-
щинам силы трения препятствуют обрушению грунта внутрь вы-
работки и способствуют образованию несущего свода, восприни-
мающего давление вышерасположенных слоев грунта.
Для закрепления контура выработки в нарушенных трещино-
ватых грунтах иногда применяют опережающую анкерную крепь.
Наклонные анкеры забуривают из забоя и закрепляют на элемен-
тах арочной крепи или обычных анкерах (рис. IX.3,в).
Анкерную-крепь применяют в различных грунтах: от крепких
скальных до нарушенных полускальных при наличии достаточно
ровного контура выработки. Находят применение клиновые и
распорные металлические анкеры с замковым устройством (рис.
IX.3,г) и железобетонные (набивные, нагнетательные и перфори-
рованные), закрепляемые по всей глубине шпура (рис. IX.3, д).
Получают распространение сталеполимерные анкеры, закрепляе-
мые в шпурах эпоксидными или полиэфирными смолами и вступа-
ющие в совместную работу с окружающим массивом через 1—2 ч
после установки (рис. IX.3,ж).
В выработках большого поперечного сечения применяют пред-
варительно напряженные анкеры, состоящие из стальных стерж-
ней или пучков высокопрочной проволоки, которые заделывают в
донной части шпура цементным раствором и натягивают гидрав-
лическими домкратами (рис. 1Х.З,е). Такие анкеры в отличие от
набивных и нагнетательных вступают в работу до начала дефор-
маций грунтового массива. В последнее время разработаны само-
забуривающиеся анкеры с буровой головкой: клиновые, прорезные
и полимерные.
Основные параметры анкерной крепи определяются их конст-
руктивными особенностями, инженерно-геологическими условия-
ми, формой и размерами выработки и устанавливаются в резуль-
тате расчета (ВСН 126-78), Ориентировочно расчетную длину
анкера можно определить по формуле
la= (3/4) (S//) kr,	(IX. 1)
где В — пролет выработки; f — коэффициент крепости грунта; kT — коэффи-
циент трещиноватости грунта, принимаемый равным от 1 до 2,5.
300
Анкеры располагают чаще всего в сводовой части выработ-
ки, а в некоторых случаях — и по стенам. В однородных грунтах
их устанавливают в радиальном направлении, а в слоистых грун-
тах— вкрест простирания пластов. С целью предотвращения
местных вывалов грунта между анкерами в сводовой части выра-
ботки подвешивают стальную сетку с ячейками 50X50, ЮОХЮОмм,
а иногда устанавливают подхваты из швеллеров или уголков.
Применение в качестве временной крепи покрытия из на-
брызг-бетона возможно в широком диапазоне грунтов: от креп-
ких скальных до мягких устойчивых. Покрытие из набрызг-бетона
обладает достаточно высокой несущей способностью, и, взаимо-
действуя с окружающим грунтом, значительно ограничивает де-
формации контура выработки. Набрызг-бетон сглаживает неров-
ности выработки, уменьшает концентрацию напряжений, запол-
няет трещины в грунте и создает несущий свод. Процесс нанесе-
ния набрызг-бетона может быть полностью механизирован и
автоматизирован. Толщину покрытия из набрызг-бетона в общем
случае можно определить по формуле
<% = щ й2 ”|/ 1000 q/m Rp ,	(IX.2)
где q — нагрузка от горного давления; 7?р — расчетное сопротивление набрызг-
бетона растяжению; ш, й2, m — коэффициенты, значения которых приведены в
ВСН 126-78.
Нередко для временного крепления подземных выработок
применяют комбинированную крепь из арок и анкеров, из арок
и набрызг-бетона, из анкеров и набрызг-бетона и т. п. Так, в
последние годы в подземном строительстве получила распрост-
ранение комбинированная крепь системы Бернольда, которая ис-
пользуется также в качестве постоянной обделки.
Тоннелепроходческие машины. В подземном строительстве
получили распространение механизированные тоннелепроходчес-
кие машины (ТПМ). Их применяют для разработки полускаль-
ных и скальных грунтов взамен буровзрывного способа. ТПМ.
сплошного действия оснащены механизированным рабочим орга-
ном, при помощи которого они разрабатывают грунт, а также
системой ковшовых устройств и транспортеров, по которым грунт
удаляется за пределы машины и перегружается в транспортные
средства. Транспортирование грунта, установка временной крепи
и возведение обделки производятся так же, как при обычном
горном способе работ.
Рабочий орган закреплен на корпусе машины и соединен с
механизмом привода, включающим в себя двигатель и редуктор.
По мере разработки грунта корпус машины перемещается вперед.
Для этого его устраивают телескопическим, состоящим из двух
частей: наружной и внутренней, которые перемещаются одна от-
носительно другой вдоль оси тоннеля при помощи горизонталь-
ных домкратов. Эти же домкраты создают осевые усилия подачи
рабочего органа на забой. Во время разработки грунта наруж-
ная часть корпуса машины раскрепляется в стены выработки
301
Рис. IX.4. Принципиальная схема работы тониелепроходческой машины
а •—разработка грунта; б — перемещение наружного корпуса; 1 — рабочий орган; 2 — внут-
ренний корпус; 3 — наружный корпус; 4 — домкраты Подачи; 5— распорные устройства; 6 —
дополнительные о-'Юры
Рис. IX.5. Схема (н) и об-
щий вид (б) тоннельной
машины избирательного
действия
1— фрезерующая головка:
2— стрела; 3 — корпус va-
шины; 4 — транспортер-пере-
гружатель; 5— погрузочное
устройство: 6 — направление
перемещения рабочего орга-
н а
радиальными гидравлическими домкратами, а внутренняя часть
перемещается вместе с рабочим органом (рис. IX.4, а). После
разработки грунта в объеме одной заходки, глубина которой
определяется ходом горизонтальных домкратов, в стены выработки
расскрепляют внутреннюю часть корпуса, а наружную подтягива-
ют вперед (рис. 1Х.4,б). Таким образом, осуществляется попере-
менное выдвижение частей корпуса машины вперед с перекрепле-
302
пнем их в стены выработки. Возможен и иной принцип продви-
жения корпуса машины. Например, существуют машины, рабо-
чий орган которых расположен на подвижной станине, которая
движется непосредственно по подошве выработки или по рель-
сам. В некоторых случаях перемещение машины производят
путем подтягивания ее корпуса к заделанным в забое анкерам.
Конструкции рабочего органа ТПМ весьма разнообразны и
зависят главным образом от размеров выработки и свойств пе-
ресекаемых грунтов. При проходке выработок сплошным забоем
применяют рабочие органы роторного и планетарного типа, осна-
щенные резцами, фрезами, скалывателями, шарошками или дру-
гими инструментами. В последнее время созданы рабочие орга-
ны комбинированного воздействия на забой, оснащенные меха-
ническими разрушающими инструментами и гидравлическими
насадками. Вначале струей воды под давлением в несколько сотен
МПа в забое выработки прорезают концентрические борозды, а
затем шарошками разрушают грунтовые целики.
По способу разработки грунта различают машины фронталь-
ного типа, когда разрушающий инструмент перемещается пер-
пендикулярно поверхности забоя, и флангового типа, когда инст-
румент перемещается параллельно поверхности забоя. Тоннель-
ные машины с корпусом телескопического типа успешно приме-
няются при строительстве подземных сооружений диаметром
10—11 м. Наряду с ТПМ, которые разрабатывают грунт сразу
на полный профиль выработки, применяют машины, которые по-
степенно расширяют сечение до проектных размеров. Находят
применение ТПМ с опережающим лезвием, которое имеет не-
зависимый привод. Такое лезвие создает предварительный вруб,
что значительно облегчает разработку остальной части забоя,
позволяет добиться более ровного контура выработки и уменьша-
ет износ бурового инструмента.
Получили распространение ТПМ избирательного действия.
рабочий орган которых помещается на стреле, закрепленной на
ходовой части экскаватора или трактора, либо на специальной
тележке (рис. IX.5). Наличие одной или двух резцовых головок
на стрелах-манипуляторах позволяет создавать выработки прак-
тически любого очертания: сводчатые, прямоугольные, круговые,
эллиптические и т. п. При использовании таких агрегатов грунт
грузят автономными погрузочными машинами или встроенными
в агрегат погрузчиками. Применение проходческих машин с на-
весным стреловым рабочим органом (ПК-ЗМ, ПК-9р, 4ПП-2,
ГПКС в СССР и Демаг, Доско, Паурат за рубежом) обеспечи-
вает свободный доступ в забой, дает возможность легко заменять
элементы рабочего органа, не требует большой энергии привода.
ТПМ ПК-9р успешно применяли при строительстве автодорожно-
го тоннеля в районе г. Сочи в породах с коэффициентом кре-
пости j от 2 до 7.
Механизированная проходка подземных выработок тоннель-
ными машинами по сравнению с буровзрывным способом имеет
303
целый ряд преимуществ. Прежде всего значительно возрастают
темпы проходки. Если при буровзрывном способе максимальная
скорость проходки двухполосного автодорожного тоннеля на один
забой составляет 100—120 м/мес, то в таких же грунтах тоннель-
ная машина может обеспечить скорость проходки 300—400 м/мес
и более. Увеличение скорости проходки приводит к сокращению
сроков строительства подземного сооружения и экономии наклад-
ных расходов, что позволяет снизить стоимость строительства в
среднем на 20—30%. Особенно эффективно применение тоннель-
ных машин при проходке протяженных тоннелей длиной более
1—1,5 км. Следует отметить, что в большинстве случаев скорость
продвижения забоя при механизированной проходке лимитиру-
ется не возможностями самой тоннельной машины, а ограни-
ченными темпами крепежных работ.
Для точного ведения тоннелепроходческих машин по заданной
трассе используют оптические и лазерные приборы, а также
электромагнитную следящую систему управления. Контроль за
положением машины в плане и профиле может производиться
автоматически с применением ЭВМ.
При применении ТПМ в значительно меньшей степени, чем
при буровзрывном способе, нарушается устойчивость окружаю-
щего массива, поскольку динамические воздействия уменьшают-
ся. В связи с этим практически устраняется опасность вывалов
и осадок поверхности земли, что очень важно при строительстве
городских подземных сооружений неглубокого заложения. ТПМ
обеспечивают создание достаточно ровного контура выработки
с минимальными переборами, что приводит к сокращению объемов
погрузочных и транспортных операций (примерно на 20—30%)
и расхода бетона на обделку по сравнению с буровзрывным спо-
собом. К достоинствам тоннельных машин можно отнести сокра-
щение потребности в рабочей силе (на 20—40%), возможность
проходки выработок различного очертания с изменением их раз-
меров за счет переоборудования рабочего органа. Основной не-
достаток ТПМ заключается в невозможности применения их в
достаточно широком диапазоне грунтовых условий.
Дальнейшее совершенствование ТПМ предусматривает соз-
дание агрегатов расширенного диапазона действия с роторным
или многостреловым рабочим органом, оснащенных навесным
оборудованием для установки временной крепи, а также сред-
ствами вентиляции и пылеподавления.
Технология работ. В некрепких скальных и мягких грунтах
раскрытие подземной выработки производят по частям мелкими
элементами с деревянной веерной крепью при поэтапном возве-
дении обделки. При этом чащз всего применяют способ пол-
ностью раскрытого профиля, опертого свода и опорного ядра.
Эти способы работ характеризуются значительным расходом
лесоматериалов, трудоемкостью работ по разработке грунта и
устройству временной крепи. Следствием этого являются невы-
сокиэ скорости проходки, не превышающие обычно 15—20 м в
304
f. 4-4-1-i-i-lM-
305
месяц, на один забой. В связи с этим такие способы работ в на-
стоящее время применяют только при строительстве коротких
(до 200—300 м) подземных выработок: щитовых, вентиляцион-
ных, дренажных камер и т. п.
При проходке подземных выработок в достаточно прочных и
устойчивых грунтах применяют способы сплошного и ступенча-
того забоя, нижнего, верхнего и бокового уступов. При этом вы-
работку раскрывают сразу на полное сечение или в два-три
этапа, а затем возводят постоянную обделку. Способ сплошного
забоя применяют в крепких скальных грунтах с коэффициентом
крепости /'^6—7, способных обеспечить устойчивость вертикаль-
ной плоскости забоя. При этом горно-проходческие работы ведут
с применением крупных средств механизации (рис. IX.6, а). В
случае необходимости контур выработки закрепляют анкерами,
арками или покрытием из набрызг-бетона.
Для размещения горно-проходческого оборудования в ряде
случаев устраивают передвижную платформу с консольным мос-
том, что позволяет совместить погрузку грунта в нижнем ярусе
с бурением шпуров и установкой временной крепи в верхней
части забоя. Платформа состоит из нескольких секций, которые
перемещаются по подошве выработки гидравлическими домкра-
тами, а консольный мост передвигается по рельсам, уложенным
на платформе (рис. IX.6, б). Проходка выработок сплошным за-
боем позволяет комплексно механизировать основные горно-про-
ходческие операции, снизить трудоемкость работ и добиться
высоких скоростей проходки (до 100—120 м/мес для двухполос-
ного автодорожного тоннеля). Основные трудности при способе
сплошного забоя связаны с переходом в случае необходимости к
другим способам работ, а также с сохранением вертикальной
плоскости лба забоя.
В тех случаях, когда не представляется возможным обеспе-
чить устойчивость вертикального забоя, его расчленяют на две
части: калотту и нижнюю ступень. При способе ступенчатого за-
боя калоттный профиль проходят с опережением нижней ступе-
ни на (2,5—3) W, где U7—глубина заходки (рис. 1Х.7,а,б).
Грунт разрабатывают буровзрывным способом, причем шпуры
нижней ступени чаще всего делают вертикальными, что позволя-
ет совместить операции по бурению шпуров и погрузке грунта.
После взрыва зарядов, который в обоих забоях производят
одновременно, весь грунт откладывается у нижнего уступа. Все
остальные операции: погрузку и транспортирование грунта, уста-
новку временной крепи и возведение обделки производят так же,
как и при способе сплошного забоя. При способе ступенчатого
забоя за счет совмещения операций по погрузке грунта и буре-
нию шпуров несколько сокращается продолжительность горно-
проходческого цикла.
В грунтах с коэффициентом крепости / = 4—6 применяют
способ нижнего уступа, при котором калоттный профиль прохо-
дят сразу на всю длину выработки или с опережением относи-
306
Рис. IX.7. Схемы сооружения тоннеля способом ступенчатого забоя (а, б) и нижнего усту-
па (в, г)
1 _ шпуры; 2 — породопогрузочная машина; 3 —вагонетки; 4 — арочная крепь; 5 — пере-
движной помост; 6 — бункер; 7 — укосина; 8 — секция опалубки; 9 — тоннелепроходческая
машина; 10 — перегружатель
тельно нижней части на / = 30—50 м (рис. IX.7 а, в). Грунт в
верхнем и нижнем забоях разрабатывают буровзрывным спосо-
бом или ТПМ избирательного действия. Сводовую часть выра-
ботки закрепляют анкерами или арками, которые до уборки грунта
в нижнем уступе поддерживают подхватами из двутавровых балок.
При таком способе работ организуется два независимых за-
боя, в каждом из которых размещаются средства для бурения
шпуров, погрузки и транспортирования грунта. Для выдачи
грунта из забоя калотты, а также для подачи в забой необхо-
димых материалов и оборудования необходимо обеспечить транс-
портную связь между верхним и нижним ярусами выработки.
Для этого применяют передвижной помост, на который заезжа-
ют вагонетки из забоя калотты. Помост снабжен бункером, через
который грунт выгружается в транспортные средства, переме-
щающиеся по нижнему ярусу, и краном, при помощи которого
необходимые материалы поднимаются на помост, а далее достав-
ляются в забой калотты. Возможно также устройство подвесного
потолка в виде бревенчато-дощатого настила, подвешенного на
тяжах к элементам временной крепи. Иногда для перегрузочных
операции используют монорельс с тельфером. По мере проходки
выработки помост перемещается вперед, а настил и монорельс
наращиваются. Применяя для разработки грунта ТПМ, мож-
307

но вести работы способом нижнего уступа без передвижного-
помоста или настила, используя транспортер-перегружатель
(рис. IX.7, г).
При проходке подземных выработок в скальных грунтах
типа сланцев, аргиллитов, алевролитов и т. п. с коэффициентом
крепости f=3—5 применяют новый австрийский способ. При
этом вначале по всему контуру разрабатывают периферийную
часть выработки, закрепляя ее тонкой податливой крепью из наб-
рызг-бетона толщиной 15—20 см, наносимого по стальной сетке-
(рис. IX.8). Иногда устраивают комбинированную крепь из на-
брызг-бетона с анкерами или арками. Таким образом, образуется
гибкая оболочка, способная деформироваться без обрушения за
счет ползучести набрызг-бетона в первое время после нанесения.
После затухания деформаций окружающего грунтового масси-
ва, что регистрируется по показаниям измерительных анкеров, рас-
крывают центральную часть выработки и устраивают внутреннюю*
обделку из монолитного бетона или из набрызг-бетона толщиной
25—30 см. При наличии притока в выработку подземных вод меж-
ду наружной облицовкой и обделкой устраивают оклеенную гид-
роизоляцию. Следует отметить, что в ряде случаев внутреннюю
обделку возводят через 3—5 месяцев после возведения наружной.
Разработку грунта производят ступенчатым забоем с применени-
ем ТПМ избирательного действия. При этом размеры ступеней де-
лают минимальными, что позволяет быстро замыкать первичную-
обделку устройством обратного свода.
При таком способе удается значительно облегчить конструкцию-
обделки, используя процесс затухающей ползучести грунтов, одна-
ко имеется опасность значительных осадок контура выработки,
особенно при неравномерных внешних нагрузках.
Все работы при горных способах выполняются циклично, по
поточной технологии. Каждый горно-проходческий цикл включает
в себя все основные операции, начиная с бурения шпуров и кон-
чая установкой временной крепи. Второй цикл составляют работы
по возведению и гидроизоляции конструкции обделки. Оба этих
цикла должны быть взаимно увязаны в соответствии с технологи-
ческой схемой сооружения подземной выработки.
При последовательной схеме обделку возводят после проходки
выработки на всю длину. Параллельная схема предусматривает
одновременное выполнение горно-проходческих операций и возве-
дение обделки (на расстоянии 50—100 м от забоя).
При строительстве подземных сооружений в нарушенных грун-
тах, когда долго оставлять выработку на временной крепи нельзя,
работы ведут по замкнутой схеме. Обделку возводят в непосред-
ственной близости от забоя, применяя крепь Бернольда или сбор-
ные элементы. Однако при такой схеме в призабойной зоне скап-
ливается большое количество различного оборудования, что не-
сколько осложняет ведение работ и отражается на темпах строи-
тельства.
Независимо от принятой схемы работ процесс возведения об-
309
IX.9. Схема шарнирно складывающейся (а) н сборно-разборной (б) опалубки
/ — передвижная тележка; 2— секция опалубки; 3 — гидравлические домкраты; 4 — винто-
вые домкраты; 5 — лебедка; 6 — опалубка в транспортном положении; 7 — «окна»; 8 — свар-
ные тюбинги; 9— рычажный укладчик; 10 — кронштейны; // — кран
делки остается неизменным. Монолитную бетонную обделку
возводят чаще всего в инвентарной подвижной телескопической
или сборно-разборной опалубке.
Подвижную телескопическую опалубку выполняют из отдель-
ных секций длиной /с = 2—3 м, изготовленных из кружальных ре-
бер, покрытых стальными листами (рис. IX.9, а). Каждая секция
состоит из нескольких элементов, соединенных между собой при
помощи шарниров, что позволяет складывать опалубку и перево-
зить под установленными секциями. Все секции опалубки переме-
щаются на одной монтажной тележке, оснащенной домкратами и
лебедками. После установки очередной секции в проектное поло-
жение ее на болтах соединяют с ранее установленной, а шарниры
«заглушают».
Наряду с телескопической применяют сборно-разборную опа-
лубку из отдельных сварных элементов по типу тюбингов, соеди-
няемых между собой болтами (рис. IX.9,6). Монтаж и демонтаж
секций такой опалубки производят одним или двумя рычажными
310
укладчиками, перемещающимися по кронштейнам, закрепленным
на элементах установленной опалубки.
Применение телескопической и сборно-разборной опалубки да-
ет возможность осуществлять непрерывное бетонирование по на-
правлению к забою, перемещая элементы опалубки под ранее ус-
тановленными секциями.
Число секций опалубки устанавливают, исходя из требуемой
скорости бетонирования, которая должна соответствовать скорос-
ти проходки, и сроков раскружаливания. Последние зависят от
состава и марки бетона и составляют в среднем 2—3 суток для
свода и 1—2 суток для стен обделки, что обеспечивает набор бе-
тоном 25—35%-ной проектной прочности. Таким образом, число
секций опалубки можно определить по формуле
и = 2 Гсут //7С,
где №Сут — продвижение забоя за сутки, м; t — срок раскружаливания, сут;
/с — длина секции опалубки, м.
Обычно половину расчетного числа секций используют для бе-
тонирования, а другую половину — для подкрепления обделки на
участке раннего твердения бетона.
Бетонную смесь подают в подземную выработку в опрокидных
вагонетках, контейнерах, автосамосвалах или непосредственно в
пневмобетоноукладчиках, объединенных в составы по 4—6 единиц,
перемещаемых электровозом. Если подземная выработка залегает
сравнительно неглубоко от поверхности земли, бетонную смесь
можно подавать через скважины диаметром 0,4—0,6 м, пробурен-
ные через 100—150 м вдоль выработки. Бетонирование ведут не-
прерывно, укладывая бетонную смесь послойно снизу вверх и уп-
лотняя ее глубинными вибраторами через «окна» в опалубке.
Покрытие из набрызг-бетона наносят механизированным спосо-
бом с применением набрызг-бетонмашин типа БМ-68 и БМ-70. По-
лучают распространение самоходные автоматизированные уста-
новки— роботы с дистанционным управлением, оснащенные мани-
пуляторами и позволяющие наносить набрызг-бетон сразу же пос-
ле раскрытия выработки.
Возведение сборных конструкций при горных способах работ
производят с применением рычажных или дуговых укладчиков по
типу тех, которые используются при щитовом способе работ (см.
гл. IX, §27).
После раскружаливания монолитной или завершения монтажа
сборной обделки производят двухстадийное нагнетание за обдел-
ку цементно-песчаного раствора1. Вначале на участке длиной
20—30 м нагнетают цементно-песчаный раствор состава 1:2—1:3
с добавками, повышающими его водонепроницаемость, уменьшаю-
щими усадку и расслаиваемость. Первичное нагнетание произво-
дят через отверстия в обделке, устроенные через 2—2,5 м в шах-
матном порядке, аппаратами электрического или пневматического
1 Инструкция по производству работ по нагнетанию раствора за тоннельную
обделку (ВСН 132-81). М„ 1981.
311
действия под давлением 0,4—0,5 МПа. Затем через двое суток на
этом же участке производят контрольное нагнетание цементным
молоком механическими плунжерными насосами под давлением
0,7—0,8 МПа.
Нагнетание цементного раствора обеспечивает заполнение
всех пустот за обделкой и способствует водонепроницаемости
конструкции. При этом достигается реализация упругого отпора
грунта и снижаются до минимума осадки окружающего подземное
сооружение грунтового массива.
§ 27. ЩИТОВОЙ СПОСОБ РАБОТ
Конструкции и оборудование щитов. Проходческий щит пред-
ставляет собой подвижную крепь, под прикрытием которой раз-
рабатывают грунт и возводят постоянную обделку.
Щиты отличаются друг от друга формой и размерами попереч-
ного сечения, несущей способностью, способом разработки грунта
и крепления лба забоя и т. п. Формы поперечного сечения щитов
весьма разнообразны: круговая, сводчатая, прямоугольная, тра-
пецеидальная, эллиптическая и пр. В большинстве случаев щитам
придают круговое очертание в соответствии с формой тоннельной
обделки. Для проходки двухполосных автотранспортных тоннелей
применяют- щиты диаметром 10—10,5 м и массой до 250—300 т.
По способу разработки грунта различают немеханизированчые
и механизированные щиты. В первом случае грунт разрабатыва-
ют вручную или с применением ручных механизированных инстру-
ментов. Во втором случае все операции по разработке и уборке
грунта полностью механизированы и выполняются специальным
рабочим органом. Могут быть и полумеханизированные щиты, в
которых разработка и погрузка грунта частично механизированы.
Проходческий щит кругового очертания представляет собой
стальной цилиндр, состоящий из ножевого кольца, опорного коль-
ца и хвостовой оболочки (рис. IX. 10).
Ножевое кольцо подрезает грунт по контуру выработки и слу-
жит для защиты работающих в забое людей. При проходке
в мягких грунтах ножевое кольцо имеет уширенную верхнюю
часть — аванбек, а в слабых грунтах — предохранительный козы-
рек, который может быть неподвижным или выдвижным.
Опорное кольцо вместе с ножевым являются основной несу-
щей конструкцией щита. По периметру опорного кольца равно-
мерно располагаются щитовые домкраты, служащие для перед-
вижения агрегата. При диаметре щита порядка 10 м устанавли-
вают обычно 30—36 домкратов.
Хвостовая оболочка закрепляет контур выработки в месте
возведения очередного кольца обделки.
Немеханизированные щиты дополнительно оснащают горизон-
тальными и вертикальными перегородками, выдвижными плат-
формами, а также забойными и платформенными домкратами.
Горизонтальные и вертикальные перегородки придают конструк-
.312
/ — забойные домкраты; 2 — щитовые домкраты; 3 — вертикальные перегородки; 4 — вы-
движные платформы; 5 — горизонтальные перегородки; 6—платформенные домкраты; 7 —
хвостовая оболочка; 8 — опорное кольцо; 9—ножевое кольцо; 10 — аванбек; 11— обделка
ции щита необходимую жесткость и разделяют забой на рабо-
чие ячейки, в которых разрабатывают грунт. На горизонтальных
площадках устанавливают выдвижные платформы, которые пе-
ремещаются по направляющим усилиями платформенных дом-
кратов, смонтированных под площадками. Для удержания эле-
ментов временной крепи предусмотрены забойные домкраты,
которые закрепляют на вертикальных перегородках и на опорном
кольце щита.
Конструкцию ножевой и опорной части щита собирают из
отдельных литых или сварных стальных элементов ребристого
сечения, соединенных между собой болтами по типу тюбингов
тоннельных обделок. Хвостовую оболочку выполняют из отдель-
ных лекальных стальных листов, соединенных между собой на-
кладками на шпильках.
Оболочки щитов больших диаметров делают многослойными
и закрепляют на опорном и ножевом кольце. При проходке тон-
нелей в плотных устойчивых грунтах нижнюю часть оболочки
(примерно до уровня горизонтального диаметра щита) удаляют.
Горизонтальные и вертикальные перегородки делают из много-
слойных пакетов стальных листов, усиливая их уголками или
швеллерами. Щитовые гидравлические домкраты, развивающие
усилия до 2000—2500 кН каждый, питаются от сети высокого
давления (20—30 МПа). Забойные и платформенные домкраты
усилием по 40—50 кН получают питание от сети среднего давления
(3,5—5 МПа); платформенные домкраты иногда подключают к
сети низкого давления (0,25—0,4 МПа).
Гидравлические насосы, а также необходимую пускорегулиру-
ющую аппаратуру для контроля за давлением жидкости в сети
и за перемещением щита устанавливают на горизонтальных пло-
щадках в пределах опорного кольца.
11 Зак. 104
313
При назначении геометрических размеров щитов учитывают
размеры тоннельной обделки, а также условия передвижения
щитов как на прямых, так и на криволинейных участках трассы.
Высоту ярусов между горизонтальными перегородками устанав-
ливают в пределах 1,7—2 м, а расстояния между вертикальными
перегородками — 1,2—1,9 м. Требуемые усилия щитовых домкра-
тов определяют из условия преодоления всех сопротивлений,
возникающих при передвижении щита.
В последнее время ведутся работы по совершенствованию
конструкций щитовых агрегатов, направленные на создание щи-
тов, перемещающихся независимо от обделки с опиранием в рас-
порные кольца, за счет телескопических оболочек и пр.
Механизированные щиты. Механизированные щиты оснащены
исполнительным рабочим органом, при помощи которого произ-
водится разработка грунта, а в некоторых случаях и крепление
лба забоя, а также грунтозаборными устройствами для удаления
грунта за пределы щита. При этом значительно снижается тру-
доемкость работ, возрастают скорости проходки, обеспечивается
ровный контур выработки, что позволяет применять рациональ-
ные типы обделок (обжатые в грунт, монолитно-прессован-
ные и пр.).
Применяемые в нашей стране и за рубежом механизирован-
ные щиты”предназначены главным образом для проходки, выра-
боток малых и средних размеров: коммунальных, гидротехничес-
ких тоннелей и перегонных тоннелей метрополитена диаметром
до 5,5—6 м. Механизированных щитов для проходки крупных
подземных выработок диаметром 9—10 м сравнительно немного.
Однако тип рабочего огана и принцип действия большинства су-
ществующих механизированных щитов могут быть распростране-
ны и на щиты больших диаметров.
Для проходки подземных выработок в полускальных и скаль-
ных грунтах применяют механизированные щиты с облегченной
конструкцией ножевого и опорного колец, но с усиленным рабо-
чим органом и механизмом привода.
Для проходки тоннелей в скальных грунтах с коэффициентом
крепости f от 2 до 8 в нашей стране создан механизированный
щит ММЩ-1 с роторным рабочим органом (рис. IX. 11,а). На
вращающемся с частотой 0,5—3 мин-1 пятилучевом роторе за-
креплены комбинированные грунторазрушающие инструменты,
состоящие из дисковых шарошек и стержневых резцов. Лезвия
шарошек выступают относительно лезвий резцов так, что креп-
кие грунты разрушаются в основном шарошками, а стержневые
резцы срезают оставшиеся целики грунта. В мягких грунтах
вместо стержневых могут быть установлены пластинчатые рез-
цы. Разработанный грунт подхватывается поворотными подгре-
бающими и неподвижными лопастями и сбрасывается в лоток,
а далее попадает на ленточный транспортер-перегружатель.
В плотных и сухих глинах, суглинках и глинистых сланцах
с коэффициентом крепости f до 2,5—3 успешно применяют меха-
314
низированный щит ПМЩ-5,6 комплекса КТ-5,6. Рабочий орган
щита выполнен в виде четырехлучевого водила со стержневыми
резцами и дисковыми скалывателями (рис. IX.11, б). При вра-
щении водила с частотой 2,93 мин-1 резцы образуют в грунте
концентрические щели глубиной 200—300 мм, а скалыватели раз-
рушают выступы грунта между щелями. Для погрузки разрабо-
танного грунта на ковшовом кольце закреплены 12 ковшей, ко-
торые поднимают грунт в верхнюю часть щита и сбрасывают его
на лоток. Применение таких щитов на строительстве тоннелей
Ленинградского метрополитена позволило добиться скоростей
проходки до 1250 м в месяц.
Для проходки тоннелей в сухих глинах, мергелях и сланцах
с коэффициентом крепости f до 3 предназначен механизирован-
ный щит ЩН-1 с гидравлическим приводом (рис. IX.11, в). Ра-
бочий орган такого щита представляет собой конусообразную
вращающуюся планшайбу с винтовой поверхностью, оснащенную
пластинчатыми и стержневыми резцами, причем при разработке
мягких грунтов используются пластинчатые, а более крепких
грунтов — стержневые резцы. Рабочий орган может перемещать-
ся поступательно независимо от щита на 400 мм. Грунт убирается
ковшами и выгружается на скребковый транспортер через при-
емные «окна». Наличие гидропривода позволяет легко регули-
ровать вращение планшайбы и поступательное движение рабо-
чего органа, обеспечивает значительное усилие подачи и крутя-
щий момент.
Для проходки тоннелей в слоистых и смешанных грунтах
созданы механизированные щиты со стреловыми рабочими орга-
нами избирательного действия. В неоднородных песчаных грунтах
с включениями суглинков и глин наиболее эффективны щиты с
экскаваторным рабочим органом. В зависимости от размеров
щита в нем размещают один или несколько экскаваторных ков-
шей активного действия на телескопических или шарнирно-скла-
дываюшихся рычажных стрелах. Последние крепятся на специ-
альных рамах или на горизонтальных перегородках в пределах
опорного кольца щита. Разработку грунта ковшами можно про-
изводить с предварительным рыхлением его гидро- или пневмо-
ударниками, временно закрепленными на стрелах. Для обеспе-
чения устойчивости кровли и лба забоя используют горизонталь-
ные полки, выдвижные козырьки, поворотно-подвесные плиты
и пр. В СССР создано два типа экскаваторных щитов: ЩНЭ-1 и
ЩНЭ-2 с одним и двумя стреловыми телескопическими рабочи-
ми органами (рис. IX.12, а). Ковши могут подниматься, опус-
каться, выдвигаться на 1,6 м и поворачиваться вокруг своей
оси. Разработанный грунт поступает на наклонный транспортер
и удаляется за пределы щита.
В нарушенных скальных грунтах с коэффициентом крепости f
до 5 находят применение механизированные щиты с фрезерую-
щим рабочим органом по типу рабочего органа стреловых ТПМ
(см. гл. IX., § 26). Например, при проходке автодорожного тон-
11* Зак. 104
315
Рнс. IX.И. Схемы механизированных щнтов с рабочим органом роторного действия (а — в)
пятилучевой ритор; 2 — дисковые шарошки; 3 — поворотные лопасти; 4 — неподвижные лопасти; 5 — стержневые резцы- 6 — окоитуривающие
юшки; 7 — водило; 8 -ковшовое кольцо; 9 — погрузочные ковши; 10— скалыватели; //—резцедержатели; 12 — копир-резец; 13— резцовые ок-
на; 14 — конусный ротор; 15 — корпус щита; 16 — привод; /7 — транспортер
316
Рис. IX.12. Схемы механизированных щи-
гов с рабочим органом избирательного
действия (а, б)
1 — выдвижной козырек; 2 — экскаватор-
ный рабочий орган; 3 — корпус щита; 4 —
распределительное кольцо; 5—контур об-
делки; 6 — опорная станина; 7 — породо-
погрузчик; 8 — горизонтальные перегород-
ки; 9 — место оператора; 10 — пульт уп-
равления; 11 — вертикальная перегородка;
12 — фрезерующий рабочий орган; 13 —
наклонный транспортер
Рис. IX.13. Схема (а) и последовательность перемещения (б) ш&ндориого щита
/ — головные шандоры; 2 — корпус щита; 3 — хвостовые шандоры; 4 — домкраты; 5 — опор-
ные шандоры; 6 — платформа; 7 — площадки
неля в Швейцарии применили механизированный щит диаметром
11,46 м с рабочим органом избирательного действия из четырех
фрезерующих коронок, закрепленных на телескопических стре-
лах (рис. IX. 12,6). Траектории движения фрезерующих коронок
обеспечивают разработку грунта по всей плоскости забоя. При
помощи мощного ковшового погрузчика на телескопической стре-
317
ле, работающего по принципу обратной лопаты, грунт подается
на наклонный скребковый транспортер.
В настоящее время в нашей стране и за рубежом создаются
механизированные щиты со сменным экскаваторно-фрезерным
рабочим органом, что значительно расширит область применения
механизированной щитовой проходки. Сменными рабочими орга-
нами избирательного действия оснащают также шандорные щиты
кругового или сводчатого очертания. Наружная оболочка таких
щитов состоит из отдельных полос-шандор коробчатого попереч-
ного сечения, автономно выдвигаемых гидравлическими домкра-
тами, закрепленными на корпусе щита (рис. IX.13). Щит пере-
мещается без упора в обделку поочередным выдвижением шан-
дор и подтягиванием корпуса обратным ходом всех домкратов.
В нашей стране разработана конструкция шандорного полу-
щита ППШ-1 с двумя сменными стреловыми рабочими органами
для проходки в сильно трещиноватых слабоустойчивых грунтах
с коэффициентом крепости f=l,5—4. Такие щиты позволяют
возводить любые обделки как из сборного, так и из монолитного
бетона и железобетона.
Для проходки тоннелей в несвязных грунтах естественной
влажности успешно применяют щиты с горизонтальными рассе-
кающими полками, несколько выдвинутыми за ножевое кольцо
и располагающимися по высоте через 0,8—1,2 м. Таким образом,
забой разделяется на ряд ярусов, в каждом из которых грунт
откладывается на полках под углом естественного откоса, обес-
печивая тем самым устойчивость забоя без устройства принуди-
тельного крепления (рис. IX. 14). Режущие кромки рассекающих
полок имеют заострение под углом 45°, что уменьшает сопротив-
ление при продвижении щита. В пределах рабочих ячеек уста-
новлены челюстные рыхлители грейферного типа, которые могут
перемещаться по всей ширине и высоте ячейки и разрабатывают
грунт, сбрасывая его в нижнюю часть щита. Для регулирования
объема разрабатываемого грунта в хвостовой части рассекаю-
щих полок закрепляют дозирующие устройства, которые могут
поворачиваться в вертикальной плоскости, изменяя длину рассе-
кающей полки в соответствии со степенью подвижности грунтов.
Разработанный грунт перегружается специальным уборочным
устройством или погрузочной машиной с нагребающими рычага-
ми на транспортер или в вагонетки.
В настоящее время ведутся работы по совершенствованию
конструкций таких щитов. В частности, предполагается создание
автономных рассекающих полок, выдвижение которых может
производиться независимо, а также системы рассекающих полок,
выдвигаемых одновременно и независимо от перемещения щита.
Это позволит значительно уменьшить усилия щитовых домкратов
и снизить их воздействие на конструкцию обделки.
Для проходки подземных выработок в несвязных водонасы-
щенных грунтах разработаны различные системы механизирован-
ных щитов, обеспечивающих наряду с разработкой грунта креп-
318
б) 2	9/0
Рис. IX.15. Схемы механизирован-
ных щитов с пригрузочиыми ка-
мерами (а — в)
1 — лобовые диафрагмы; 2 — при-
забойная пригрузочная камера;
3 — секторные затворы; 4 — гидро-
размывочные устройства; 5 — гид-
роэлеваторы; 6 — трубопровод для
подачи воды; 7 — трубопровод для
удаления пульпы; 8 — приемный
бункер; 9 — регулирующий клапан;
/0 — уплотнение строительного за-
зора; И — насос для выдачи пуль-
пы; 12 — подающий иасос; 13 —
побудитель; 14 — отстойник; 15 —
диафрагма; 16—-режущий орган;
17 — привод режущего органа; 18—
шнековый конвейер; 19 — привод
шнекового конвейера; 20—емкость
для пульпы
319
ление лба забоя. В нашей стране разработан герметический
щитовой агрегат (конструкции ЦНИИС), при помощи которого
можно будет вести проходку в условиях повышенного гидроста-
тического давления до 0,4 МПа и более (рис. IX. 15, а). В забой-
ной части такого щита, разделенной на несколько ярусов, устро-
ены рабочие камеры с наклонными лобовыми диафрагмами, на
которых установлены гидроразмывочные устройства-насадки. В
пределах опорной части щита располагаются приемные камеры,
которые сообщаются с рабочими камерами через горловины, пе-
рекрываемые секторными затворами. В приемные камеры под
давлением подается вода, выполняющая роль пригруза, уравно-
вешивающего действующее в забое гидростатическое давление.
За счет этого грунт в забое откладывается на горизонтальных
полках в виде осыпей, ограниченных сверху наклонными лобовыми
перегородками-диафрагмами.
Для проходки в неустойчивых водонасыщенных грунтах соз-
даны механизированные щиты, с призабойной кессонной камерой,
в которую под давлением подают сжатый воздух. Грунт разра-
батывают исполнительным органом, выдавая его за пределы
кессонной камеры по транспортеру, заключенному в герметичес-
кий кожух. В ряде случаев применяется система конвейерного
автоматического шлюзования грунта. Основной недостаток таких
щитов связан с невозможностью полного уравновешивания гид-
ростатического давления давлением сжатого воздуха, что созда-
ет опасность прорыва воды в забой. В связи с этим такие щиты
не гарантируют в полной мере безопасность ведения работ и безо-
пасность проходки. Более перспективными следует считать меха-
низированные щиты с призабойной камерой, заполненной под
давлением бентонитовой суспензией. В отличие от щитов с кес-
сонной камерой в таких щитах практически исключается возмож-
ность прорыва воды в забой. Щиты оснащены рабочим органом
роторного типа, вращающимся с переменной скоростью, что
позволяет регулировать объем разрабатываемого грунта
(рис. IX. 15, б).
Призабойная зона отделена от остальной части щита сплош-
ной стальной диафрагмой. За диафрагму подают под давлением
бентонитовую суспензию, которая проникает в грунт и образует
на его поверхности плотную пленку, удерживающую забой от
обрушения. Разработанный грунт перемешивается с бентонитовой
суспензией побудителями механического действия и поступает че-
рез дозирующее «окно» в диафрагме в приемную камеру, осна-
щенную затворами клапанного типа, а далее откачивается по
трубопроводу на поверхность земли, в отстойник. Здесь песок,
глинистый раствор и гравий разделяются, а после очистки бенто-
нитовая суспензия вновь перекачивается в призабойную камеру.
В связных глинистых и илистых грунтах с низкой степенью
водопроницаемости применяют механизированные щиты с грун-
товой пригрузкой, которая создается в призабойной камере за счет
уплотнения разрабатываемого грунта. Щиты оснащаются рабо-
320
чим органом роторного типа и сплошной диафрагмой, отделяю-
щей призабойную камеру от остальной части щита
(рис. IX.15, в). Через отверстие в диафрагме пропущен шнековый
погрузчик-конвейер, по которому грунт удаляется из призабой-
ной камеры и перегружается на ленточный конвейер. В водо-
проницаемых песчаных и гравелистых грунтах для предотвраще-
ния прорыва воды в тоннель в призабойной камере дополнитель-
но создают гидравлическую пригрузку. В этом случае грунт
шнековым погрузчиком перегружается в специальную емкость,
в которой гравий отделяется, а пульпа удаляется по трубопрово-
ду. Контроль за работой щита и всех вспомогательных устройств
осуществляется автоматически по показаниям датчиков, в соот-
ветствии с которыми устанавливается оптимальный режим ра-
боты щита (скорость вращения рабочего органа, подача его на
забой) и шнекового погрузчика, а также обеспечивается баланс
разрабатываемого и удаляемого грунта и поддержание необхо-
димого давления в пригрузочной камере.
Таким образом, современные механизированные щиты позволя-
ют вести проходку тоннелей в разнообразных инженерно-геологи-
ческих условиях. Основным их недостатком является ограничен-
ная область применения каждого отдельного агрегата. В связи с
этим дальнейшее совершенствование механизированных щитов ве-
дется в направлении их большей универсальности, что может
быть достигнуто применением сменных рабочих органов для раз-
работки различных грунтов или комбинированного рабочего орга-
на, состоящего из нескольких элементов, каждый из которых
включается в работу при проходке в определенных грунтах.
Технология щитовой проходки. Работам по щитовой проходке
тоннеля предшествует монтаж щитов и оснащение их необходимым
оборудованием. В зависимости от вида подземного сооружения,
глубины его заложения и инженерно-геологических условий щиты
могут быть собраны непосредственно у порталов тоннеля, в от-
крытых выемках или котлованах, опущены целиком через шахт-
ный ствол или внутри камеры кессона-тоннеля, либо смонтирова-
ны в специальных подземных камерах.
Технология щитовой проходки зависит главным образом от ти-
па щитов, свойств пересекаемых грунтов и вида обделки. При
проходке немеханизированными щитами разработку, погрузку и
транспортирование грунта производят так же, как при горном спо-
собе работ с применением стандартного горно-проходческого обо-
рудования (бурильные молотки, погрузочные машины, вагонетки,
электровозы и пр.).
С наибольшими трудностями связаны работы по проходке тон-
нелей немеханизированными щитами в несвязных водонасыщен-
ных грунтах. В этом случае для обеспечения устойчивости грунто-
вого массива применяют сжатый воздух или специальные спосо-
бы осушения или закрепления грунтов: искусственное водопониже-
ние, замораживание или химическое закрепление. При проходке
под сжатым воздухом происходит отжатие воды из пор грунта и
321
A-A
Рис. IX.16. Схема щитовой проходки под сжатым воздухом
1— шлюзовая перегородка; 2 — людской шлюз; 3 — аварийный
помост; 4— лестница; 5 — шлюз с экраном; 6—тюбингоуклад-
чик; 7 — щит; 8— материальный шлюз; 9— аварийный шлюз;
10 — шлюз-труба; // — сифонная труба; /2 — дренажная труба;
13— отверстия для пропуска коммуникаций
частичное осушение пересекаемого массива. Давление сжатого
воздуха определяют из условия уравновешивания гидростатичес-
кого давления в забое щита и принимают равным:
Рсж= 1/10// + 1/15 ощ,	(IX.3)
где Н -а глубина заложении тоннеля относительно горизонта грунтовых или
поверхностных вод, м; £>щ — диаметр щита, м.
При такой величине давления сжатого воздуха происходит не-
которое подтопление в нижней части забоя, поэтому в ножевом
кольце щита на высоту 1/ЗОщ устанавливают стальную диафрагму.
В процессе проходки зону повышенного давления отделяют от
остальной части тоннеля сплошной воздухонепроницаемой шлю-
зовой перегородкой, в которой устраивают шлюзы с герметически
закрываемыми дверями для прохода людей, выдачи разработанно-
го грунта и подачи материалов (рис. IX. 16). Шлюзовые перего-
родки выполняют из железобетона или стали и переносят вперед
после каждого продвижения забоя на 250—300 м.
В тоннелях больших диаметров устраивают четыре шлюза:
два в верхней части для шлюзования и вышлюзовывания людей и
два в нижней части для пропуска грунта и материалов. Один из
людских шлюзов используют только в аварийных ситуациях и
снабжают прикамерком для ведения маркшейдерских работ. Для
подачи длинномерных материалов предусмотрен шлюз-труба диа-
метром до 0,5 м. Кроме того, через шлюзовую перегородку про-
пускают кабели, трубопроводы и другие коммуникации, обеспечи-
вающие подачу в зону сжатого воздуха воды, электроэнергии и
пр. Сжатый воздух подается за шлюзовую перегородку от уста-
новленных на стройплощадке компрессоров.
Работы в зоне сжатого воздуха ведутся так же, как в обычных
условиях, со строгим соблюдением правил техники безопасности.
Это касается порядка шлюзования и вышлюзовывания людей,
322
времени пребывания их в зоне сжатого воздуха, запрещения га-
зовой и ограничения электрической сварки, необходимости иметь
аварийный запас материалов (мешки с песком, доски и т. п.) и
средства пожаротушения, В целях безопасности людей в случае
внезапного прорыва воды с грунтом в забой устраивают аварий-
ный помост с лестницами, соединенный с аварийным шлюзом,
дверь которого всегда открыта в сторону повышенного давления.
На расстоянии 30—35 м от забоя на аварийном помосте устанав-
ливают предохранительный стальной экран и шлюз на 2—4 чел.
Щитовая проходка под сжатым воздухом характеризуется тяже-
лыми условиями кессонного режима и может применяться при дав-
лении сжатого воздуха не более 0,35 МПа,
При проходке тоннелей как немеханизированными, так и меха-
низированными щитами основные горно-проходческие операции
должны быть увязаны между собой во времени и по возможности
механизированы.
В нашей стране успешно применяют проходческие щитовые
комплексы KTl-5,6; ТЩБ-2, ТЩБ-3, КМ-19, КТ-5,6Б2 и др. для
сооружения тоннелей в различных инженерно-геологических усло-
виях, включающие щитовой агрегат и оборудование для выполне-
ния всех видов горно-проходческих, монтажных, гидроизоляцион-
ных и вспомогательных работ. Уровень механизации щитовых ком-
плексов достигает 90—95%, а скорости проходки тоннелей диа-
метром 5—6 м составляют 300—400 м/мес и более.
Весьма эффективным является модульный принцип создания
щитовых комплексов из унифицированных, серийно выпускаемых
промышленностью агрегатов-модулей. Применение определенного
набора модулей в каждом конкретном случае повышает надеж-
ность и эффективность их использования, обеспечивает быструю
замену вышедших из строя агрегатов, расширяет область их при-
менения.
Технологические схемы механизации щитовых работ (рис. IX.
17) отличаются главным образом способами разработки грунта и
крепления кровли и лба забоя. Все остальные операции по погруз-
ке и транспортированию грунта, по возведению и гидроизоляции
обделки могут выполняться аналогичным образом. Разработанный
в забое щита грунт поступает на магистральный транспортер-пе-
регружатель, состоящий из наклонной и горизонтальной частей и
закрепленный на стальном мосту. Фермы моста могут быть подвеше-
ны к кольцам обделки, опираться на подвижные опоры или на сколь-
зящий помост. Длина магистрального транспортера должна быть
достаточной для размещения под ним состава вагонеток. В конце
транспортера помещается бункер с двумя шиберными затворами,
что позволяет выгружать грунт в вагонетки, находящиеся на лю-
бом из откаточных путей. На мосту закреплены толкатели ниж-
него или верхнего действия, при помощи которых можно переме-
щать отдельные вагонетки, тележки с блоками, пневмобетоноук-
ладчики и т. п.
Для более четкой организации горно-проходческих работ обо-
323
Рис. IX.17. Щитовые технологические комплексы (а — б)
/ — механизированный щит; 2 — блокоукладчпк; 3— магистральный транспортер; 4 —тельфер; 5 — вентиляционная труба; 6 — опора транспор-
тера; 7 — бункер; 8 — электровоз; Р —контактный провод; Ю— вагонетки: 11— блоковозки; 12 — технологическая платформа; 13 — растворонагне-
татель; 14 — кабельный барабан; /5 — автосамосвал; /6 — автомашина для перевозки блоков;/7 — блоки проезжей части; 18 — транспортер-пере-
гружатель; 19 — челночный транспортер
324
рудование для погрузки и транспортирования грунта (магистраль-
ный транспортер, погрузочная машина, часть откаточных путей,
вагонетки и т. п.), а также оборудование для монтажа и гидро-
изоляции обделки помещается на технологической платформе-по-
мосте, который соединяется со щитом и перемещается при его пере-
движке. При щитовой проходке автодорожных тоннелей может ока-
заться целесообразным совмещение горно-проходческих операций и
монтажа обделки с устройством проезжей части (рис. IX. 17, б). В
этом случае откатку разработанного грунта и подачу блоков об-
делки производят автотранспортом по готовой проезжей части. Та-
кая технологическая схема исключает необходимость устройства
временных откаточных путей и способствует повышению темпов
строительства тоннеля.
В процессе проходки производится контроль за ведением щита
по трассе тоннеля (после каждой передвижки). Для этого исполь-
зуют различные геодезические приборы и инструменты, установ-
ленные на тележке блокоукладчика или непосредственно на щите.
В настоящее время для контроля за положением механизирован-
ных щитов используют системы со световыми источниками: при-
меняют модулированный световой или лазерный луч. Лазерные
приборы используют при ведении щита в комплексе с автомати-
ческими устройствами и системами, оснащенными ЭВМ, и обес-
печивающими управление движением щитового комплекса. В нашей
стране разработана и внедрена система автоматического контро-
ля (САК) за положением проходческих щитов. При отклонении
щита от проектного положения его выравнивают путем включе-
ния определенной группы щитовых домкратов с одновременным
торможением противоположной стороны щита за счет недобора
грунта и установки распорок.
Монтаж сборных обделок при щитовой проходке производят
при помощи специальных агрегатов — тюбинго- и блокоукладчи-
ков. Они могут иметь электрический, пневматический, гидравли-
ческий или комбинированный привод и размещаться непосредст-
венно на щите или на специальной тележке.
По принципу действия различают укладчики рычажного, ду-
гового (кольцевого) и кассетного типа. Укладчики рычажного типа
состоят из телескопического рычага с выдвижной балкой, кото-
рый может поворачиваться вокруг центральной оси щита (рис.
IX.18,а). На конце рычага закреплен противовес, а на балке —
захват для крепления к блоку или тюбингу.
При проходке тоннелей механизированными щитами совмеще-
ние погрузочных и монтажных операций достигается за счет ис-
пользования рычажных укладчиков с полым валом, через который
пропускают конвейер для выдачи разработанного грунта за пре-
делы щита. Применяют двурукие укладчики с полым валом, раз-
мещенные на тележке с роликовыми опорами (рис. IX. 18, б), а
также укладчики балочного типа с рычагом П-образной формы.
Монтаж обделок рычажными укладчиками производят снизу
вверх. Очередной блок закрепляют на выдвижной балке, поднима-
Рис. IX.18. Схемы тюбинго- и блокоукладчиков
О- — рычажный; б — с полым валом; в — кольце-
вой; г — конвейерный; д — кассетный; /--тележ-
ка; 2 —- рычаг укладчика; 3 — противовес; 4 —
выдвижная балка с захватом; 5 — механизм при-
вода; 6 — кронштейны; 7 — опоры; 8 — полый
вал; 9 — транспортер; 10 — направляющая дуга
(кольцо); 11— подвижная каретка; 12 — захват;
13—-домкрат; 14 — оболочка щита; 15— направ-
ляющие роликоопоры; 16 — клиновой упор; /7 —
проталкивающий механизм; 18 — откидной упор
ют вверх и переносят вращением рычага к месту укладки. Окон-
чательную установку блока производят выдвижением балки в ра-
диальном направлении.
У кладчики дугового (кольцевого) типа имеют в своем составе
направляющую дугу (кольцо) из изогнутых двутавровых или
швеллерных балок, покрытых стальными листами. Дуга размеща-
326
ется в пределах хвостовой оболочки щита на подхватах, закреп-
ленных на тележке или на опорном кольце щита. При помощи ле-
бедок блоки поочередно затаскиваются на направляющую дугу и
перемещаются по ней в нужное положение, где закрепляются
выдвижными фиксаторами.
В кольцевых укладчиках по направляющему кольцу может пе-
ремещаться каретка с захватом, на которой , закреплен монтируе-
мый блок (рис. IX. 18,в). С помощью радиального домкрата блок
устанавливается в проектное положение.
При скоростной проходке тоннелей в нашей стране применяют
кольцевой конвейерный укладчик, состоящий из разомкнутого
внизу направляющего шарнирного кольца с откидными упорами
для удержания блоков во время монтажа (рис. IX.18,г). При по-
мощи проталкивающих механизмов с захватами блоки перемещают
по направляющему кольцу, покрытому в верхней части ролико-
выми опорами, до соединения в замковом сечении. Затем направ-
ляющее кольцо раздвигают гидравлическими домкратами, прижи-
327
мая обделку к оболочке щита, а после передвижки щита произво-
дят обжатие обделки в грунт.
Укладчики дугового и кольцевого типа позволяют монтировать
тяжелые блоки массой до 5—6 т, не требуют постановки допол-
нительных поддерживающих приспособлений, дают возможность
совмещать монтаж обделки с разработкой грунта и выдачей его
за пределы щита.
В настоящее время создаются новые укладчики кассетного ти-
па для обычных и обжатых в грунт обделок. Кассетный укладчик
состоит из двух колец: неподвижного, соединенного со щитом
гидравлическими домкратами, и вращающегося (кассеты) с вы-
движными балками, число которых соответствует числу блоков в
кольце обделки (рис. IX. 18,г). Блоки обделки поочередно уклады-
ваются на выдвижные балки и переносятся вращающейся кассе-
той в проектное положение с последующим обжатием стыков.
Для возведения монолитно-прессованных обделок применяют
комплект оборудования, состоящий из шарнирно-складывающейся
опалубки, перестановщика опалубки на специальной тележке, бе-
тоноукладочных установок, прессующего и распорного колец и т.п.
(рис. IX. 1.9).
В зависимости от крепости и степени устойчивости грунта при-
меняют различные технологические схемы проходки тоннелей с
возведением монолитно-прессованной обделки. В нашей стране
разработаны специальные щитовые комплексы типа ТЩБ с раз-
личными способами прессования бетонной смеси. При проходке в
песчаных, песчано-глинистых и мягких глинистых грунтах прессо-
вание бетонной смеси производят на участке хвостовой оболочки
щита (см. узел 1 на рис. IX.19). После установки очередной сек-
ции опалубки через прессующее кольцо по бетонопроводу уклады-
вают бетонную смесь. Прессование бетонной смеси производят щи-
товыми домкратами под давлением 2—4 МПа при передвижке
щита, причем при сходе оболочки щита с обделки выполняют пе-
репрессование бетонной смеси для заполнения образовавшегося
зазора.
При проходке в скальных грунтах механизированными щитами
может быть принята иная технология работ. В этом случае бетон-
ную смесь укладывают непосредственно на грунт и прессуют за-
ходками по 35, 35 и 30 см при неподвижном щите. Чтобы не по-
вредить при этом рабочий орган щита, корпус его упирают в забой
специально установленными гидравлическими домкратами, распо-
ложенными соосно со щитовыми домкратами. Однако при таком
способе нельзя обеспечить одновременное и независимое переме-
щение щита и возведение обделки.
В процессе проходки тоннелей щитовым способом выполняют
работы по нагнетанию и гидроизоляции обделки. Своевременное
заполнение зазора между обделкой и грунтом способствует пре-
дотвращению осадок вышележащего грунтового массива, обеспе-
чивает совместную работу обделки с окружающим грунтом.
Контрольное нагнетание цементного молока за чугунную об-
328
329
делку производят до чеканки швов, а за железобетонную обделку
после чеканки, на расстоянии не менее 25 и не более 55 мм от за-
боя. За обделку из монолитно-прессованного бетона производят
только контрольное нагнетание. Оборудование для нагнетания:
растворонасосы пневматического действия, плунжерные насосы,
гравиенагнетатели устанавливают на технологической платформе,
на тележке блокоукладчика, бетоноукладочной установке или на
специальных передвижных тележках.
Гидроизоляцию сборных обделок осуществляют путем чеканки
швов между блоками или тюбингами составами ВРЦ или БУС, а
также заполнением швов герметиками на основе полимерных смол
(см. гл. IV, §15). Обычно работы по чеканке швов железобетон-
ных обделок начинают через двое суток после завершения конт-
рольного нагнетания. Чеканку производят с применением чека-
ночных молотков, а герметики наносят специальными механичес-
кими устройствами — герметизаторами. Работы по гидроизоляции
производят с подмостей или тележек, которые перемещаются по
кронштейнам, закрепленным на кольцах обделки.
При щитовой проходке тоннелей, так же как и при горном
способе, устраивают искусственную вентиляцию, освещение я водо-
отлив.
§ 28. СПОСОБ ПРОДАВЛИВАНИЯ
Сущность и область применения способа. Во многих случаях го-
родские автотранспортные и пешеходные тоннели залегают на
незначительной глубине от поверхности земли и проходят в непос-
редственной близости или под существующими зданиями, автомо-
бильными или железнодорожными магистралями, дамбами, река-
ми, каналами и т. п. Строительство таких тоннелей на участке
пересечения искусственных или естественных препятствий откры-
тым способом требует устройства временных объездов или по-
этапного ведения работ с предварительным переустройством
различных подземных коммуникаций. Использование горного или
щитового способов работ сопряжено с неизбежными сдвижения-
ми и деформациями грунтового массива и нарушениями движения
транспорта по пересекаемой магистрали. Кроме того, применять
щитовой способ на сравнительно коротких участках длиной до
100—150 м неэффективно.
В этих условиях оказывается целесообразным и эффективным
применение способа продавливания тоннельных конструкций.
Сущность этого способа заключается в том, что отдельные эле-
менты тоннеля в виде колец или прямоугольных секций продав-
ливают в грунте домкратной установкой, расположенной на по-
верхности земли или в специальном «забойном» котловане (шах-
те). Головное звено обделки оснащено ножевым устройством,
под защитой которого разрабатывают грунт, выдавая его по го-
товой части тоннеля на поверхность земли (рис. IX.20). Тоннель-
ные секции прямоугольного очертания покрывают снаружи окле-
330
Рис. IX.20. Схемы продавливания тоннеля
под насыпью железной дороги (о, в) и
под рекой (б)
/ — забойный котлован; 2— упор; 3 — дом-
краты; 4 — распределительный элемент;
5— секции обделки; 6 — ножевая часть;
7 — забойная шахта; 8 — грунтовая об-
сыпка
ечной гидроизоляцией, а стыки между элементами герметизиру-
ют в процессе производства работ постановкой упругих прокладок-
уплотнителей с последующей запеканкой швов. При
залегании в основании тоннеля прочных грунтов или при пред-
варительном их уплотнении вместо замкнутых секций возможно
продавливание незамкнутых снизу П-образных элементов, что
существенно облегчает процесс производства работ. В большин-
стве случаев тоннели продавливают через насыпи, сложенные
уплотненными и осушенными несвязными грунтами. Можно
продавливать тоннельные секции и через слабые водонасыщенные
грунты, предварительно осушенные водопонижением или закреп-
ленные химическим способом. В отдельных случаях при проходке
под реками и каналами можно вести продавливание под сжатым
воздухом.
Способ продавливания впервые был применен в Советском
Союзе для прокладки трубопроводов и коллекторных тоннелей
под различными искусственными и естественными препятствиями.
В последние годы этот способ применяют при строительстве
пешеходных и транспортных тоннелей в тех случаях, когда при-
менение других способов работ нецелесообразно или практически
невозможно.
В нашей стране накоплен значительный опыт продавливания
тоннелей различного назначения. В последние годы этим спосо-
бом построены два автотранспортных тоннеля длиной по 150 м
под железной дорогой, а также пешеходные тоннели в районе
станций метрополитена «Беговая», «Ботанический сад», «Варшав-
ская» и «Тушинская» в Москве. Обычно продавливают тоннели
небольшой длины, однако, как показывает практика строитель-
ства, можно продавливать тоннели длиной до 300—400 м и более.
Известны случаи продавливания автотранспортных тоннелей пря-
моугольного поперечного сечения размерами 38X12,5 м и длиной
до 2 км. Указанным способом можно вести строительные работы
без нарушения движения по пересекаемой магистрали при мини-
331
мальных осадках дневной поверхности. При этом достигается
высокая степень индустриализации работ за счет применения
тоннельных элементов заводской готовности. Кроме того, значи-
тельно снижается трудоемкость работ и повышаются темпы стро-
ительства.
Необходимое усилие продавливания Р, которое должна раз-
вивать домкратная установка, определяют из условия преодоле-
ния сопротивления трению по наружной поверхности тоннельных
секций и лобового сопротивления вдавливанию ножевой части в
грунт
P = k„ {[2 (pB+qH)+g] Lp+ns},	(IX.4)
где ka— коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2; р и q— верти-
кальное и боковое давление грунта; В и Н — ширина и высота прямоугольной
тоннельной секции (для секций кругового сечения диаметром D, вместо В и И
следует подставлять величину D); g— вес 1 м длины тоннеля; L — максималь-
ная длина продавливания; ц— коэффициент трения между грунтом и тоннель-
ными секциями; П — периметр ножевой части; s — удельное усилие врезания
ножевой части на 1 м длины его периметра (определяется по данным экспери-
ментов).
Технология работ. В зависимости от длины тоннеля, размеров
его поперечного сечения, глубины заложения и свойств пересека-
емых грунтов применяют различные технологические схемы про-
давливания.
Если глубина заложения тоннеля не превышает 3—5 м, устра-
ивают «забойный» котлован (рис. IX.20,а), а при глубоком за-
ложении продавливание ведут из шахтных стволов (рис. IX.20, б).
В ряде случаев работы по продавливанию выполняют в уровне
земли перед пересекаемым препятствием (рис. IX.20, в).
«Забойные» шахты и котлованы чаще всего имеют прямо-
угольное очертание в плане и размеры, достаточные для размеще-
ния секции тоннеля и необходимого для продавливания оборудо-
вания.
В ограждении котлована или шахты со стороны пересекаемого
препятствия устраивают проем, размеры которого должны не-
сколько превышать размеры поперечного сечения тоннеля. На
противоположной стенке котлована или шахты устраивают мас-
сивный железобетонный упор, воспринимающий и передающий
на грунт усилия гидравлических домкратов. На упорной стенке
закрепляют обойму гидравлических домкратов, размещенных
равномерно по периметру тоннельной секции (рис. IX.21).
Готовые секции обделки поочередно опускают в котлован
или шахту краном, расположенным на поверхности земли. Этим
же краном подают в сооружаемый тоннель элементы крепи,
необходимые материалы и оборудование и выдают вагонетки
или контейнеры с разработанным грунтом.
Опущенную на дно котлована тоннельную секцию проталки-
вают в грунт гидравлическими домкратами на величину заходки,
равную ширине секции. Таким образом, ход штоков гидравли-
ческих домкратов должен быть равен длине заходки.
332
Рис. IX.21. Технологическая схема продавливания тоннеля
/ — автосамосвал; 2 — бункер; 3 — контейнер с грунтом; 4— автокран; 5 — тоннельная
секция; £ —забойный котлован; 7 — ножевая часть; 8 — тоннелепроходческая машина; 9 —
распределительная рама; 10— домкратная установка; 11—упор; 12 — крепь котлована
Рис. IX.22. Схема продавливания тоннельных секций с применением антифрикционных лент
о--с одиночными лентами; б— с двойными лентами; / — ножевая часть; 2 — свая; 3—’за-
крепление ленты; 4—распределительная рама; 5 — гидравлический домкрат; 6 — барабан
с навитой лентой; 7 — секции тоннеля; 8—барабан со страховочной лентой; 9 — забойный
котлован
Для равномерной передачи усилий на обделку между штока-
ми домкратов и торцевой поверхностью секции помещают рас-
пределительный элемент в виде кольца или прямоугольной ра-
мы, выполненных из стальных прокатных профилей, или из же-
лезобетона. После продавливания очередной секции обделки
штоки домкратов возвращают в исходное положение, освобож-
дая место для установки следующей секции обделки.
Головное звено тоннеля скреплено с ножевым устройством
(по типу ножевой части проходческого щита), предотвращающим
обрушение грунта в забое и подрезающим контур выработки.
Конструкция и размеры ножевой части определяются главным
образом свойствами грунтов. Соединение ножевой части с голов-
ным звеном обделки может быть жестким или податливым, что
333
дает возможность некоторого перемещения ножа как в горизон-
тальной, так и в вертикальной плоскости для корректировки
направления продавливания.
Под защитой ножевой части производят разработку грунта.
При этом в зависимости от вида грунтов их разрабатывают
вручную, механизированными инструментами или специализи-
рованными агрегатами типа тоннелепроходческих машин изби-
рательного действия. Разработанный грунт выгружают на конвей-
ер или в вагонетки и доставляют в «забойный» котлован или
шахту, откуда контейнеры с грунтом поднимают краном на по-
верхность земли и разгружают в бункер или непосредственно в
автосамосвалы.
По мере продавливания усилия домкратной установки не-
прерывно возрастают, что ограничивает длину участка продав-
ливания. Увеличение длины продавливания возможно путем сни-
жения сил трения по наружной поверхности тоннельных секций,
что достигается различными средствами. В ряде случаев оказы-
вается целесообразным применение упругих мембран в виде по-
лиэтиленовых, стальных или алюминиевых листов, помещаемых
между грунтом и перекрытием (а иногда и стенками) тоннельных
секций. В нашей стране при продавливании прямоугольных сек-
ций по их наружной поверхности пропустили полосы из дюралю-
миния шириной до 1,4 м и толщиной 2 мм. По мере продавлива-
ния секции- навитые на барабан полосы раскручивались и соз-
давали сплошное покрытие секций, заменяя трение бетона по
грунту трением металла по грунту (рис. IX.22,а). На случай
обрыва одной из полос могут быть предусмотрены страховочные
ленты, помещаемые над рабочими полосами (рис. IX.22, б).
Уменьшение сопротивления продавливанию достигается, также
нагнетанием за секции (изнутри тоннеля или через скважины с
поверхности земли) под давлением 0,3—0,5 МПа различных ма-
ловязких составов, чаще всего бентонитовой суспензии, что спо-
собствует снижению сил трения на 30—100% и уменьшению
деформаций грунтового массива и поверхности земли. Однако в
крупнозернистых неустойчивых грунтах, а также при наличии
крупных пустот за обделкой нагнетание бентонитовой суспензии
оказывается малоэффективным.
Более радикальным средством, позволяющим значительно
увеличить длину продавливания, является применение промежу-
точных домкратных установок. Каждая такая установка состо-
ит из стальной оболочки, форма и размеры которой соответству-
ют форме и размерам тоннельных секций, и обоймы домкратов,
расположенных по ее периметру. Установку включают в состав
секций обделки и после того, как усилия забойных домкратов
оказываются реализованными на ~90%, используют промежуточ-
ные домкраты (рис. IX.23). Усилиями этих домкратов продавли-
ваются на длину очередной захватки все находящиеся перед
промежуточной установкой секции. После этого забойная установ-
ка проталкивает вперед остальные секции вместе с промежуточ-
334
Рис. 1Х.23. Этапы подавли-
ванмя тоннеля с промежу-
точной домкратной установ-
ка
1 — «забойный» котлован;
2 — упор; 3 — основная дом-
кратная установка; 4 — сек-
ция обделки; 5 — ножевая
часть; б — промежуточная
домкратная установка
лы продавливания тоннеля при помощи канатов (а, б)
ис. . . хем сеКцИя. $— скважина; 4— канат; 5 — упор; 6 — траверса; 7
1 кран; z тоннельная нэПРавленне продавливания; 9 — ножевая часть
335
ной установкой и цикл повторяется. Когда головная секция до-
стигает проектного положения, промежуточные домкраты снимают,
а задние секции выталкивают вперед на одну заходку, заполняя
образовавшийся зазор.
В некоторых случаях промежуточные домкратные установки,
так же как и «забойные», могут быть размещены внутри специ-
альных камер, опущенных с поверхности пересекаемого препят-
ствия. Применение нескольких промежуточных домкратных уста-
новок в сочетании с нагнетанием за обделку бентонитовой сус-
пензии позволяет продавливать тоннели практически любой
длины.
При продавливании некоторых тоннелей вместо промежуточ-
ных домкратных установок в стыках между отдельными секция-
ми помещали тороидальные пневмобаллоны диаметром 50—
75 мм из армированной резины, действующие как плоские дом-
краты. Попеременное нагнетание сжатого воздуха в отдельные
баллоны позволяет практически непрерывно перемещать все сек-
ции обделки заходками по 20—25 мм.
При продавливании возникают трудности, связанные с обес-
печением заданного направления тоннеля, особенно при располо-
жении его на криволинейной трассе. Для повышения точности
продавливания тоннелей значительной протяженности из забоя
забуриваю! опережающую скважину или проходят пилот-штоль-
ню. Для продавливания тоннелей на кривой применяют гидрав-
лически управляемую ножевую часть, размещая дополнительные
домкраты между головным звеном обделки и ножом так же,
как в проходческих щитах, что способствует уменьшению лобо-
вого сопротивления. При этом происходит раздельное вдавлива-
ние ножевой части в грунт и последующее проталкивание сек-
ций тоннеля. Между секциями обделки помещают клиновидные
прокладки или применяют секции трапециевидной в плане формы.
Рассмотренная технология продавливания тоннелей из «забой-
ных» шахт или котлованов требует дополнительного заглубления
тоннеля относительно поверхности земли на подходных участках,
что связано с устройством рамп для транспортных и сходов для
пешеходных тоннелей. В то же время продавливание с поверх-
ности земли сопряжено с необходимостью устройства мощных
упоров в виде подпорных стенок или контрфорсов, закрепленных
анкерными оттяжками или усиленных обратной засыпкой из
уплотненного грунта.
В определенных условиях при пересечении насыпей целесооб-
разно применять «протаскивание» тоннельных секций стальными
канатами, пропущенными через заранее пробуренные в теле
насыпи горизонтальные скважины (рис. IX.24, а). С одной сторо-
ны насыпи канаты прикрепляют к ножевой части, а с другой —
к специальной траверсе. Между траверсой и упором на откосе
насыпи устанавливают гидравлические домкраты, усилием кото-
рых постепенно протаскивают секции тоннеля. После очередного
цикла тросы выбирают и перекрепляют их на траверсе, исполь-
336
337
зуя для этого специальные зажимы. Такой прием позволяет от-
казаться от создания «забойных» котлованов или шахт и вести
продавливание на уровне земли. Возможно осуществлять «про-
таскивание» тоннельных секций одновременно с двух сторон пе-
ресекаемого препятствия, закрепляя гидравлические домкраты на
торцах вновь установленных секций (рис. IX.24, б). При этом с
целью сокращения числа перекреплений канатов целесообразно
применять телескопические домкраты с ходом поршня до 2—3 м.
В последние годы с продавливанием отдельных сравни-
тельно коротких тоннельных элементов применяют продавлива-
ние крупных тоннельных секций длиной до 10—15 м и более и
массой порядка 200—400 т. Крупногабаритные секции можно
продавливать с одной или с обеих сторон насыпи навстречу
друг другу.
В этом случае секции изготавливают непосредственно рядом
с насыпью в створе тоннеля на заранее устроенном основании.
Последнее выполняют в виде мощной железобетонной плиты,
заанкеренной в грунт для восприятия реактивных усилий, возни-
кающих при продавливании и имеющей в торце упор для гидрав-
лических домкратов. Учитывая большую массу таких секций,
домкраты упирают только в днище.
Оснащещгые ножом тоннельные секции продавливают в тело
насыпи за один прием. Поскольку ход домкратов значительно
меньше длины продавливания, для передачи усилий на секцию
используют металлические балки.
Продавливание крупных тоннельных секций производили, в
частности, при строительстве двухполосного автотранспортного
тоннеля под станционными железнодорожными путями. Две сек-
ции прямоугольного поперечного сечения шириной 8,3, высотой
3,7 и длиной 21,8 и 18,7 м имели массу порядка 500 т каждая
(рис. IX.25,а). Конструкции их выполнены из монолитного же-
лезобетона с толщиной стен, лотка и перекрытия 45,7 см.
Продавливание вели на глубине 0,9 м от уровня головки
рельсов 12 домкратами, развивающими общее усилие 12 000 кН. Во
время продавливания одной секции железнодорожное движение
по двум ближайшим путям переносили на дальние пути с огра-
ничением скорости движения поездов. В процессе продавливания
за каждую секцию нагнетали бентонитовую суспензию для
уменьшения сил трения. Была достигнута высокая точность про-
давливания секций.
Три железобетонные секции прямоугольного поперечного се-
чения шириной 9,3, высотой 6,9 и длиной 10,8, 16,5 и 18 м про-
давили в месте устройства транспортной развязки (рис. IX.25,б).
Продавливание крупных секций позволяет получить высоко-
качественную конструкцию тоннеля с минимальным количест-
вом швов, значительно сократить сроки строительства, избежать
устройства «забойных» котлованов.
338
§ 29. ПРИМЕНЕНИЕ ЗАЩИТНЫХ ЭКРАНОВ ИЗ ТРУБ
Сущность и область применения способа. В последние годы
в практике тоннелестроения широко применяют экраны из труб, ко-
торые устраивают в качестве временной крепи по контуру буду-
щего тоннеля. Стальные, железобетонные или асбоцементные
трубы диаметром от 85 до 2500 мм и длиной до 30—40 м и более
залавливают в грунт или проталкивают в пробуренные скважи-
ны отдельными звеньями по 2—5 м, соединяя их на сварке, при
помощи хомутов, бандажей и т. п. По мере задавливания труб
из них извлекают грунт, а по окончании задавливания освобо-
дившееся пространство заполняют монолитным или сборным же-
лезобетоном. Таким образом, создается плоский или сводчатый
экран по перекрытию, а иногда и вдоль стен подземного соору-
жения, под защитой которого разрабатывают грунтовое ядро
и возводят несущую конструкцию (рис. IX.26). Экран из труб
может служить не только в качестве временной крепи, но и вхо-
дить в состав постоянной несущей конструкции.
Такой способ применяют при строительстве перегонных тонне-
лей и станций метрополитена, автотранспортных и пешеходных
тоннелей преимущественно мелкого заложения на застроенной
городской территории, когда использование открытого способа за-
труднительно или невозможно. Особенно эффективным этот
способ оказывается при строительстве тоннелей под улицами и
дорогами, под насыпями и фундаментами зданий в слабых не-
устойчивых грунтах при глубине заложения от 3 до 1 м от по-
верхности земли. Применение указанного способа работ не тре-
бует вскрытия дневной поверхности над подземным сооружени-
ем, не нарушает условий уличного движения, сводит до миниму-
ма сдвижения и деформации поверхности земли. При этом в ряде
случаев отпадает необходимость в применении искусственного за-
мораживания и химического закрепления грунтов.
Под защитой экрана из труб можно строить тоннели практи-
чески любых форм и размеров поперечного сечения длиной до
80—100 м. Увеличение длины экранов может быть достигнуто
созданием промежуточных шахтных стволов или котлованов
для задавливания труб, а также устройством опережающей
крепи из забоя выработки. Существуют различные модификации
этого способа, отличающиеся материалом труб (стальные или
асбоцементные), их диаметром (85—2500 мм), формой попе-
речного сечения (круглые, прямоугольные, трапециевидные), на-
правлением продавливания (вдоль или поперек тоннеля), местом
продавливания (из котлованов, шахтных стволов, непосредст-
венно из забоя выработки), способом удаления грунта из полости
труб и т. п.
Технология работ. В зависимости от объемно-планировочных
и конструктивных решений подземного сооружения, а также от
свойств залегающих грунтов применяют различную технологию
работ. При длине подземного сооружения до 30—40 м трубы
339
f)
Рис. IX.27. Схемы объединения труб и поперечном направлении (а, б)
1— тоннель; 2 — трубы; 3 — бетонное заполнение; 4 — замковые устройства
Рис. 1Х*28. Технологическая схема строительства тоннеля под защитой экран из
труб (а, б)
/ — установка горизонтального бурения типа УГБ; 2 —котлован; 3— армокаркас; 4 — же-
лезобетон; 5 — трубы; 6 — контур тоннеля; 7 — бетоиовод; 8— бетононасос; 9 — автобетоно-
воз; 10— экскаватор; // — временная крепь; 12 — транспортер; /3—опалубка; /-/ — обдел-
ка; 15— контейнер для грунта; 1—IV — этапы работ
залавливают с одной стороны пересекаемого препятствия, а при
большей длине — с обеих сторон, устраивая два «забойных»
котлована. В большинстве случаев трубы залавливают в один
или два ряда вдоль оси тоннеля, однако при расположении тон-
неля рядом с фундаментами зданий или с другими подземными со-
оружениями может потребоваться устройство экрана из труб,
залавливаемых в поперечном направлении. При этом трубы мо-
340
гут опираться на заранее возведенные траншейные стены и
входить в состав конструкции перекрытия.
При задавливании труб в устойчивых грунтах их распола-
гают с зазорами порядка 15—50 см, заполняемыми впоследствии
цементным раствором или бетонной смесью (рис. IX.27,а).
При продавливании стальных труб в неустойчивых грунтах их
располагают вплотную, соединяя между собой при помощи
замковых устройств по типу шпунта. Для этого к боковой
поверхности труб приваривают уголки, швеллеры, трубы малого
диаметра с продольным пазом и пр. (рис. IX.27,б). В этом слу-
чае повышается точность и упрощается контроль задавливания
труб, так как замковые устройства служат направляющими для
вновь залавливаемых труб. Кроме того, в ряде случаев отпадает
необходимость заполнения зазоров межу трубами цементным
раствором. Иногда с целью экономии вместо стальных труб
залавливают асбоцементные внутренним диаметром 1 —1,2 м
длиной 4—5 м со стенками толщиной 55—60 мм. Головные
звенья снабжают режущими элементами, а в хвостовой части
каждой трубы устанавливают обоймы, в которые упираются
гидравлические домкраты. Отдельные звенья асбоцементных труб
соединяют стальными бандажами.
Для задавливания труб применяют стационарные или пере-
движные домкратные установки, перемещающиеся по рельсам,
уложенным в «забойном» котловане. По мере задавливания труб
из их полости выбирают грунт, причем способ разработки и уда-
ления грунта зависит главным образом от диаметра труб и свойств
грунта. При задавливании труб больших диаметров (более 1,2—
1,5 м) возможна ручная разработка и удаление грунта и ка-
менистых включений, однако такой способ является весьма тру-
доемким и малопроизводительным. В большинстве случаев
грунт разрабатывают буровыми или фрезерными рабочими ор-
ганами и удаляют шнековыми или цепными конвейерами, нара-
щиваемыми одновременно с задавливаемой трубой. Созданы
специализированные агрегаты для задавливания труб, разработ-
ки и удаления грунта, размещаемые на подвижной платформе.
Так, в нашей стране находит применение грунтопрокалывающая
установка ГПУ-600, состоящая из направляющей рамы, опорно-
нажимной плиты, подвижного упора и гидравлических домкратов
с насосной станцией. Установка предназначена для задавливания
стальных труб диаметром 100—630 мм на длину до 80 м со
скоростью 24 м в смену.
В процессе задавливания труб их положение корректируют
по лучу лазера путем несимметричной разработки грунта по
торцу. В плотных грунтах, когда задавливание труб вызывает
определенные трудности, их проталкивают в предварительно
пробуренные скважины. Для бурения горизонтальных скважин
применяют малогабаритные станки вращательного действия
типа УГБ-2, УГБ-4, ГБ-1421 и др. (рис. IX.28, а). Кольцевой
зазор между трубами и стенками скважины заполняют цемент-
341
ным раствором. После задавливания труб или проталкивания
их в пробуренные скважины в полость труб помещают арматур-
ные каркасы и производят бетонирование. Иногда в трубы за-
водят сборные железобетонные балки, стыкуя отдельные звенья
по длине сваркой закладных деталей.
Разработку грунтового ядра под защитой экрана из труб про-
изводят сплошным забоем или по частям заходками по 5—10 м
с применением тоннелепроходческих машин избирательного дей-
ствия или тоннельных экскаваторов (рис. IX.28, б). Для удале-
ния грунта используют вагонетки, автосамосвалы или транспор-
теры. После раскрытия выработки в пределах очередной заход-
ки экран подкрепляют временными металлическими подпорками,
а затем возводят обделку подземного сооружения.
Рассмотренная технология работ предусматривает устройство
Рис. IX.29. Схемы экранов, входя-
щих в состав конструкций тоннеля
/--короба; 2 — маклачки; 3— бе-
тонное заполнение; 4— опережаю-
щая скважина
экрана из труб за пределами контура
подземного сооружения. В некоторых
случаях защитный экран входит в
состав обделки, выполняя функции не
только временной, но и постоянной
крепи. При этом наоялу с круглоци-
тиндрическими трубами применяют
стальные короба прямоугольного или
трапециевидного поперечного сечения
(рис. IX.29,я). Задавливание прямо-
угольных стальных коробов применили
при строительстве в Москве пешеход-
ного тоннеля длиной НО и шириной
6 м, соединяющего станцию метропо-
литена «Варшавская» с железнодо-
рожной станцией «Коломенское».
Проходку под железнодорожными
путями на участке длиной 60 м вели,
поочередно залавливая по контуру
тоннеля пустотелые и тонкостенные
стальные короба (рис. IX.29,б). После
задавливания грунта их заполняли
Рис, IX.30. Схема устройства экрана из труб из забоя выработки
1 — экран из труб; 2 — буровая рама; 3 — бурильный молоток; 4 — арки
бетонной смесью. Стальные короба служат одновременно арма-
турой и гидроизоляцией.
Изменяя сечение и форму коробов, можно создавать тоннели
различного очертания и размеров. Так для проходки выработок
сводчатого очертания разработана технология задавливания пус-
тотелых стальных коробов трапецеидального сечения шириной
понизу 60, поверху 80 см, высотой 30 и длиной 100 см со стенками
толщиной 4,5 мм.
С целью увеличения длины экранов из труб без устройства
промежуточных шахт или котлованов разработана технология
создания опережающих экранов непосредственно из забоя под-
земной выработки путем бурения наклонных скважин и протал-
кивания в них стальных труб (рис. IX.30).
Экраны устраивают секциями длиной по 10—15 м и более, пе-
рекрывая соседние участки на 1 —1,5 м.Скважины забуривают
всплошную или на некотором расстоянии одна от другой под уг-
лом 4—6° к оси выработки установками вращательного бурения или
специальными агрегатами на рельсовом ходу. Подобный агрегат
для бурения скважин диаметром 216 мм и глубиной до 50 м соз-
дается в нашей стране. Это передвижная установка на рельсовом
ходу в виде портальной рамы с бурильными молотками. По мере
бурения скважин стенки их укрепляют обсадными трубами, кото-
рые могут входить в состав защитного экрана или заменяются
перфорированными трубами, через отверстия которых в случае
необходимости можно провести цементацию грунтового массива
по контуру подземной выработки.
Проходку тоннеля под прикрытием экрана из труб ведут обыч-
ным горным способом отдельными заходками I, не доходя до кон-
ца экрана по крайней мере на /0=1 м. В процессе разработки
грунтового ядра трубы подкрепляют стальными арками, а затем
возводят постоянную обделку из монолитного бетона или набрызг-
бетона. Такая технология работ оказывается весьма эффективной
при проходке тоннелей в зонах нарушенных и неустойчивых грун-
тов. При этом исключается необходимость применения сложных и
дорогостоящих специальных способов искусственного заморажива-
ния или химического закрепления грунтов. В частности, таким
способом были пройдены два параллельных автодорожных тон-
неля в Японии. Тоннели диаметром 10,5 м заложены на глубине
от 5 до 14 м от поверхности земли в мягком вулканическом туфе
с включениями песка и гравия. Экраны устраивали секциями по
Ю м, забуривая скважины диаметром 216 мм передвижной уста-
новкой на рельсовом ходу. Цикл работ по устройству опережаю-
щего экрана, разработке грунта, установке арок и нанесению на-
брызг-бетона занимал около 10 суток.
Глава X. ОСУШЕНИЕ И ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ
В ПОДЗЕМНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
§ 30. ИСКУССТВЕННОЕ ПОНИЖЕНИЕ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД
Условия применения. При строительстве городских подземных
сооружений в сложных инженерно-геологических условиях — в
слабых неустойчивых водоносных грунтах при расположении уров-
ня грунтовых вод выше подошвы выработки — для возможности
производства работ необходимо осушить или закрепить грунтовый
массив.
Существуют различные способы стабилизации грунтов, отли-
чающиеся характером воздействия на окружающий грунтовый мас-
сив. Искусственное понижение уровня грунтовых вод и заморажи-
вание воздействуют на грунтовый массив только на стадии строи-
тельства подземного сооружения; по окончании строительства
свойства грунтов и режим подземных вод постепенно восстанавли-
ваются. Химическое закрепление изменяет физико-механические и
фильтрационные свойства грунтов на длительный период времени.
Выбор того или иного специального способа работ зависит от кон-
кретных геологических и гидрогеологических условий и опреде-
ляется в каждом отдельном случае с учетом технико-экономичес-
ких показателей.
Одним из наиболее эффективных средств осушения грунтового
массива и предотвращения водопритока в подземную выработку
является искусственное понижение уровня грунтовых вод. Этот
способ используют при строительстве подземных сооружений мел-
кого заложения открытым способом (рис. Х.1,а, б), при щитовой
проходке (рис. Х.1, в) и продавливании тоннелей, а также при про-
ходке вертикальных шахтных стволов (рис. Х.1,г) и опускании ко-
лодцев (рис. Х.1, б) в тех случаях, когда уровень грунтовых вод
располагается выше подошвы подземного сооружения. При этом
по контуру выработки закладывают водопонижающие скважины,
располагая их на расстоянии а —0,7—1,5 м.
Из скважин в течение некоторого времени непрерывно откачи-
вают воду, в результате чего образуется депрессионная поверх-
ность, и уровень грунтовых вод оказывается ниже подошвы под-
земного сооружения так, что строительство последнего ведут в
осушенном грунтовом массиве. Радиус и глубина депрессионной
воронки зависят от мощности водоносного слоя, коэффициента
фильтрации и интенсивности откачки.
Водопонижающие установки должны работать на всей стадии
строительства подземного сооружения, обеспечивая постоянный
уровень грунтовых вод. Искусственное понижение уровня грунто-
вых вод можно применять в довольно широком диапазоне грунто-
вых условий, при различной степени водоотдачи грунтов, однако
наиболее эффективным этот способ оказывается в несвязных
грунтах с коэффициентами фильтрации от 0,3 до 100 м/сут. Основ-
ные параметры водопонижения: глубина и диаметр скважин, рас-
344
стояния между ними, тип и производительность насосной установ-
ки и вспомогательного оборудования определяются в результате
расчетов в соответствии с требованиями технических условий1.
Техника водопонижения. В зависимости от глубины заложения
подземного сооружения, технологии его строительства, фильтра-
ционных свойств грунтов применяют различные способы водопо-
нижения, отличающиеся принципом отбора воды из грунта, конст.
рукцией водопонижающих скважин, видом насосного оборудова-
ния и пр.
Для осушения грунтов с коэффициентом фильтрации I—
50 м/сут применяют легкие иглофильтровые установки ЛИУ-3,
ЛИУ-5, ЛИУ-6, ПВУ-1, ПВУ-2 и др. Понижение уровня грунтовых
вод этими установками производится за счет образования разре-
жения, обеспечивающего отсос и подъем воды по скважинам.
В состав ЛИУ-3 и ЛИУ-5 входит комплект иглофильтров дли-
ной до 8,5 м, всасывающий коллектор диаметром 150 мм и цент-
робежный или вакуумный насос производительностью от 30 до
120 м3/ч, создающий напор до 40 м (рис. Х.2,а). Иглофильтры со-
стоят из отдельных звеньев стальных труб диаметром 38—42 мм,
оснащенных в нижней части фильтровым звеном длиной около
I м с зубчатым наконечником из коронки и шарового клапана. Иг-
лофильтры погружают в несвязные грунты виброспособом или
гпдроподмывом при давлении 0,3—0,5 МПа и расходе воды
до 20—40 м3/ч. Если осушаемые грунты достаточно плотны, игло-
фильтры опускают в заранее пробуренные скважины. Фильтровую
часть заглубляют не менее чем на 0,6 м ниже дна котлована, а
при наличии иглофильтров только с одной стороны подземной вы-
работки— не менее, чем на 1 —1,25 м. Легкие иглофильтровые ус-
гановки надежны в эксплуатации, имеют небольшую массу и га-
бариты. Применяя их в однородных грунтах, можно снижать уро-
вень подземных вод до 4—4,5 м (от оси насоса). В случае необхо-
димости более глубокого водопонижения при котлованном способе
работ иглофильтры можно устанавливать в несколько ярусов (см.
рис. Х.1,б). Однако при этом требуется некоторое расширение
котлована, что в городских условиях не всегда возможно.
В грунтах с коэффициентами фильтрации 0,05—2 м/сут и бо-
лее, а также в пылеватых и глинистых грунтах, содержащих воду
в связанном состоянии, применяют вакуумирование водопонижа-
ющих скважин. Установки вакуумного водопонижения типа УВВ-2
обеспечивают создание и непрерывное поддержание вакуума по-
рядка 0,04—0,06 МПа в приемных звеньях иглофильтров. Глубо-
кий и устойчивый вакуум способствует более интенсивному притоку
воды к скважинам, причем поскольку вода поступает к фильт-
ру не только под действием гравитационных сил, но и под дейст-
Инструкция по проектированию и производству работ по искусственному
понижению уровня грунтовых вод при сооружении тоннелей и метрополитенов.
(ВСН 127-77), М„ 1977.
! - 4 л  Q4	345
346
2
Рис. Х.1. Схемы водопонижения
/ — иглофильтры; 2 — коллектор; 3 — насос; 4 — уровень грунтовых вод; 5 — депрессионная
кривая; 6 — контур выработки
Рис. Х.2. Схема легкой иглофильтровой (а) и эжекторной (б) водопонизительных установок
/ — фильтровое звено; 2 — надфильтровая труба; 3 — патрубок; 4 — всасывающий коллек-
тор; 5 — выбросной шланг; 6 — распределительный трубопровод; 7 — водосбросный трубо-
провод; 8— задвижка; 9 — центробежный насос; 10 — циркуляционный резервуар
вием вакуума, это позволяет отсасывать из грунта как гравитаци-
онную, так и капиллярную воду. При этом сокращается (по срав-
нению с ЛИУ) число скважин и значительно ускоряется процесс
водопонижения. Установками УВВ-2 можно понижать уровень
грунтовых вод на 6—7 м.
В однородных грунтах с коэффициентами фильтрации более
0,5 м/сут применяют эжекторные установки ЭИ-2,5; ЭИ-4, ЭИ-6.
Они состоят из центробежных насосов типа 6НДБ, 8НД8, УКМ-8
производительностью до 300—500 м3/ч, распределительного и во-
досборного трубопроводов, циркуляционного резервуара и эжек- I
торных иглофильтров (рис. Х.2,б). Последние выполнены из внут- 1
ренней и наружной колонн труб и фильтрового звена с наконечни- 1
ком и оснащены водоподъемным устройством — эжектором. При !
осушении мелкозернистых грунтов иглофильтры погружают в |
пробуренные скважины и выполняют засыпку труб фильтрующим i
материалом. Нагнетая центробежным насосом воду под давлением \
0,7—0,8 МПа, в межтрубном пространстве создают вакуум, пнтен- :
сифицируя отсос грунтовой воды. Откачиваемая вода смешивает- :
ся с нагнетаемой и, поднимаясь по внутренней трубе иглофильт-
ра, поступает в циркуляционный резервуар, откуда часть воды по-
дается в иглофильтры. Применяя эжекторные иглофильтры, мож-
но понизить уровень грунтовых вод до 18—20 м.
Наибольшие трудности вызывает водопонижение в неоднород-
ных грунтах, представленных чередующимися слоями низкой и
высокой проницаемости. В таких условиях целесообразно приме-
нение эжекторных вакуумных водопонизительных установок
(ЭВВУ), включающих вакуум-концентр;ические скважины или
эжекторные иглофильтры с одним или несколькими фильтровыми
звеньями (рис. Х.З,а), Вакуум-концентрические скважины на
всю высоту водоносных горизонтов имеют фильтровую оболочку
диаметром 103—114 мм из керамических блоков, проволочной
обмотки,”"стальной оцинкованной профилированной ленты или
просечного стального листа. Между фильтровой оболочкой и
трубой, подающей к эжектору рабочую воду, образуется свобод-
ный кольцевой зазор. За счет создания этого зазора зона ва-
куумирования увеличивается по вертикали, распространяясь по
всей глубине скважины и действуя на все слои грунта, пересека-
емые фильтровой оболочкой (рис. Х.З, б).
Поступающая в кольцевой зазор вода свободно стекает к во-
доприемнику эжектора и откачивается из скважины. Таким об-
разом, обеспечивается вакуумный отсос воды из всех водоносных
горизонтов. Вакуум-концентрические скважины должны распо-
лагаться таким образом, чтобы зоны вакуума соседних скважин
смыкались между собой. Применение ЭВВУ значительно расши-
ряет возможности водопонижения, позволяя осушать слоистые
грунты, содержащие супеси и суглинки с коэффициентом филь-
трации менее 0,01 м/'сут, причем глубина понижения уровня
грунтовых вод может составлять 20 м и более.
В грунтах с низкой степенью водоотдачи могут оказаться
эффективными вакуумэрлифтные установки, сочетающие принцип
вакуума и эрлифта. При подаче в скважину сжатого воздуха
под давлением 0,4—0,5 МПа образуется водовоздушная смесь с
малым удельным
в скважину трубе. В специальном
разделение смеси, и вода откачивается насосом. Вакуум-эрлифт-
ные установки могут откачивать воду с большим содержанием
мелкого песка пли шлама, повышая глубину возможного водопо-
нижения до 20 м и более.
весом, которая поднимается по опущенной
водоотделителе происходит
©I
Рнс. Х.З. Схема эжекторной (а) и
вакуумной (б) водопонизительной
установки
1 — рабочий насос; 2— манометр; 3— задвижка; 4 — сливной коллек-
тор; 5 — сбросной коллектор; 6 — вакуум-концентрическая скважина;
7 — циркуляционный резервуар; 8 — эжектор; 9 —труба 0 114 мм;
10— уплотнение; 11 — центрирующее устройство; 12— фильтровая
оболочка; 13 —песчаная обсыпка; 14 — рабочий орган эжектора; 15 —
приемная сетка
Рис. Х.4. Схема забойного вакуумного водопонижения
1 — резервуар; 2 — подающий трубопровод; 3 — водосбросный трубо*
провод: 4 — водоструйный насос; 5 — всасывающий рукав; 6 — коллек-
тор; 7 — иглофильтры; 8 — отметка дна котлована; 9 — центробежный
насос
При расположении водоупорного слоя вблизи подошвы под-
земного сооружения, а также при незначительной мощности во-
доносных прослоек с коэффициентами фильтрации 1—2,5 м/сут,
когда рассмотренные ранее средства водопонижения оказыва-
ются недостаточно эффективными, применяют специальную уста-
новку забойного вакуумного водопонижения (УЗВМ.) (рис. Х.4).
Особенностью работы такой установки является создание разре-
жения в группе иглофильтров одним водоструйным насосом.
При этом происходит хорошее отжатие остаточного слоя воды,
ускоряется осушен/те и уплотнение грунтового массива.
Установки типа УЗВМ-2, УЗВ-З, УЗВ-4 состоят из центро-
бежного насоса УК-8, циркуляционного резервуара, водоструй-
ного насоса, водосборного коллектора и иглофильтров. Макси-
мальная производительность установок 60 м3/'ч по воде, а пони-
жение уровня грунтовых вод — 8 м. Такие установки можно
применять в обводненных мелких и пылеватых песках с коэффи-
циентами 0,1—2 м/сут при глубине заложения подошвы подзем-
ного сооружения до 20 м как при открытых способах работ, так
и при щитовой проходке. В последнем случае вместо линейного
водосборного коллектора непосредственно в забое щита устанав-
ливают сосредоточенный коллектор, к которому присоединяют
иглофильтры. Приводную станцию располагают за технологичес-
кой платформой на специальной площадке, а насос — в пределах
щитового агрегата. По мере разработки грунта в забое
иглофильтры поочередно отключают и вновь погружают в грунт.
Для одноярусного понижения уровня грунтовых вод в граве-
листых отложениях находят применение водопонижающие сква-
жины диаметром до 200—400 мм с погружными глубинными на-
сосами (рис. Х.5). Вначале в пробуренные с шагом 5—15 м сква-
жины опускают трубчатые фильтры и извлекают обсадные трубы.
Фильтры изготавливают из перфорированных стальных, асбоце-
ментных или пластмассовых труб диаметром 200—350 мм. По
наружной поверхности фильтры обматывают нержавеющей про-
волокой или сеткой галунного плетения.
В слабопроницаемых, а также заиленных грунтах зазор за-
полняют фильтрующим материалом: крупнозернистым песком с
мелким гравием. После этого в каждую скважину ниже динами-
ческого уровня воды опускают поршневой, штанговый или цен-
тробежный насос типа АТН-8, АТН-10, 8-АП, ЭЦВ-8, ЭЦВ-10
производительностью от 30 до 400 м3/ч, которым и ведут откачку
воды. Электродвигатели устанавливают на поверхности земли
или опускают вместе с насосом в скважину. Работа насосом
может регулироваться автоматическими устройствами, которые
включают или отключают электродвигатели в зависимости от при-
тока воды. К достоинствам такого способа водопонижения относит-
ся возможность максимального отбора воды из каждой сква-
жины, обеспечение контроля за производительностью скважин,
регулирование интенсивности водопонижения за счет подключе-
ния или отключения отдельных скважин.
350
В слабопроницаемых грунтах,
содержащих около 15—20% гли-
нистых частиц и имеющих коэф-
фициент фильтрации менее
0,05 м/сут, целесообразно приме-
нять электроосмотическое водо-
понижение. Для этого к водопо-
нижающим скважинам, оборудо-
ванным легкими или эжекторны-
ми иглофильтрами, подводят
постоянный электрический ток
(отрицательный полюс), а меж-
ду скважинами в шахматном
порядке через 0,6—1 м забивают
в грунт стальные трубы —
аноды, соединяя их с положи-
тельным полюсом источника
тока. Трубы располагают на
расстоянии ;~1,5 м от бровки
котлована, погружая их на оди-
наковую глубину с иглофильт-
рами. Напряжение в сети со-
ставляет порядка 50—60 В при
плотности тока 1 А на 1 м2 за-
весы. При включении источника
тока происходит электроосмоти-
ческий отсос и создается допол-
нительный поток воды к скважи-
нам. При этом дебит возрастает
приблизительно в четыре раза и
откачка становится более произ-
водительной. Таким способом
Рнс. Х.5. Схема водопонижающей скважи-
ны с глубинным насосом
1 — колено с фланцем; 2—опорная пли-
та; 3— труба; 4 — хомут; 5 — муфта; 6 —
обсадная труба; 7—электрокабель; 8 —
насос; 9 — сетка; 10 — электродвигатель
можно осушать суглинистые
и супесчаные грунты с коэффициентом фильтрации до
0,05 м/сут. При этом исключается налипание глинистых частиц
на фильтровые звенья труб, что обычно имеет место при ваку-
умировании скважин. Однако при осмотическом водопонижении
требуются дополнительные расходы на оборудование и электро-
энергию.
Московским Метростроем совместно с Метрогипротрансом
разработан и успешно применен способ аэрационного осушения
грунтов при проходке тоннелей. Отдельные участки грунтового
массива предварительно герметизируются при помощи искусст-
венного замораживания грунтов по контуру будущего тоннеля
(см. §31), а затем в грунт под давлением 0,2—0,3 МПа по воз-
духоподающим скважинам нагнетают сжатый воздух. Вытесняе-
мая из пор грунта вода откачивается глубинными насосами, поме-
щенными в водоотливные скважины. Таким образом, проходку
тоннеля ведут в последовательно осушаемом грунтовом массиве
без применения сжатого воздуха.
351
§ 31. ИСКУССТВЕННОЕ ЗАМОРАЖИВАНИЕ ГРУНТОВ
Сущность и область применения. Искусственное заморажива-
ние грунтов применяют в разнообразных инженерно-геологичес-
ких условиях при наличии разнородных пластов водоносных грун-
тов с коэффициентами фильтрации не более 10 м/сут, а также
в трещиноватых скальных грунтах, залегающих над толщей не-
устойчивых водоносных грунтов, с притоком подземных вод бо-
лее 50 м3/ч.
В настоящее время применяют два способа искусственного
замораживания грунтов: рассольный и безрассольный. Сущность
рассольного способа заключается в том; что по контуру будуще-
го подземного сооружения забуривают вертикальные, наклон-
ные или горизонтальные замораживающие скважины диаметром
120—150 мм, располагая их на расстоянии 0,8—1,5 м. В скважи-
ны помещают замораживающие колонки диаметром 114 мм и
питающие трубки диаметром 25—37 мм, по которым циркулирует
охлажденный до 253—248 К рассол — раствор хлористого каль-
ция СаСЬ (рис. Х.6, а). Иногда в качествехладоносителя исполь-
зуют раствор хлористого натрия, хлористого лития, углекислоту,
фреон-30 и др., которые также как и СаС1г не замерзают при
низких температурах и не оказывают вредного воздействия на
стальные трубопроводы и аппаратуру.
По мере циркуляции хладоносителя вода в порах грунта, окру-
жающего каждую скважину, постепенно замерзает и образуются
ледогрунтовые цилиндры радиусом 1 —1,5 м. Отдельные ледо-
грунтовые цилиндры смыкаются между собой, создавая довольно
прочную и абсолютно водонепроницаемую сплошную мерзлотную
завесу, служащую ограждением, под защитой которого ведутся
работы по проходке подземной выработки.
Охлаждение рассола до расчетной температуры производится
на замораживающей станции, располагаемой обычно в пределах
строительной площадки. Процесс образования холода основан
на свойстве жидкого аммиака при испарении охлаждаться до
248—243 К.
Рассольный способ замораживания грунтов требует примене-
ния сложного оборудования, не всегда обеспечивает необходимую
сплошность ледогрунтового ограждения. Кроме того, в связи с
недостаточно низкой температурой замораживания процесс об-
разования мерзлотной завесы весьма длителен. Поэтому в пос-
ледние годы все шире внедряют безрассольный способ замора-
живания без промежуточных хладоносителей, основанный на
получении холода за счет испарения сжиженных газов непосред-
ственно в замораживающих скважинах. При этом в качестве
хладогента используют жидкий азот, пропан, фреон-12, фреон-22,
аммиак. Применяя жидкий азот, имеющий низкую температуру
испарения (77К), можно н несколько раз сократить время обра-
зования ледогрунтового ограждения и уменьшить его толщину.
Схема циркуляции азота в замораживающих колонках представ-
6
Рис. Х.6. Конструкции замораживающих скважин при рассольном (а) и безрассольном (б)
способах замораживания
/ — направление движения рассола; 2 — замораживающая колонка; 3 — питающая труба;
4 — колонка для газообразного азота; 5 — колонка для жидкого азота; 6 — соединительная
труба; 7 — входная труба; 8 — теплопроводное устройство
лена на рис. Х.6, б. При безрассольном замораживании отпадает
необходимость в использовании специального хладоносителя, со-
кращается время замораживания, повышается прочность ледо-
грунтового ограждения и обеспечивается взрыво- и пожаробезо-
пасность. Кроме того, уменьшаются теплопотери, снижается энер-
гия на циркуляцию рассола и исключаются прорывы через «окна»
в мерзлотной завесе.
При больших объемах работ может оказаться целесообраз-
ным применение вначале безрассольного способа замораживания
с последующим поддержанием ледогрунтовой завесы рассольно-
Шфкуляционным способом.
К недостаткам безрассольного замораживания следует отне-
сти большой расход жидкого азота (300—1200 кг 1 м3 грунта)
и высокую стоимость работ. В связи с этим низкотемпературное
безрассольное замораживание целесообразно применять в наибо-
лее сложных градостроительных и инженерно-геологических
353
условиях, а также для быстрой ликвидации внезапных прорывов
грунтовых вод в подземные выработки. Вид мерзлотной завесы и
схема расположения замораживающих скважин определяются
способом строительства подземного сооружения, глубиной его
заложения, характером городской планировки и застройки, а
также инженерно-геологическими условиями.
При строительстве подземных сооружений мелкого заложения
в открытых котлованах искусственное замораживание применяют
для создания водонепроницаемого ограждения стен. Такое ограж-
дение может устраиваться в сочетании со свайным креплением и
служить только для защиты от проникания в котлован подзем-
ных вод или одновременно выполнять роль несущей конструкции,
воспринимающей боковое давление грунта и воды и не требую-
щей дополнительного крепления. Для замораживания стен кот-
лована вертикальные скважины глубиной I располагают в один
или два ряда вдоль бровок и заглубляют в водоупор на 2—3 м
(рис. Х.7, а). При замораживании стен котлованов прямоуголь-
ной в плане формы скважины забуривают по контуру длиной Lo и
шириной Во:
д» = Л + 1’2б; 1	(Х.1)
B0 = B + l,2S, )
где L и В—длина и ширина котлована; 6 — толщина ледогрунтовой стенки.
Смещение осей скважин относительно оси ледогрунтовой
стенки обусловлено тем, что грунт со стороны сооружения про-
мерзает быстрее, чем снаружи, причем примерно 0,6 6 приходит-
ся на внутреннюю, а 0,4 б— на наружную сторону. При располо-
жении скважин в два ряда шаг их по контуру внутреннего ряда
Ci составляет 1 —1,25 м, а внешнего с2—1,25—1,5 м; расстояние
между рядами скважин ао=2,5—3 м.
Толщину ледогрунтовой стенки определяют из условия ее про-
чности по формуле:
6 = 0,67 У^УУ,	(Х.2)
где <?тах — максимальная интенсивность горизонтального давления грунта и
воды на стенку; у — удельный вес грунта.
Сплошные ледогрунтовые стенки устраивают и при строитель-
стве подземных сооружений способом опускного колодца
(рис. Х.7, б). В этом случае стенки не являются несущей конст-
рукцией и служат только для защиты колодца от притока под-
земных вод.
При строительстве подземных сооружений закрытым спосо-
бом чаще всего применяют контурное замораживание. Вертикаль-
ные или наклонные скважины забуривают с поверхности земли
до водоупора вдоль оси выработки таким образом, чтобы изоли-
ровать тоннель от проникания воды (рис. Х.8, а—д). Наклонные
скважины применяют обычно при глубоком залегании водоупо-
ра, а также при расположении подземных сооружений вблизи
354
фундаментов зданий или при наличии густой сети подземных ком-
муникаций. Бурение вертикальных и наклонных замораживаю-
щих скважин с поверхности земли неизбежно связано с нарушени-
ем поверхностных условий. Кроме того, приходится в большин-
стве случаев выполнять значительный объем буровых работ и
замораживать излишние объемы грунта, особенно при глубоком
заложении подземного сооружения. В связи с этим иногда скважи-
ны забуривают из вспомогательных подземных выработок, прой-
денных выше уровня грунтовых вод (рис. Х.8, е).
При проходке подземных выработок закрытым способом на-
иболее эффективным является горизонтальное замораживание
грунтов, при котором замораживающие скважины располагают
параллельно или под небольшим углом к оси выработки. Сква-
жины забуривают, продавливают домкратными установками или
вибропогружателями на длину до 30—40 м и более из «забойно-
го» котлована, шахтного ствола, вспомогательных выработок
или из камер, специально со-
оружаемых по длине подзем-
ной выработки.
Например, при строительст-
ве автодорожного тоннеля в
Цюрихе под холмом в застро-
енной части города на участке
350 м в водоносных моренных
отложениях применили гори-
зонтальное замораживание.
Вначале из забойного котлова-
на по контуру тоннеля с не-
большим наклоном к его оси
забурили замораживающие
скважины диаметром 139,7 мм
Рис, Х.7. Схемы ледогрунтового огражде-
ния котлована (а) и опускного колод-
ца (б)
1 — ледогрунтовый массив; 2 — заморажи-
вающие скважины; 3 — контур котлована;
4 — водоупор: 5 — оболочка опускного ко-
лодца; 6 — коллектор; 7 — распредели-
тельный резервуар; 8 — замораживающая
станция
355
Рис. Х.8. Схемы ледогрунтовых завес при контурном замораживании грунтов вокруг выра-
боток, сооружаемых закрытым способом (а—•€>
1 — замораживающие скважины; 2 — водонасыщеннын грунт; 3 — водоупор; 4 — контур вы-
работки; 5 — ледогрунтовая завеса
с шагом 1м на глубину 30 м. В скважины поместили заморажива-
ющие колонки, по которым циркулировал раствор СаС12, охлаж-
денный до 233 К- После образования защитного ледогрунтового
свода начали проходку 30-м участка тоннеля, причем забой не до-
водили до конца мерзлотной завесы на 4 м. Для бурения скважин
второй и последующих очередей устраивали камеры, уширяя выра-
ботку на длине 8 м до 180 м2. Из камеры забуривали 16 и 24 сква-
жины, размещая их по дуге окружности с углами соответственно
«[ = 120° и а2=180° и создавая ледогрунтовый свод толщиной d =
= 1,5 и d=2 м (рис. Х.9).
Способ горизонтального замораживания хотя и характеризу-
ется значительной трудоемкостью, несколько ограничивает темпы
проходки и требует больших материальных затрат, однако обес-
печивает безопасность ведения работ, исключает сложные опе-
рации по укреплению фундаментов зданий, позволяет свести к ми-
нимуму нарушения условий уличного движения и избежать не-
допустимых осадок земной поверхности.
В последние годы стали применять прямоточный способ го-
ризонтального замораживания с соединением соседних колонок
между собой (рис. Х.10). При этом образуется замкнутая цир-
куляционная сеть, что приводит к снижению теплопотерь, позво-
356
ляет увеличить длину участка замораживания и отказаться от
питающих груб.
При проходке тоннелей в устойчивых сухих грунтах, подсти-
лающих неустойчивые водоносные отложения, может оказаться
целесообразным замораживание массива неустойчивых грунтов
над кровлей выработки. Для этого применяют площадное замо-
раживание, пробуривая с поверхности земли несколько рядов
вертикальных или наклонных скважин. Замораживание сплошно-
го массива применили, например, при проходке подводного тон-
неля метрополитена под каналом в Москве. Замораживающие
колонки были выполнены из 16 секций размерами 26,75X3,2X2,2 м
каждая, причем трубы располагали в три яруса по высоте и в два
ряда по ширине. Уложенные на дно канала колонки засыпали
песчаным грунтом, и через 30 суток после начала заморажива-
ния была создана ледогрунтовая плита толщиной более 4 м, под
защитой которой вели проходку тоннеля (рис. Х.11).
Прочность ледогрунтового ограждения зависит от температу-
ры замораживания и вида грунтов. Так, замороженные до 248 К
водонасыщенные пески приобретают прочность до 18 МПа,
а глинистые грунты — до 10 МПа. Ориентировочно предел про-
чности на сжатие замороженных грунтов можно определить по
формуле:
Ясж = 8 (273-Т) ф10 7?л,	(Х.З)
где Т — абсолютная температура замораживания, К; Ял— предел прочности
льда на сжатие; ЯЛ = 2 МПа.
При разработке проекта замораживания производят также
расчет необходимой хладопроизводительн.ости замораживающей
станции и времени активного замораживания, используя данные
технических условий1. По результатам расчетов подбирают ком-
прессоры, холодильное и насосное оборудование.
Технология работ и применяемое оборудование. Работам по
искусственному замораживанию предшествует бурение скважин,
монтаж трубопроводов и холодильного оборудования. Для буре-
ния вертикальных замораживающих скважин применяют буровые
станки типа ЗИФ-650А, ЗИФ-650С, УРБ-ЗАМ, УРБ-2а и др.
Бурение наклонных .скважин производят специальными станками
типа КАМ-500 или ТУНБ-150 с обязательной установкой направ-
ляющих труб — кондукторов. Последние обеспечивают точное нап-
равление бурения и изолируют замораживающие колонки на участ-
ках зонального замораживания. Отклонения от проектного поло-
жения при бурении вертикальных скважин не должны превышать
1%, а наклонных — 2% их длины. Наряду с бурением скважин
применяют погружение замораживающих колонок с использова-
нием гидроподмыва, виброударного способа, задавливания гидро-
домкратами и пр., что сокращает продолжительность работ.
1 Инструкция по проектированию и производству работ по искусственному
замораживанию грунтов при строительстве метрополитенов и тоннелей. ВСН
357
Рис. Х.9. Схема горизонтального
замораживания
—	замораживающие скважины;
—	ледогруитовое ограждение; 3 —
кскаватор; 4 — тоннельная маши-
а; 5 — транспортер; 6 — думпер;
— камера; 8 — крепь из набрызг-
бетона
Рис. Х.10. Схема прямоточного горизонтального замораживания
/—ствол шахты; 2 — замораживающая установка; 3 — замораживающие колонки; 4 —
шурф; 5 — отводящий трубопровод; 6 — питающий трубопровод
358
Рис. Х.11. Схема площадного замораживания
1 — замораживающие колонки; 2 — ледогрунтовая плита; 3 — перегонные тоннели
При рассольном способе замораживания охлаждение рассола
до требуемой температуры производят преимущественно на ста-
ционарных замораживающих станциях, в состав которых входят
компрессор, конденсатор, испаритель, регулирующий вентиль, на-
сосное оборудование, система трубопроводов и пускорегулирую-
щая аппаратура. Для сжатия аммиака применяют горизонталь-
ные и вертикальные одно- или двухступенчатые аммиачные ком-
прессоры типа 4АВ, 4АУ, 2АГ, ЗАГ, ДАУ-50, ДАУ-80 и др. хладо-
производительностью 170—1000 кВт.
Для искусственного замораживания грунтов на небольших
участках взамен стационарных замораживающих станций приме-
няют передвижные замораживающие установки. При этом отпада-
ет необходимость монтажа и демонтажа громоздкого холодильно-
го оборудования, устройства мощных фундаментов и т. п.
В нашей стране созданы передвижные низкотемпературные за-
мораживающие станции ПНС-1 и ПНС-2, состоящие из двух ам-
миачных компрессоров ДАУ-50 на автоприцепах МАЗ-35224. Хла-
допроизводительность ПНС-2 при одноступенчатом сжатии аммиа-
ка— 464 кВт, а при двухступенчатом—116 кВт. Разработана
конструкция передвижной замораживающей станции ПХС-100,
состоящей из двух холодильных установок ПХУ-50 на базе авто-
прицепа МАЗ-5224В. Установки работают на фреоне-22 и обеспе-
чивают хладопроизводителъность 56—200 кВт.
Для транспортирования рассола от замораживающей стан-
ции к скважинам и обратно прокладывают распределительные и
обратные трубопроводы, которые обычно заглубляют в траншеи
или подземные галереи, защищая от солнечных лучей. Подклю-
чение замораживающих колонок к рассольной сети производят по
параллельной или последовательной схеме. В первом случае все
колонки подключают одновременно, что ускоряет процесс замора-
живания, не требует больших энергетических затрат. Последова-
Зо9
тельную схему, при которой осуществляется поочередное подклю-
чение замораживающих колонок, целесообразно и экономично
применять при проходке протяженных подземных выработок с пе-
риодическим подключением новых и отключением использованных
колонок.
При безрассольном способе замораживания отпадает необходи-
мость в замораживающей станции и не требуется прокладка тру-
бопроводных сетей. Жидкий азот получают в ректификационных
машинах из окружающего воздуха путем сжижения и последую-
щего разделения его на кислород и азот. Газообразный азот сно-
ва сжижают и помещают в специальные емкости. Жидкий азот
доставляют на строительную площадку в автоцистернах и слива-
ют в накопительные резервуары, откуда его подают по теплоизо-
лированным трубопроводам в замораживающие скважины.
Существуют два режима искусственного замораживания: ак-
тивный и пассивный. Активное замораживание, при котором обра-
зуется ледогрунтовая стенка, производят до проходки выработки.
В процессе проходки устанавливают пассивный режим заморажи-
вания для поддержания расчетной толщины мерзлотной завесы.
При этом хладопроизводительность замораживающей станции сос-
тавляет порядка 30—35% ее расчетной производительности. В пе-
риод активного и пассивного замораживания грунтов производят
систематические наблюдения за уровнем грунтовых вод и темпе-
ратурой грунтового массива, используя для этого специально про-
буренные гидрогеологические и термометрические контрольные
скважины. Кроме того, измеряют температуру охлаждающего рас-
сола в замораживающих колонках, на прямой и обратной линиях
рассолопровода.
В зависимости от инженерно-геологических условий, вида под-
земного сооружения и способа его строительства применяют раз-
личные технологические приемы рассольного замораживания
грунтов. Так, при залегании по глубине сооружения разнородных
слоев грунта с различным содержанием воды применяют диффе-
ренцированное замораживание, позволяющее получить равномерное
по толщине ледогрунтовое ограждение в одинаковые сроки. Для
этого забуривают замораживающие скважины разной глубины
или располагают их с неодинаковым шагом. Применяют также за-
мораживающие колонки различного диаметра, выполняя их с
гладкой или ребристой поверхностью. Кроме того, используют пи-
тающие трубы переменного сечения, изменяя скорость движения
хладоносителя в различных грунтах.
Весьма эффективным может оказаться зональное заморажи-
вание грунтов, основанное на неодинаковой степени заморажива-
ния залегающих грунтов при разном положении горизонта грун-
товых вод. При этом применяют обычное оборудование, состоящее
из питающей и отводящей труб (рис. Х.12, а). В нижней части ко-
лонки, заполненной хладоносителем, создается рабочая зона, где
имеет место более интенсивный теплообмен между колонкой и ок-
ружающим грунтом, чем в верхней нерабочей зоне. Рабочая зона
360
Рис. Х.12. Конструкции замораживающих скважин
1 — отводная труба; 2— питающая труба; 3 — внутренняя труба; 4 — неподвижное кольцо;
5 — подвижное кольцо; 6 — сальник; 7 — стакан; 8 — замораживающая колонка; 9 — рассол;
1С — участок замораживания; /У — участок оттаивания; 12 — цилиндр; 13 — трос; 14 — тур-
булизатор
колонки отделяется от нерабочей сплошной диафрагмой, а между
питающей и отводящей трубами в нерабочей зоне создается воз-
душное теплоизоляционное пространство. При этом в пределах
рабочей зоны грунт промерзает до расчетной температуры, а на
участке нерабочей зоны температура его выше расчетной. Таким
образом, уменьшаются затраты холода, сокращаются сроки и сто-
имость замораживания. Зональное замораживание целесообразно
применять, в частности, при расположении замораживающих ск-
важин вблизи подземных коммуникаций или сооружений, грунт
ьокруг которых не должен подвергаться интенсивному заморажи-
ванию.
При пересечении подземной выработкой отдельных прослоек
зодонасыщенных грунтов оказывается эффективным локальное за-
мораживание, при котором замораживающие скважины забури-
вают непосредственно из забоя выработки. Глубина скважины
определяется мощностью неустойчивых грунтов, которые подвер-
гаются замораживанию.
Для сокращения продолжительности замораживания грунтов,
г мсньшения избыточного льдовыделения и предотвращения пуче-
ния глинистых грунтов предназначен способ перманентного замо-
раживания. При этом способе охлаждение грунтов происходит по
361
мере углубления выработки. Для этого в заранее пробуренную
скважину опускают колонку и помещают в нее полый, герметичес-
ки закрытый стальной цилиндр с питательными трубками, по ко-
торым циркулирует хладоноситель (рис. Х.12, б). Вовнутрь замора-
живающей колонки подают теплопередающий раствор с низкой
температурой замерзания. Заполненный хладоносителем цилиндр
подвешивают на тросе в замораживающей колонке и переме-
щают вниз с некоторым опережением фронта земляных работ. При
этом происходит постепенное и равномерное замораживание от-
дельных слоев грунта. Длина цилиндра изменяется в зависимос-
ти от сроков активного замораживания и не должна превышать
расстояния от поверхности земли до водоупорного слоя. При этом
фронт замораживания перемещается параллельно с разработкой
грунта в забое выработки.
После возведения и гидроизоляции подземной конструкции ок-
ружающий грунт постепенно оттаивает и восстанавливаются ус-
ловия, существовавшие до замораживания грунтов. Естественное
оттаивание обычно происходит в 4—5 раз медленнее, чем активное
замораживание. При этом возможны осадки дневной поверхности,
которые могут повлечь за собой деформации поверхностных зда-
ний и сооружений. Поэтому естественное оттаивание применяют
главным образом при строительстве подземных сооружений глу-
бокого заложения.
В большинстве случаев устраивают искусственное оттаивание
грунта, которое должно быть непрерывным и равномерном как по
длине, так и в пределах поперечного сечения подземного сооруже-
ния. Искусственное оттаивание осуществляется путем подачи в
замораживающие колонки пара или нагретого до температуры
323—343 К раствора хлористого кальция. Температуру раствора
повышают постепенно, на 2—3 К в сутки, чтобы не повредить со-
единений трубопроводов и замораживающих колонок. После из-
влечения обсадных труб и замораживающих колонок скважины
должны быть тщательно затампонированы глиной, цементным или
известковым раствором.
Дальнейшее развитие способа искусственного замораживания
грунтов обусловливает необходимость создания нового высоко-
производительного оборудования и совершенствования технологии
работ. Например, существенная экономия и сокращение потерь
холода достигаются при замене стальных питающих труб поли-
этиленовыми диаметром 32 мм со стенками толщиной 2—2,5 мм.
При этом повышается эффект замораживания в связи с возраста-
ющей приблизительно на 30% холодоотдачей.
Ведутся исследования по замораживанию грунтов низкотемпе-
ратурным воздухом, охлажденным до 220—130 К. Созданы воз-
душные турбохолодильные установки ТХМ-125 производительно-
стью до 39 кВт, обеспечивающие охлаждение воздуха до требуе-
мой температуры в течение нескольких часов. Ускорение сроков
активного замораживания может быть достигнуто также исполь-
зованием специальных колонок с турбулизаторами потока хладо-
362
носителя (рис. Х.12, в). При этом в колонке создается турбулент-
ный режим движения рассола, что приводит к увеличению хо-
лодоотдачи от хладоносителя стенкам скважины.
Помимо совершенствования техники замораживания грунтов,
внедряют новые системы контроля за отклонением скважин, за
размерами и сплошностью ледогрунтового ограждения и др. На-
пример, для определения степени отклонения вертикальных сква-
жин применяют гироскопические инклинометры типа Зенит ИГ-
2М, ВД-2 и 447-Д. Толщину и качество мерзлотной завесы прове-
ряют ультразвуковыми приборами. Получает распространение ав-
томатизированное управление, регулирование и контроль за ра-
ботой холодильных установок и других систем, применяемых при
искусственном замораживании грунтов.
§ 32. ХИМИЧЕСКОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ
Силикатизация. При строительстве подземных сооружений в не-
устойчивых водонасыщенных грунтах возможно закрепление их
химическими средствами. Необходимость в химическом закреплении
грунтов может возникнуть при строительстве городских подземных
сооружений закрытым или открытым способами вблизи фунда-
ментов зданий или рядом с другими подземными сооружениями,
а также приПтроходке шахтных стволов и наклонных выработок,,
при продавливании тоннелей через насыпи или другие препятст-
вия. Химическое закрепление грунтов используют также для соз-
дания надежного основания котлованов, заложенных в неустой-
чивых грунтах. При этом представляется возможным избежать
осадок поверхности земли и предотвратить повреждения располо-
женных поблизости зданий и сооружений, а также подземных ком-
муникаций. Применяемые для закрепления грунта химические
растворы должны иметь малую вязкость, не быть токсичными,
не оказывать коррозионного действия по отношению к насосному
оборудованию.
В подземном строительстве получила распространение силика-
тизация, при которой в грунт инъектируют раствор хлористого
кальция (СаС12) и жидкое стекло (Nj.OnSiOa, где п — модуль
жидкого стекла, принимаемый равным 2,5—3) с добавками раст-
воримых химикалий (фосфатов, алюминатов и бикарбонатов),
способствующих осаждению геля. В результате химической реак-
ции образуется гель кремневой кислоты [SiO2 (m—1) HgO],
связывающий частицы грунта в прочный и водонепроницаемый
монолит.
Для нагнетания химических реагентов применяют инъекторы
различной конструкции, отличающиеся типом перфорированного
участка и другими конструктивными особенностями. Инъекторы
состоят из цельнотянутых стальных труб диаметром 19—42 мм со
стенками толщиной до 6 мм. В нижней части трубы снабжены ко-
ническим наконечником, а на длине 0,5—1 м имеют перфорирован-
363
Рис.-ЛЛЗ. Конструкции инъекторов (а, б) н манжетной колонны (в)
/ — наголовник; 2— кран; 3 — штуцер: 4 — шланг; 5 — наконечник; 6 — перфорированное
звено; 7 —колонна труб: 8 — ниппель; 9 — резиновая манжета; 10— перфорированная труб-
ка: //—тампоны; /2 — стенка скважины; 13 — глнноцементное заполнение: 14 — манжет-
ная труба
ное звено с отверстиями 1,5—3 мм. Верхняя труба оснащена специ-
альным наголовником для забивки и имеет приспособление для
подсоединения нагнетательного шланга.
Применяют инъекторы двух типов, отличающиеся конструкци-
ей перфорированных звеньев. Инъекторы первого типа снабжены
перфорированным звеном с отверстиями, расположенными в шах-
матном порядке из расчета 60—80 отверстий на 1 м длины (рис.
Х.13, а). Во избежание забивания отверстий грунтом они покрыты
резиновыми кольцевыми муфтами толщиной 1 —1,5 мм, действую-
щими как односторонние клапаны. Это позволяет лучше распре-
делять нагнетаемый материал и производить повторное нагнета-
ние на одном уровне до полного закрепления грунта.
В инъекторах второго типа на участке перфорированного звена
проточены круговые канавки шириной 8—10 и глубиной 2—3 мм,
в которых просверлены отверстия, перекрытые резиновыми муф-
тами (рис. Х.13, б). Используют также инъекторы с несколькими
перфорированными звеньями, расположенными через 0,3—0,4 м.
Инъекторы погружают в грунт отдельными секциями по 1—1,5 м
пневматическими отбойными молотками или задавливают гидрав-
лическими домкратами. Максимальная глубина погружения инъ-
364
екторов в песчаных грунтах составляет 12—15 м, а в гравелис-
тых— 3—3,5 м. При большей глубине забивки инъекторы погру-
жают в заранее пробуренные скважины. В слабых грунтах буре-
ние производят с обсадкой трубками, которые не доводят до за-
крепляемой зоны на 1 —1,5 м.
При строительстве подземных сооружений мелкого заложения
скважины забуривают с поверхности земли, а при глубоком зало-
жении выработок — чаще всего из забоя. Инъекторы можно пог-
ружать и из вспомогательных выработок: штолен, пилот-тоннелей
и т. п. В пробуренные скважины опускают манжетные колонны
труб, извлекая при этом обсадную трубу. Зазор между манжет-
ными трубами и грунтом заполняют пластичной глиноцементной
смесью во избежание прорыва инъектируемого раствора по затруб-
ному пространству. Затем в скважину опускают перфорированную
трубку малого диаметра с двумя тампонами — ограничителями,
устанавливая ее против любого перфорированного кольца манжет-
ной трубы (рис. Х.13, в). Вместо стальной манжетной трубы иног-
да применяют пластмассовые инъекторы. После закрепления грун-
та по мере проходки выработки такие инъекторы могут быть сре-
заны вместе с грунтом.
Схема расположения скважин под инъекторы зависит от спо-
соба закрепления грунта. Возможно устройство вертикальных,
наклонных и горизонтальных скважин при закреплении грунта по
контуру подземной выработки или в виде сплошного массива, ана-
логично тому, как это принято при искусственном замораживании
грунтов (рис. Х.14).
Инъекторы располагают в один или несколько рядов в шах-
матном порядке на расстоянии, определяемом свойствами закреп-
ляемых грунтов и гидрогеологическими условиями. В зависимости
от радиуса закрепления г расстояния между инъекторами в одном
ряду принимают равными 1,73 г, а между рядами инъекторов—
1,5 г. Радиус закрепления грунта в свою очередь зависит от ко-
эффициента фильтрации и устанавливается опытным нагнетанием.
Для однородных грунтов, закрепляемых двухрастворной силикати-
зацией г = 0,25 ! Кф, где Кф — коэффициент фильтрации грунта в
м/'сут.
При однорастворной силикатизации величина радиуса закреп-
ления изменяется от 0,3 до 1,0 м. Таким образом, зоны влияния
соседних инъекторов пересекаются и создается сплошной экран
из закрепленного грунта. Глубина закрепления за одну заходку
на 0,5 г превышает длину перфорированной части инъектора.
Последовательность и технология нагнетания растворов опре-
деляются главным образом коэффициентами фильтрации грун-
тов и показателем жесткости грунтовых вод. При коэффициенте
фильтрации от 2 до 80 м/'сут и показателе жесткости грунтовых
вод р"<9 применяют двухрастворную силикатизацию. Для этого
жидкое стекло плотностью 1,35—1,44 г/см3 и 27—30%-ный рас-
365
5)
Рис. Х.14. Схемы химического закрепления грунта при строительстве подземных сооружений
открытым (а, б) и закрытым (в—д) способами
/ — подземная выработка; 2 — фундамент здания; 3 — скважины; 4 — закрепленный грунт;
5— подземные коммуникации
твор .хлористого кальция плотностью 1,26—1,28 г/с.м3 нагнетают
через инъекторы в грунт с определенными интервалами.
Расход раствора, нагнетаемого в одну заходку, можно опреде-
лить по формуле
ф л г-1 е kn,	(Х.4)
где г — радиус закрепления грунта; I — глубина заходки; е — пористость грун-
та; kt> — коэффициент, учитывающий свойства грунтов и принимаемый равным
5 для песков, 8 — для лессов и 15 — для плывунов.
366
Разрыв во времени между нагнетанием жидкого стекла и хло-
ристого кальция должен быть, по возможности, минимальным,
составляя обычно от 1 до 24 ч в зависимости от скорости движе-
ния подземных вод. При скорости движения подземных вод менее
1 м/сут применяют последовательное нагнетание реагентов, при
котором инъектор погружают до проектной отметки постепенно,
нагнетая под давлением около 0,3 МПа жидкое стекло, а затем
заменяют инъектор и снизу вверх нагнетают под давлением до
0,8 МПа раствор хлористого кальция.
Если скорость движения подземных вод составляет от 1 до
3 м/сут, нагнетание ведут по заходкам, поочередно погружая и
извлекая инъекторы и нагнетая через них то жидкое стекло, то
хлористый кальций. Одновременно нагнетание жидкого стекла и
хлористого кальция через два ряда расположенных инъектора
ведут при скорости движения подземных вод более 3 м/сут.
В песчаных грунтах с коэффициентами фильтрации 0,5—
5 м/сут и с показателем жесткости воды рн<7, а также в лессо-
видных грунтах с коэффициентами фильтрации 0,1—0,2 м/сут,
расположенных выше уровня грунтовых вод, применяют однораст-
ворную силикатизацию, нагнетая в грунт гелеобразующую смесь,
приготовленную непосредственно перед нагнетанием. Для усиле-
ния эффекта силикатизации используют фосфорную, серную, крем-
нефтористоводородную кислоту, сернокислый алюминий и другие
реагенты.
Для нагнетания растворов в грунт применяют ручные или при-
водные поршневые, шестеренные и диафрагмовые насосы. Чаще
всего используют поршневые насосы типа НКН-10, Н-3, ПС-4Б
производительностью от 0,12 до 2,4 м3/ч, развивающие давление
от 0,4 до 2 МПа. В последнее время получили распространение
одноплунжерные насосы — дозаторы НД-400/16, НД-630/10, НД-
1000/10, НД-1000/16 производительностью 0,4—1 м3/ч при давле-
нии 1,5—2 МПа. Такие насосы обеспечивают объемное напорное
дозирование инъектируемого раствора. При помощи силикатизации
можно закреплять практически любые несвязные грунты с коэф-
фициентами фильтрации более 0,1 м/сут. При этом достигается
создание прочного (/?Сж = 2—5 МПа) водонепроницаемого, стойко-
го к химической агрессии и долговечного монолита.
Смолизация. Для закрепления слабых и неустойчивых водо-
носных грунтов ненарушенной структуры с коэффициентами филь-
трации 0,3—10 м/сут наряду с силикатизацией применяют смоли-
зацию с использованием органических крепителей на основе раз-
личных синтетических смол. Обладающие незначительной вяз-
костью, смолы хорошо проникают в грунт и после добавления от-
вердителя полимеризуются с образованием геля, который затвер-
девает, придавая грунту требуемую прочность и водонепроница-
емость. Закреплять смолизацией можно различные несвязные
грунты, кроме глинистых и карбонатных песков, содержащих бо-
лее 3—4% по массе глинистых частиц или карбонатов.
367
В нашей стране для закрепления грунтов используют карба-
мидно-мочевинно-формальдегидные (КМ), мочевинно-формальде-
гидные (МФ-17) и другие смолы. Наиболее широко применяют
водные гелеобразующие растворы МФ-17 и 40—50%-ный раствор
нетоксичной карбамидной смолы — крепитель-М, имеющие время
гелеобразования 30—35 мин и прочность не менее 1 МПа. Для
закрепления мелкозернистых водонасыщенных песков с коэффи-
циентами фильтрации менее 1 м/сут используют растворы карба-
мидной смолы: крепитель-К и УКС. В качестве коагулянтов-отвер-
дителей служат 3—5%-ные растворы соляной, серной, фосфорной,
щавелевой кислоты, персульфат аммония, солянокислый анилин и
др.
Радиус распространения смолы в грунте вокруг инъектора мож-
но определить по формуле
г = Д/Qp у/л I е ,	(Х.5)
где Qp — расход нагнетаемого раствора, м3/мин; t— время нагнетания, мин;
I — глубина заходки, м; е — коэффициент пористости грунта.
Например, карбамидная смола распространяется в грунте в
радиусе от 0,3 до 8 м при давлении нагнетания до 0,5 МПа, повы-
шая прочность грунта на сжатие до 1—3,5 МПа.
Требуемый расход полимерраствора для закрепления грунта
вокруг одного инъектора можно определить по формуле
(2р = ki k, йГр ер,	(Х.6)
где ki—коэффициент перерасхода раствора; А!==1,05; fe— коэффициент тех-
нологических потерь; ^2=1,05; йгр — объем закрепляемого грунта; р — коэф-
фициент заполнения пор.
Для проверки степени водонепроницаемости химически закреп-
ленного массива грунтов проходят шурфы или пробуривают конт-
рольные скважины, в которые через инъекторы нагнетают воду,
определяя удельное водопоглощение грунтов. Применяют также
геофизические методы контроля радиуса распространения и моно-
литности закрепленного грунтового массива.
Смолизацию успешно применяют в нашей стране и за рубежом
при строительстве различных городских подземных сооружений в
несвязных водонасыщенных грунтах вблизи фундаментов зданий и
подземных коммуникаций. Следует отметить, что стоимость закреп-
ления 1 м3 грунта смолизацией не превышает стоимости закрепле-
ния способом двухрастворной силикатизации.
В практике подземного строительства применяют и другие
способы закрепления п стабилизации грунтов. Так, глинистые грун-
ты можно закреплять электрохимическими спосооами: электро-
осмосом, электрофорезом и электролизом. При этом одновременно
с электрообработкой грунтов производят нагнетание цемента, из-
вести, гипса л других материалов, В плывунных грунтах может
оказаться эффективным термический способ закрепления, основан-
1 Н. А. Блескина, Б. С. Федоров. Глубинное закрепление грхптов син.етиче-
скими смолами. — М.: СтроГшздат, 1980.— 148 с.
368
ный на спекании грунта под действием высоких температур. Полу-
чает распространение газовая силикатизация, при которой жид-
кое стекло отверждается углекислым газом.
Для закрепления трещиноватых и кавернозных скальных и по-
лускальных грунтов, а также крупнообломочных гравелисто-галеч-
никовых отложений применяют тампонаж. При этом вода из тре-
щин и пустот вытесняется тампонажным раствором, а грунт прев-
ращается в водонепроницаемый монолит. В зависимости от раз-
меров трещин и пор, а также от скорости движения подземных вод
тампонаж производят различными материалами: цементным рас-
твором (цементация), глинистым раствором (глинизация) или би-
тумной эмульсией (битумизация).
Глава XI. ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА СТРОИТЕЛЬСТВА
ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА СДВИЖЕНИЯ
И ДЕФОРМАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ
§ 33. СДВИЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ,
ВЫЗВАННЫЕ СТРОИТЕЛЬСТВОМ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Характер проявления и причины возникновения сдвижений и
деформаций. Строительство подземных сооружений сопряжено с
изменениями естественного напряженно-деформированного со-
стояния грунтового массива, при которых могут возникнуть не-
обратимые нарушения грунтов. Характер проявления и область
распространения этих нарушений определяются целым рядом
факторов и, в первую очередь, способом строительства. Так, при
возведении подземных выработок открытым или опускным спо-
собом нарушения грунтов возникают главным образом у стен
подземного сооружения в пределах призм обрушения, ограничен-
ных плоскостями скольжения, наклоненными под углом а —45°—
ф/2к вертикали.
Если же строительство подземного сооружения осуществля-
ется закрытым способом, то нарушения грунтового массива ох-
ватывают некоторую область над подземной выработкой и в
зависимости от глубины заложения последней могут достигать
поверхности земли. В этом случае возможны осадки фундамен-
тов, расположенных поблизости зданий и подземных коммуника-
ций, повреждения дорожной одежды и трамвайных путей над стро-
ящимся подземным сооружением, что, в свою очередь, отрица-
тельно влияет на условия движения наземного транспорта. Все
это требует принятия специальных мер по ограничению сдвиже-
ний и деформаций поверхности земли, а также по защите зда-
ний и инженерных коммуникаций, что приводит к существенному
удорожанию стооительства подземного сооружения
3?9
Нарушения грунтового массива при строительстве подземных
сооружений закрытым способом характеризуются образованием
мульды сдвижения, представляющей собой часть земной поверх-
ности, в пределах которой происходят сдвижения и деформации
грунта1. Поверхность мульды сдвижения имеет седловидную фор-
му с плавно изменяющейся кривизной. В общем случае мульда
сдвижения может быть представлена двумя главными сечения-
ми— вертикальными плоскостями, рассекающими мульду вдоль
и поперек оси подземного сооружения в точке с максимальным
оседанием земной поверхности (рис. XI.1). Размеры мульды
сдвижения на поверхности земли определяются граничными угла-
ми 6, которые образуются между горизонтальной линией и ли-
нией, соединяющей нижнюю угловую точку выработки с грани-
цей мульды сдвижения.
Смещения точек грунтового массива в пределах мульды сдви-
жения могут быть представлены в виде вертикальных (iq) и
горизонтальных (£) составляющих. Как правило, вертикальные
составляющие сдвижения направлены в сторону подземной вы-
работки и называются оседаниями или осадками. Однако в не-
которых случаях за счет выпучивания грунтовой толщи при про-
ходке подземных выработок возможны подъемы у земной повер-
хности.
В связи с тем, что вертикальные и горизонтальные сдвиже-
ния происходят неравномерно, возникают вертикальные дефор-
мации земной поверхности: наклоны, искривления и горизонталь-
ные деформации растяжения и сжатия. Наклоны интервалов i
в мульде сдвижения характеризуются тангенсом угла наклона
поверхности земли между двумя соседними точками и могут быть
определены, как отношение разности оседаний двух точек к
расстоянию между этими точками. Наклоны выражаются в мм/м,
причем положительная величина наклона соответствует уклону,
а отрицательная — подъему.
Под кривизной мульды сдвижения (k) следует понимать раз-
ность наклонов двух соседних интервалов к полусумме длин
этих интервалов. Кривизна характеризует неравномерность вер-
тикальных сдвижений и выражается в 1/м или 1/*км. Положи-
тельная кривизна соответствует выпуклой, а отрицательная —
вогнутой кривой. Величина, обратная кривизне, носит название
радиуса кривизны мульды сдвижения R и выражается в м или км.
Наклоны интервалов в главных сечениях мульды сдвижения
могут определяться как
ix = df(x)/dx; ty = df (y}!dy,
а кривизна мульды сдвижения как
kx = d2f(x')ldx'i-, = d2 f (y)/dy2.
1 В данном случае под сдвижениями следует понимать смещения точек
грунтового массива, а под деформациями — участков (интервалов) земной по-
верхности.
370
Рис. XI.1. Схема развития мульды сдвижения в поперечном (а) и про-
дольном (б) главных сечениях; графики наклонов и кривизны (в)
Рис. XI.2. Графики распределения осе-
даний в песчаных (а) и глинистых (б)
грунтах
Рис. Х.З. Экспериментальная зависимость
между максимальными осадками т
относительной глубиной заложения тон-
неля
где f(x) и f(y) —функции кривой мульды сдвижения земной поверхности в ее
главных сечениях.
Относительные горизонтальные деформации в растяжения или
сжатия поверхности земли определяются отношением величин
371
изменения линейного размера интервала поверхности земли к
его первоначальному размеру в горизонтальной плоскости. К
основным понятиям, отражающим процесс сдвижения и дефор-
маций поверхности земли, относится также скорость оседания,
характеризующая величину, оседания в единицу времени, и име-
ющая размерность мм/'сут.
На интенсивность процесса сдвижения и деформаций грунто-
вого массива и поверхности земли оказывают влияние многочис-
ленные естественные и искусственные факторы, среди которых:
геологические и гидрогеологические условия;
особенности планировки и застройки данного городского
района;
наличие подземных коммуникаций и сооружений;
форма и размеры строящегося подземного сооружения и глу-
бина его заложения;
объемно-планировочные и конструктивные решения;
организация и технология строительства подземного сооруже-
ния и др.
Наиболее важным естественным фактором являются геологи-
ческие и гидрогеологические условия. В зависимости от физико-
механических свойств грунтов, характера их залегания, режима
подземных вод сдвижения и деформации поверхности земли про-
являются по-разному. Например, в несвязных увлажненных грун-
тах происходит быстрое нарастание сдвижений и деформаций в
течение нескольких суток, причем величины оседания могут быть
весьма значительными. В глинистых грунтах в силу их связ-
ности процесс сдвижений и деформаций протекает более медлен-
но, а величины оседаний существенно меньше, чем в несвязных
грунтах (рис. XI.2). Так, в пластичных глинах оседания уве-
личиваются постепенно в течение нескольких месяцев (причем,
возникают дополнительные оседания, вызванные пластическим
течением глин), а затухание их длится очень долго, иногда в те-
чение двух-трех лет и более. В достаточно прочных, однородных,
скальных и полускальных грунтах с ненарушенной сгрукгсвой
сдвижения и деформации массива, как правило, настолько не-
значительны, что их можно не учитывать. Однако в трещинова-
тых и нарушенных скальных грунтах сдвижения и деформации
могут проявляться весьма интенсивно. В смешанных грунтах
сдвижения и деформации земной поверхности определяются
главным образом условиями их залегания- Например, если непо-
средственно над выработкой залегают прочные, но нарушенные
грунты, а над ними — более слабые, то резкие сдвижения проч-
ных грунтов будут смягчаться толщей более слабых грунтов и
сдвижения и деформации поверхности земли будут достаточно
плавными.
Влияние особенностей планировки и застройки участка го-
родской территории, а также подземных коммуникаций или дру-
гих подземных сооружений на процесс сдвижения поверхности
земли над строящимся подземным сооружением сводится в ос-
новном к проявлению первоначальных нарушений грунтового
массива. Возникающие при этом сдвижения и деформации будут
накладываться на сдвижения и деформации, вызванные проход-
кой данного подземного сооружения. Увеличение размеров попе-
речного сечения подземных выработок в одних и тех же инже-
нерно-геологических условиях приводит к возрастанию интенсив-
ности сдвижений и деформаций поверхности земли, поскольку
при этом увеличиваются границы мульды сдвижения и величины
оседаний.
Глубина заложения подземного сооружения непосредственно
влияет на развитие сдвижений и деформаций поверхности земли.
При мелком заложении подземного сооружения грунтовой мас-
сив над ним обладает, как правило, незначительной несущей
способностью, поэтому оседания поверхности земли проявляют-
ся быстро и величина их возрастает с уменьшением глубины за-
ложения. Как показали проведенные в ЛИИЖТе эксперимен-
тальные исследования1, уменьшение глубины заложения тоннеля
с 0,75 D до 0,25 D (D— диаметр тоннеля) приводит к возраста-
нию оседания поверхности земли в 3,7 раза. Зависимость между
максимальным оседанием поверхности земли и глубиной зало-
жения тоннеля представлена на рис. XI.3.
При глубоком заложении подземных сооружений наблюдается
обратная картина: величины сдвижений и деформаций возраста-
ют приблизительно пропорционально увеличению глубины зало-
жения. Это объясняется увеличением зоны нарушенных грунтов
и области грунтового массива, работающего совместно с обдел-
кой подземного сооружения. При этом скорость оседания умень-
шается почти линейно с глубиной, а продолжительность процесса
сдвижений и деформаций поверхности земли увеличивается.
Тип конструкции подземного сооружения также влияет на
сдвижения и деформации поверхности земли. Так, если в слабых
неустойчивых грунтах применить недостаточно жесткую обделку,
то ее деформации могут вызвать смещения грунтового массива,
которые повлекут за собой дополнительные сдвижения и дефор-
мации поверхности земли. В плотных грунтах, обладающих упру-
гими свойствами, применение гибких обжатых в грунт сборных
или монолитно-прессованных обделок способствует предотвра-
щению нарушений грунтового массива и уменьшению сдвижений
и деформаций земной поверхности.
Характер проявления сдвижений и деформаций поверхности
земли во времени во многом определяется технологией строи-
тельства подземного сооружения. Например, при щитовой про-
ходке тоннеля мелкого заложения в несвязных малоустойчивых
грунтах сдвижения и деформации дневной поверхности в каком-
либо сечении по трассе тоннеля начинаются еще до подхода
1 Лиманов Ю. А., Ледяев А. П„ Платонов И. В. Осадки земной поверхности
ири сооружении городских тоннеле!!. — Транспортное строительство, 1980, №5,
44
373
щита к этому сечению на расстояние 2D—5£> (£>—диаметр
тоннеля). Это связано с постепенным увеличением давления грун-
та и сдвижением грунтовой толщи щитом в зоне влияния тон-
неля. Далее по мере перемещения щита зона сдвижения грунто-
вой толщи как бы передвигается впереди забоя и сдвижения,
и деформации поверхности земли продолжают нарастать. Обыч-
но они достигают своих максимальных значений после удаления
щита от данного сечения на расстояние 3D—4D, а затем посте-
пенно затухают и стабилизируются, что свидетельствует о разгруз-
ке напряженно-деформированного состояния грунтового массива.
Об ориентировочных величинах оседаний поверхности земли
можно судить по данным опыта щитовой проходки тоннелей Мос-
ковского метрополитена диаметром 5,5 м на глубине 3—10 м от
дневной поверхности в несвязных и связных грунтах. Статисти-
ческая обработка результатов натурных измерений по более чем
1300 реперам дала возможность получить кривые распределения
конечных оседаний. Максимальные оседания над осью тоннеля из-
менялись от 70 до 200 мм, а длина мульды оседания — от 15 до
30 м и более, причем, как правило, основная часть оседаний про-
являлась в течение двух — трех суток после проходки щита через
данное сечение. Период полной стабилизации оседаний в зоне вли-
яния тоннеля длился около пяти — шести месяцев, а за пределами
этой зоны — до двух-трех лет.
Интенсивность развития сдвижений и деформаций грунта во
многом зависит от свойств грунтов и от скорости проходки тон-
нелей. По данным опыта щитовой проходки тоннелей Московско-
го метрополитена максимальные скорости оседания поверхности
земли в песках составляют 80—100, в глинистых грунтах — 12—20,
а в смешанных—15—50 мм/сут, причем они уменьшаются с уве-
личением скорости проходки. Время активного периода оседания
поверхности земли в песчаных грунтах составляет 5—15, в глинис-
тых— 15—20, а в смешанных—10—25 суток.
Появление сдвижений или деформаций поверхности земли
при щитовой проходке тоннелей в слабых грунтах обусловлено
следующими основными причинами: выпуски грунта в забое щи-
та; несвоевременное или некачественное заполнение строительно-
го зазора; деформации оболочки и тоннельной обделки.
Выпуски грунта в забое щита чаще всего возникают при про-
ходке тоннелей немеханизированными щитами в слабых грунтах
из-за недостаточного крепления кровли и лба забоя, а также при
отклонении щита от проектного положения, особенно на криволи-
нейной трассе, где практически неизбежны переборы грунта по
контуру тоннеля. Выпуски грунта в забое щита возможны также
при удалении крупных каменистых включений или прорыве грун-
товых вод. При движении щита «на подъем», что делается обыч-
но для исключения его «клевания» в слабых грунтах может про-
1 В. Меркин и др. Влияние технологии строительства па осадки поверхно-
сти.— Метрострой, 1973, № 7, с. 8.
374
изойти «выпирание» грунта перед щитом с подъемом земной по-
верхности.
При уменьшении или устранении выпусков грунта в забое щи-
та основной причиной оседаний грунтового массива становится на-
личие зазора между обделкой тоннеля и контуром выработки на
участке хвостовой оболочки щита. Несвоевременное или некачест-
венное заполнение этого зазора в несвязных грунтах приводит к
немедленному обрушению грунта на обделку, что вызывает разу-
плотнение грунта над тоннелем с развитием процесса сдвижений
и деформаций до поверхности земли. Аналогичным образом на
сдвижения и деформации грунтов влияют деформации оболочки
щита и колец тоннельной обделки (горизонтальная эллиптич-
ность). Сдвижения и деформации грунтового массива при проход-
ке тоннел’ей горным способом могут быть вызваны в основном
переборами грунта в забое и многочисленными перекреплениями.
При строительстве тоннелей мелкого заложения способом про-
давливания за счет смещений грунтовой толщи ножевой частью
возникают преимущественно горизонтальные сдвижения и дефор-
мации поверхности земли в пределах призмы обрушения, что обус-
ловлено главным образом переборами и выпусками грунта как
при устройстве стационарного ограждения стен котлована, так и
при проходке с применением подвижной крепи. Это приводит к
деформациям и повреждениям зданий, фундаменты которых попа-
дают в зону влияния подземного сооружения. Использование в
этих условиях траншейного способа работ с применением техноло-
гии «стена в грунте», как правило, обеспечивает сохранность рас-
положенных поблизости зданий без принятия защитных мер.
Применение искусственного водопонижения в подземном стро-
ительстве в большинстве случаев сопровождается сдвижениями и
деформациями поверхности земли. В связи с осушением грунто-
вого массива и устранением взвешивающего эффекта воды, силы
тяжести минеральных частиц грунта и давление воды на скелет
грунта возрастают. Кроме того, во время водопонижения проис-
ходит вынос мелких частиц грунта (суффозия) и последующее их
перераспределение при восстановлении первоначального уровня
грунтовых вод. Все это приводит к изменению напряженно-дефор-
мированного состояния грунтового массива и проявлению сдвиже-
ний и деформаций поверхности земли.
Значительные сдвижения и деформации земной поверхности
могут быть вызваны искусственным замораживанием грунтов. Так,
замораживание глинистых грунтов приводит к значительному уве-
личению их объема — пучению, что при мелком заложении под-
земного сооружения может вызвать неравномерный подъем по-
верхности земли и деформации зданий и сооружений. В результа-
те оттаивания мерзлотной завесы могут произойти осадки поверх-
ности земли и повреждения зданий. Например, при проходке ав-
тотранспортного тоннеля в неустойчивых моренных отложениях
с применением замораживания за счет сил морозного пучения
происходили сдвижения поверхности земли над тоннелем в виде
375
подъемов, достигавших 20 мм над стенами выработки и 70—100 мм
над шелыгой свода.
Определенное влияние на состояние земной поверхности оказы-
вает применение сжатого воздуха при щитовой проходке тонне-
лей. Сжатый воздух способствует предупреждению сдвижений и
деформаций грунта, однако в ряде случаев перед щитом возника-
ет подпор подземных вод, что может повлечь за собой прорыв сжа-
того воздуха на поверхность земли с последующим затоплением
тоннеля.
Сдвижения и деформации поверхности земли вызывают дефор-
мации и разрушения наземных зданий, попадающих в пределы
мульды сдвижения над строящимся подземным сооружением. Ха-
рактер проявления и интенсивность развития этих деформаций
определяются типом здания, конструктивными особенностями и
техническим состоянием, а также расположением его относитель-
но мульды сдвижения земной поверхности. Так здания, находя-
щиеся в средней части мульды сдвижения, испытывают влияние
отрицательной кривизны (вогнутости) земной поверхности, поэто-
му деформации будут развиваться, главным образом, в нижних
этажах и фундаментах. При рядовой застройке вследствие накло-
нов соседних, близко расположенных зданий могут проявляться
дополнительные деформации в виде выпучивания и вдавливания
стен, что сопровождается обрушением кладки на отдельных участ-
ках.
Здания, попадающие на крайние участки мульды сдвижения,
подвергаются воздействию положительной кривизны (выпуклости)
земной поверхности, что обусловливает появление деформаций
прежде всего в пределах верхних этажей. В наиболее неблагопри-
ятном положении оказываются здания, расположенные на участ-
ке перегиба мульды сдвижения, испытывающие комбинированное
воздействие положительной и отрицательной кривизны земной по-
верхности.
Наибольшее влияние на состояние зданий оказывают верти-
кальные деформации поверхности земли: наклоны и кривизна.
Наклоны основания приводят к кренам зданий, а искривления вы-
зывают в них изгиб. Горизонтальные деформации сжатия и растя-
жения грунтов передаются на конструкции зданий в виде сил тре-
ния по подошве и боковой поверхности фундаментов. Влияние го-
ризонтальных деформаций, как правило, менее существенно, чем
вертикальных, поскольку они действуют на коротких участках, не
захватывая всего здания.
Приведенные выше данные характеризуют в основном качествен-
ную картину проявления сдвижений и деформаций поверхности
земли, их воздействие на состояние поверхностных зданий и уста-
навливают влияние отдельных факторов на развитие этого процес-
са. В действительности при строительстве подземных сооружений
сдвижения и деформации поверхности земли определяются сово-
купностью упомянутых ранее факторов, что значительно ослож-
няет их прогнозирование. Поэтому для количественной оценки
376
сдвижений и деформаций поверхности земли выполняют теорети-
ческие и экспериментальные исследования.
Теоретические методы прогнозирования сдвижений. В настоя-
щее время существуют два основных направления теоретических
исследований сдвижений и деформаций грунтового массива и
поверхности земли, основанных на схематизации этого процесса
с применением* точных и приближенных методов-	„
Первое направление предусматривает решение задачи о рас-
пределении напряжений и деформаций в грунтовом массиве, нару-
шенном проход кой подземной выработки, с использованием аппа-
рата механики сплошной или дискретной среды: теории упругости,
пластичности, предельного равновесия и др. Выбор того или ино-
го метода определяется прежде всего конкретными геологически-
ми условиями поскольку математическая модель грунтового мас-
сива должна отражать реальные прочностно-деформативные свой-
ства грунтов и учитывать их структурно-механические особеннос-
ти (сплошность» неоднородность, анизотропность), реологические
процессы и пр. Так, при наличии прочных и однородных грунтов,
обладающих упругими свойствами, наиболее целесообразно при-
менять методы теории упругости, отождествляя грунты с линейно-
деформируемой средой. Если грунты проявляют реологические
свойства, может' потребоваться решение упругопластической зада,
чи с применением методов теории пластичности и ползучести. По-
ведение слабых неустойчивых грунтов, обладающих незначитель-
ным сцепление^, в наибольшей степени подчиняется законам сы-
пучей среды и теории предельного равновесия.
В большинстве случаев решают плоскую задачу механики
сплошной или дискретной среды, получая распределение напря-
жений и деформаций в главных сечениях мульды сдвижения. Как
правило, решение задачи реализуется в детерминистической пос-
тановке с широким использованием численных методов, что поз-
воляет широко применять ЭВМ. В последнее время получили
развитие математико-статистические методы, основанные на тео-
рии вероятности - Применение этих методов предусматривает реше-
ние на ЭВМ вероятностн°й задачи с учетом статистической неод-
нородности физ<!КО‘мсханических свойств грунтов.
Основы теории сдвижения грунтов над подземными выработ-
ками были зал<2жены проф. Авершиным С. Г.1. Рассматривая
сдвижение грунТ'°в как смещение их частиц по поверхностям ско-
льжения в условиях, близких к состоянию предельного равнове-
сия грунтового массива, Авершин С. Г. применил законы теории
пластичности к ^решению плоской задачи и получил функциональ-
ные зависимости, определяющие процесс сдвижений и деформа-
ций грунтов. В 'частности, им получена формула для определения
1 Авершин С. Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках. — М.:
Углетехиздат, 1947.
13 Зак. i04
377
величин оседания грунта в любой точке мульды сдвижения над
подземной выработкой
/ х	2,1: —
Tl - Пш (1- т--I е ' 1 ,	(XI. 1)
\	£ f 1 о / у
где i]m — максимальная величина оседания; х — расстояние от оси подземной
выработки до рассматриваемого сечения; I — абсцисса точки перегиба кривой
оседания; е — основание натурального логарифма.
Формула (XI. 1) была скорректирована проф. Лимановым Ю. А.
применительно к условиям строительства тоннелей Ленинградско-
го метрополитена1:
Г х ? * 4
й (х) = Х]т (1 — —j е L,	(XI.2)
где L — длина полумульды оседания.
Существуют также аналогичные зависимости для определения
величин оседаний в определенных инженерно-геологических усло-
виях, полученные с использованием тригонометрических рядов,
функций нормального распределения Гаусса и др.
Методы, основанные на законах механики сплошной или дис-
кретной среды, используют строгий математический аппарат и да-
ют возможность получить точные решения поставленной задачи.
Однако, несмотря на высокую точность решения самих задач, по-
лученные результаты могут быть использованы на практике то-
лько в отдельных частных случаях: в определенных грунтах, при
определенной глубине заложения, форме и размерах подземной
выработки и пр. Погрешности в конечных результатах объясняют,
ся приближенностью основных предпосылок и исходных данных,
касающихся прочностно-деформативных свойств грунтов, условий
их залегания и т. п. Кроме того, при постановке задач теории
сплошной или дискретной среды трудно, а иногда невозможно
учесть влияние на процесс сдвижений и деформаций поверхности
земли технологических особенностей строительства подземного
сооружения (способ разработки грунта и крепления забоя, пос-
ледовательность возведения обделки, характер нагнетания за
обделку), а также фактора времени. В связи с этим в практичес-
ких расчетах сдвижений и деформаций поверхности земли чаще
всего применяют приближенные методы, основанные на упрощаю-
щих допущениях. Например, в ряде случаев находит применение
метод расчета сдвижений и деформаций поверхности земли, в со-
ответствии с которым грунтовая толща над подземным сооруже-
нием рассматривается как балка с защемленными концами под
действием равномерно распределенной нагрузки. При этом кривая,
ограничивающая мульду сдвижения, аппроксимируется линией
прогибов верхней фибры балки. Такое допущение позволяет опре-
делять оседания поверхности земли в любой точке мульды сдви-
1 Лиманов Ю. А. Осадки земной поверхности при сооружении тоннелей в
кембрийских глинах. — Л.: изд. ЛИИЖТа, 1957.
378
жения над подземным сооружением как прогибы балки по формуле
П (х) = “ (Д2-х2)2.	(XI.3)
В результате комплексных теоретических и эксперименталь-
ных исследований сдвижений и деформаций поверхности земли,
проведенных при строительстве тоннелей и станций Ленинград-
ского метрополитена в толще плотных кембрийских глин, под-
стилающих рыхлые четвертичные отложения, были получены
обширные данные, позволившие разработать метод типовых кри-
вых1. Сущность этого метода заключается в том, что кривая еди-
ничных оседаний, характеризующая распределение оседаний в
главных сечениях мульды, задается в виде функции S (г), где
при г=1 и г]т = 1. При этом считается, что в точке максимально-
го оседания и на границах мульды деформации близки к нулю.
Точке перегиба кривой оседания задается посередине между
границами мульды и точкой максимального оседания, причем
в точке перегиба величина оседания равна половине ее макси-
мальной величины, наклон имеет максимальное значение, а кри-
визна равна нулю.
Помимо кривой единичных оседаний задаются также кривые
единичных наклонов и кривизны в главных сечениях мульды в
виде функций, определяемых как первая и вторая производные
функции S(z) по z:S' (z) и S/Z(z) (рис. XI.4). Значения функций
S(z), S' (z) и S"(z) для десяти сечений полумульды сдвижений
приведены в табл. XI.1.
Величины оседаний, наклонов и кривизны в любых сечениях
мульды сдвижений могут быть получены из выражений:
т] (х) = S (г);
й (х) = S" (г),
Величина максимального оседания поверхности земли над
осью подземной выработки r)m в главном сечении мульды может
быть получена по данным теоретических или эксперименталь-
ных исследований. Длину полумульды сдвижения Z определяют
исходя из геометрических соображений с учетом формы и разме-
ров подземной выработки и глубины ее заложения.
Таким образом, зная величины и Z, можно, пользуясь ме-
1 Иофис М. А., Муллер Р. А., Подаков В. Ф. К расчету деформаций земной
поверхности при сооружении метрополитена. — Транспортное строительство, 1971,
№ 6, с. 44.
13* Зак. 104
379
Таблица XI.
Рис. XI.4. Типовые кривые оседаний (л), наклонов {б) и кривизны (в) в мульде сдвижений
поверхности земли
X L	3(2)	З'(г)	S"(z)	2 = Т	3(2)	3'{2)	3"{2)
0	1,0	0	—2,3	0,6	0,198	—1,0	2,7
о,1	0,923	—1,16	-5,9	0,7	о,и	—0,74	2,7
0,2	0,768	—1,56	—2,3	0,8	0,051	—0,46	2,6
0,3	0,610	—1,52	0,2	0,9	0,018	—0,21	2,0
0,4	0,452	—1,53	1,8	1	0	0	0
0,5	0,312	—1,27	2,6				
тодом типовых кривых, установить количественную картину рас-
пределения сдвижений и деформаций в главных сечениях муль-
ды над подземным сооружением. Для определения соответствую-
щих величин вне главных сечений мульды, надо величины щ
i и k в одном из главных сечений умножить на значение функ-
ции, соответствующей точке пересечения второго главного сечения
с сечением мульды, проведенном через исследуемую точку парал-
лельно первому из рассматриваемых сечений. Для определения
максимальных оседаний в несвязных грунтах при проходке тон-
нелей мелкого заложения щитовым способом разработан при-
ближенный метод расчета1, основанный на следующих предпо-
сылках:
процесс сдвижения поверхности земли считается завер-
шенным;
объем грунта в пределах мульды сдвижения равен избыточ-
ному объему грунта, выпускаемого в забое щита и в пределах
его хвостовой оболочки.
Принятие первой предпосылки дает возможность определять
только конечные величины оседаний, не зависящие от скорости
проходки тоннеля. Вторая предпосылка учитывает переборы и
1 Демешко Е. А., Ходош В. А. Прогнозирование осадок поверхности при щи-
товой проходке в песчаных грунтах. — Метрострой, 1963, № 3—4, с. 50.
380
выпуски грунта в забое щита и обрушения грунта в зоне стро-
ительного зазора над обделкой. Предполагая также, что длины
мульды сдвижения на поверхности земли за счет сдвижения грун-
та в забое и на участке хвостовой оболочки щита приблизительно
равны, полную величину оседания представляют в виде суммы
двух составляющих:
Т) = 41 + Т12,
где Hi — оседание за счет подвижек грунта в забое щита; т]2 — то же, в зов®
хвостовой оболочки щита.
Величины т]1 и г)2 выражают одной и той же зависимостью
пх2
4 L2
^11 — Л /п1	*
4/2
П2 = П/П2 е
(XI.5)
где п — коэффициент, учитывающий физико-механические свойства грунта (для
песчаных грунтов п=15).
Длину полумульды оседания над тоннелем кругового очертания
можно определить по формуле
7?н + sin (45° — ф/2)
cos (45° — Ф/2)
(XI. 6)
где /?,,— наружный радиус щита; Н — глубина заложения тоннеля до его оси;
Ф — угол внутреннего трения грунта.
Величину максимального оседания T]mi определяют по формуле
W =	mD2/200L,	(XI.7)
где Ai = l,7 — коэффициент, характеризующий тип грунта и величину осадок;
k2 — коэффициент, учитывающий увеличение объема грунта при оседании за
счет его разуплотнения; принимаемый равным k2=l—0,98 для влажных И
/г2=0,95—0,9 для сухих грунтов; т — переборы при разработке грунта в за-
бое щита (ш=2—5% для немеханизированных и т=1—2% для механизиро-
ванных щитов).
Величину максимального оседания г)М2 определяют по формуле
W = k2 k3 (4 7? б-63)/2L,	(XI.8)
где X, — коэффициент, учитывающий степень заполнения строительного зазора
тампонажной смесью (при тщательном заполнении зазора А3 = 0,6—0,7, а при
отсутствии заполнения — й3=1); 6 = 6стр+21! (бстр — максимальная величина
строительного зазора, t — толщина хвостовой оболочки щита).
Полученные в результате теоретических исследований основ-
ные параметры сдвижений и деформаций поверхности земли поз-
воляют определить расчетные значения оседаний, вызванных кри-
визной, наклоном и горизонтальными деформациями растяже-
ния и сжатия относительно любой точки основания наземного
сооружения1.
Расчетное оседание точки основания относительно централь-
1 СНиП II-8-78. Здания н сооружения на подрабатываемых территориях.
Нормы проектирования.—М.: Стройиздат, 1979.
381
Рис- XI.5. Схемы к определению оседаний поверхности земли, вызванных кривизной
ной оси здания, вызванное кривизной поверхности земли
(рис. XI.5), равно:
У = пл тк (х2/2 R),	(XI.9)
где nh и тк — коэффициенты перегрузки и условий работы, приведенные в
табл. 3 и 4 СНиП П-8-78; А? — ожидаемый радиус кривизны поверхности
земли; х — расстояние от расчетной точки основания до оси симметрии здания.
Расчетная разность оседаний двух точек здания, вызванная рас-
четной кривизной поверхности земли, составляет:
„2	„2
%2 Л {
Лук = Чк тк --ГТ--- .	(XI  1о)
z Л;
где xt и %2 — расстояния от оси здания соответственно до менее удаленной н
более удаленной точек.
Расчетная разность оседаний двух точек основания здания, вы-
званная равномерным наклоном
Ду = п,- tni i (х2 — щ),	(XI. 11)
где п>, т,— коэффициенты перегрузки и условий работы, приведенные в табл.
3 и 4 СНиП П-8-78; i — ожидаемый наклон поверхности земли.
Расчетное перемещение любой точки основания относительно
центральной оси здания, вызванное горизонтальными деформа-
циями растяжения или сжатия
Д I = + пЕ т£ е х,	(XI. 12)
где пе и mg —коэффициенты перегрузки и условий работы, приведенные в
табл. 3 и 4 СНиП П-8-78; 8 — ожидаемая величина относительной горизонталь-
ной деформации поверхности земли.
Расчетный угол наклона в любой точке основания здания, вы-
званный деформациями поверхности земли:
('к = ± Пк тл (x!R).	(XI. 13)
Экспериментальные исследования в лабораторных и натурных
условиях. Для проверки результатов теоретических исследований,
а также для установления действительного характера проявле-
382
ния сдвижений и деформаций поверхности земли при строительстве
подземных сооружений проводят экспериментальные исследования
в лабораторных и натурных условиях.
Лабораторные исследования выполняют на моделях умень-
шенного масштаба с соблюдением условий подобия между мо-
делью и натурным объектом. Воспроизведение механических про-
цессов, происходящих в грунтовом массиве при строительстве под-
земных сооружений, в большинстве случаев осуществляют по-
средством физического моделирования с применением методов
эквивалентных материалов, структурных моделей, оптико-поля-
ризационного, центробежного и др.1
При исследовании сдвижений и деформаций грунтового мас-
сива и поверхности земли наибольшее распространение получил
метод эквивалентных материалов, предусматривающий создание
моделей из искусственных материалов, имитирующих в опреде-
ленном масштабе реальный грунтовый массив. При этом сохра-
няется природа изучаемого процесса, который протекает на мо-
дели так же, как в натуре, и отличается только размерами сход-
ственных параметров и скоростью. Использование метода
эквивалентных материалов позволяет изучить механизм сдвиже-
ний и деформаций грунтового массива, проследить влияние на этот
процесс определяющих факторов и прогнозировать характер воз-
можных нарушений поверхности земли. При этом достигается
хорошее подобие модели и натурного объекта, высокая точность
получаемых результатов, имеется возможность имижировать слои-
стость, трещиноватость и неоднородность грунтового массива, тех-
нологию проходки подземных выработок и пр.
Метод эквивалентных материалов основан на теории подобия
Ньютона, которая устанавливает геометрическое, кинематическое
и динамическое подобие механических процессов. Поскольку
при сдвижениях и деформациях грунтового массива определяющи-
ми силовыми факторами являются силы тяжести и напряжения,
условие механического подобия между моделью и натурным
объектом может быть выражено следующим образом:
Лм/Ум 7м ~ Mt/Ун At — idem,	(XI. 14)
где NM и Nr — силовые факторы, представляющие собой расчетные сопротив-
ления при сжатии и растяжении, силы сцепления, модуль упругости и др.;
Ум н ун — плотность грунта на модели н в натуре; 1„ и /н — линейные разме-
ры на модели и в натуре.
Представив выражение (XI.14) в виде
= (7М//Н) (Ум/Ун) Nr,
можно, задавшись линейным масштабом модели иц=(>,/7н
и масштабом плотности = ум/уп> получить необходимые
характеристики эквивалентного материала.
Например, значения расчетных сопротивлений эквивалентно-
го материала при сжатии и растяжении получим из выражения
1 Насонов И. Д. Моделирование горных процессов. — М.: Недра, 1969.
383
rc,m = (zm/4) (Ym/Yh) Яс,и: 1
Яр,м=(/М//н) (Ym/Yh) *p,h, I	(X!J5)
Аналогичным образом могут быть получены значения коэф-
фициента сцепления и тангенс угла внутреннего трения:
бм = (zm/zh) (Ym/Yh) бн; 1§фм = ^8фн-	(XI. 16)
При моделировании процесса сдвижений и деформаций грун-
тового массива в упругой стадии необходимо соблюдение условий:
Ем — (Ym/Yh) (zm/zh) бн;
Рм = Цн>
(XI. 17)
где Е — модуль упругости; «— коэффициент Пуассона.
Если же напряженно-деформированное состояние грунтового
массива характеризуется наличием пластических деформаций,
то для обеспечения подобия необходимо, чтобы выполнялось
равенство:
еп.м/(еУ + 8п)м = еп.иИеу + 8п)и,	(XI. 18)
где еп — пластическая относительная деформация; еу —упругая относительная
деформация.
Основные константы подобия, являющиеся масштабами моде-
лирования, могут быть выражены через линейный масштаб и
касштаб объемной массы. Так, масштабы масс пгт, сил т2,
1.спряжений та и времени тх могут быть представлены в виде
тт = ту т3 ;
т„ = т., т3, ;
Р V i I	(XI. 19)
т<3 = ту’П1-,
тх = Vmi •
Помимо соблюдения приведенных выше условий, необходимо
обеспечить подобие граничных и начальных условий, скоростей
проходки подземных выработок и пр.
Моделирование процесса сдвижений и деформаций грунтово-
го массива и поверхности земли методом эквивалентных мате-
риалов выполняют на специальных стендах, имитируя плоское
или объемное напряженно-деформированное состояние
(рис. XI.6, а). Стенд представляет собой обычно стальной кар-
кас с днищем и боковыми стенками, причем лобовая стенка вы-
полняется из прозрачных материалов (стекло, плексиглас) для
возможности наблюдений за движениями и деформациями моде-
ли. Последнюю изготавливают из различных искусственных ма-
териалов, свойства которых обеспечивают механическое подобие
с натурой в соответствии с условиями подобия.
В качестве эквивалентных материалов применяют различные
смеси, состоящие из вяжущего (гипс, парафин, технический ва-
зелин или канифоль) и наполнителя (кварц, песок, молотая слю-
384
1 — стенд;
Рис. XI.6. Схема модели из Эквивалентных матепиалов
Т°ННеЛЯ' ^-P^ep; S-“a₽Ka; -
» индикаторы часового типа
вса;г«аЛ^’ Мел ИЛИ ГЛИНа)' Например, скальные ГРунты чаще
песка вя^ЛИРУЮТ ГИПСОпесчаной смесью, глинистые — смесью
прчип’пп а„зелина и автола, песчаные — мелкозернистом песком с
стоянии °" «ро“кой и ЛР- Приготовленную сМеРсь В гретом со-
(рис XI 6 бГТя у^л^ДЫВают в стенд и тщательно уплотняют
венного п’япп ^ЛЯ создания в модели грунтового массива естест-
используют м^хаХеДсЙйРМИги°ВаНН0Г0 СОСТОяН11я в РЯДе случаев
пригруз. еханическии, гидравлический или пневматическим
вь1работ°киЛзакрепляя° ее “авсива Устраивают модель подземной
Щей конструкций? которую вГХ Необхо«ти’ М^лью несу-
материалов, которые о бе^печиваю^сЮТ И3 ТакиХ и^Кусственных
ала обделки и грунта Абсолю?Х Соответствие свойств матери-
массива изменяют ппи nZ Ые сдвижения точек грунтового
«»пов, даюХ увел^С ?'2o“nfireHS валовых «кро-
зовать для этой Уцел„ фотофиЛтаю ра3‘ Можно та Le
Руя модель грунтового массива с зя- пеРи°Дическй фотографи-
нанесенными на стекло пепепял™ ННЫМИ в неЙ маРками и
модели относительно неподвижных"1	СМСТТ
помещая фотопластинки в ™ Реперов и шкаЛ измеряют,
Ры. Деформации"участков модеТальные приборы компарато-
сового типа или при помощи измеряют индикаторами ча-
скопов, которыми фиксируй 2, СПаРенных шкалах микро-
носительно другой В n L смеЩсния одной точки модели от-
«вформацИйДР„УаГ”од® яТР“'™ветсГ „ "ЗМере“»Я СЛВ„“е”"Й "
22^™ приборов, а также оптияХ^ХгТаФ™’1
пород.— м.: Недра, 198(у^б™6 И пР°НИцаем°сть подработанной Т°лЩи горных
Несмотря на достаточно высокую эффективность лаборатор-
ных исследований, они не всегда позволяют получить точный
прогноз сдвижений и деформаций грунтового массива и поверх-
ности земли главным образом из-за трудностей моделирования
и погрешностей измерений. Поэтому во многих случаях требует-
ся проведение наблюдений и измерений непосредственно на стро-
ящемся подземном объекте.
Экспериментальные исследования в натурных условиях вклю-
чают в себя наблюдения за процессом сдвижений и деформаций
грунтовой толщи, а также наземных зданий по трассе подземно-
го сооружения на различных этапах его строительства и эксплу-
атации. При этом производят систематические измерения верти-
кальных и горизонтальных смещений поверхности земли и
грунтового массива и определяют основные параметры процесса
сдвижения: граничные углы, наклоны и кривизну мульды сдви-
жения, горизонтальные деформации растяжения и сжатия, ско-
рости оседания, периоды опасных деформаций и пр. Кроме того,
фиксируют все видимые дефекты и повреждения элементов зданий,
находящихся в зоне влияния подземного сооружения.
Программа исследований, устанавливающая длительность,
периодичность и методику измерений, должна учитывать конкрет-
ные градостроительные и инженерно-геологические условия, глу-
бину заложения подземного сооружения, способ его строительст-
ва и пр. Обычно измерения начинают до проходки подземной
выработки и прекращают через несколько лет после ввода со-
оружения в эксплуатацию. Это позволяет обнаружить появление
сдвижений и деформаций на первой стадии и проследить дина-
мику их развития во времени, вплоть до полного затухания. Для
реализации программы исследований организуют специальные
наблюдательные станции, располагая их по трассе строящегося
подземного сооружения. В зависимости от конкретных целей на-
турных исследований наблюдательные станции могут быть предназ-
начены для производства кратковременных (несколько месяцев)
или длительных (нисколько лет) наблюдений.
В пределах наблюдательной станции располагают все необхо-
димые измерительные приборы и оборудование для контроля за
процессом сдвижений и деформаций. Ширину зоны влияния под-
земного сооружения устанавливают ориентировочно в зависи-
мости от глубины заложения и инженерно-геологических усло-
вий порядка 1,5—2 глубин заложения тоннеля в каждую сторо-
ну от оси. Измерения оседаний поверхности земли, грунтовой
толщи и фундаментов зданий производят чаще всего путем ни-
велирования соответственно поверхностных, глубинных и стен-
ных реперов. Для определения величин горизонтальных сдвиже-
ний поверхности земли выполняют теодолитную или стереофоничес-
кую съемку поверхностных реперов. Горизонтальные сдвижения
точек грунтового массива измеряют специальными приборами
(инклинометрами, экстензометрами, геофизическими приборами),
помещаемыми в пробуренные скважины.
386
Поверхностные реперы закладывают по трассе подземного
сооружения в пределах зоны его влияния, забивая их в грунт
или дорожное покрытие. Они представляют собой отрезки сталь-
ных трубок или стержней диаметром 6—8 и длиной 80—-100 мм,
на одном конце которых приварена накладка с выступом для
установки нивелирной рейки или вешки.
Измерения оседаний и горизонтальных смещений реперов
производят соответственно нивелированием и теодолитной съем-
кой, причем начальные измерения выполняют до проходки под-
земного сооружения. Помимо рабочих реперов, по которым оп-
ределяют оседания и горизонтальные перемещения поверхности
земли, вне зоны влияния подземного сооружения закладывают
неподвижные опорные реперы. Их высотные отметки и координа-
ты устанавливают с использованием исходных реперов, являю-
щихся, как правило, пунктами наземной геодезической основы.
Глубинные реперы выполняют из стальных стержней диамет-
ром 20—30 мм, к нижнему концу которых приварен опорный диск
диаметром 120—150 мм, и стальных труб диаметром 50 мм. Тру-
бу вместе со стержнем опускают в пробуренную скважину так,
что опорный диск упирается в дно скважины, а нижний конец
трубы не доходит до диска на 400—500 мм. При этом труба воз-
вышается над поверхностью земли на 200—300 мм, а стержень
выступает из трубы на 100—150 мм (рис. XI.7, а).
После установки трубы и стержня в проектное положение сква-
жину засыпают песком, отдельными слоями с поливкой воды и
уплотнением. Труба снимает силы трения грунта по стержню и
перемещается совместно с поверхностью земли, для чего к верх-
ней ее части приварены арматурные стержни, которые заделыва-
ются в грунт. Вертикальные перемещения свободного конца стерж.
ня относительно верха трубы, характеризующие относительные
смещения точек грунтового массива, измеряют с точностью не ме-
нее 0,1 мм при помощи линейки с миллиметровой шкалой и ин-
дикатора часового типа с ценой деления 0,01 мм, закрепляемых
па стержне. Абсолютные перемещения трубы и стержня, т. е. осе-
дания поверхности земли и точек грунтового массива, измеряют
обычными или прецизионными нивелирами от опорных реперов.
Для контроля за деформациями элементов зданий, попадаю-
щих в зону влияния подземных выработок, устанавливают стенные
реперы — крупные заершенные стальные стержни диаметром
25—30 мм п длиной 180—200 мм или готовые железнодорожные
костыли. Их закладывают на цементном растворе в фундаменты,
цоколи или стены зданий по периметру с интервалами 10—25 м
(рис. XI.7, б).
Высотные отметки стенных реперов измеряют путем нивелиро-
вания III класса от опорных реперов. Кроме того, устанавливая
на трещины маяки, измеряют длину и ширину раскрытия трещин
в стенах зданий, ширину раскрытия осадочных швов, а также
фиксируют другие деформации и дефекты, возникающие в конст-
рукциях зданий при строительстве подземного сооружения. При
387
Рис. XI.7. Схемы глубинного (а) и стенного (б) реперов
/—стальной стержень 0 12—15 мм; 2 — опорный диск; 3 — труба 0 50 мм; 4 — план зда-
ния; 5 — стенной репер
этом используют прогибомеры, тензометры, стереофотограммет-
рические приборы и другую измерительную технику.
Горизонтальные сдвижения грунта на различных глубинах из-
меряют специальными приборами, опускаемыми в скважины, про-
буренные с поверхности земли или из пройденной подземной вы-
работки. Чаще всего для этой цели применяют инклинометры раз-
личных систем, которые на тросах опускают в скважины, предва-
рительно обсаженные гибкими гладкостенными металлическими
или пластиковыми трубами диаметром 25—50 мм. Кольцевой за-
зор между трубами и стенками скважин заполняют тампонажной
смесью, что обеспечивает совместность деформаций труб и окру-
жающего грунтового массива. Деформации стенок труб, вызван-
ные подвижками грунта, фиксируются инклинометром, и соответ-
ствующие сигналы по электрокабелю передаются на записывающее
устройство, расположенное на поверхности земли. Точность изме-
рений горизонтальных смещений составляет 0,2 мм на 1 м глуби-
ны скважины.
;88
Получают распространение геофизические методы измерений
сдвижений и дефор^а1*ий грунтового массива: скважинный аку-
стический каротаж, гравиеметрия, сейсмометрия, магнитометрия и
пр Применение этих методов дает возможность осуществлять ав-
томатизированный контроль за нарушением поверхностных усло-
вий в процессе строительства подземного сооружения и в соответ-
ствии с развитием сдвижений и деформаций грунтового массива
корректировать редким проходки
По результатам натурных наблюдении и измерении строят
графики оседаний, горизонтальных сдвижений и деформаций грун-
тового массива и ’ поверхности земли на различных стадиях про-
ходки подземной выработки по линиям установки реперов и при-
боров.
Все это дает возможность оценить характер и интенсивность
проявления сдвижений и деформаций и внести необходимые уточ-
нения в технологию проходки подземных выработок с целью ми-
нимальных нарушений окружающей среды, обеспечения устойчи-
вости расположенных поблизости зданий и сооружений.
S 34 МЕРЫ по ОГРАНИЧЕНИЮ НАРУШЕНИИ
8 ПОВЕРХНОСТНЫХ УСЛОВИЙ
Планировочные и конструктивно-технологические меры. Прог-
нозирование характера и интенсивности процесса сдвижений и де-
формаций грунтового массива и земной поверхности дает возмож-
ность принять необходимые меры по предупреждению и ограниче-
нию нарушений поверхностных условий, обеспечению устойчивости
зданий и сооружений во время проходки подземных выработок.
Это с одной стороны, планировочные, конструктивные и техноло-
гические меры касающиеся расположения трассы подземного
сооружения выбора конструкции и технологии производства под-
земно-строительных работ, а с другой стороны, меры по защите
зданий и инженерных коммуникаций по трассе строящегося под-
земного сооружения-
Планировочные меры предусматривают такое расположение
подземного сооружения в плане, при котором осадки и деформа-
ции поверхности земли будут иметь минимальные значения и не
будут влиять на состояние зданий и инженерных коммуникаций.
Это достигается трассированием подземных сооружений преиму-
щественно под маЛ°застроенными участками городской террито-
рии под скверами и парками, площадями и магистральными ули-
цами под зданиями, требующими капитального ремонта или
предназначенными на снос, а также в обход исторических и архи-
тектурных памятников.
Конструктивные меры сводятся к применению тоннельных обде-
лок наиболее рациональных с точки зрения ограничения наруше-
ний' устойчивости грунтового массива в процессе строительства
подземного сооружения. Этим требованиям в наибольшей степени
отвечают конструкции обделок из набрызг-бетона, монолитно-
389
прессованного бетона, а также сборных чугунных и железобетон-
ных обделок, обжатых распором в окружающий грунт. Такие об-
• делки возводят без зазора с контуром выработки, что исключает
первичное нагнетание тампонажной смеси и обеспечивает сравни-
тельно быстрое вступление их в совместную работу с окружаю-
щим грунтом, ограничивая сдвижения и деформации последнего.
Следует, однако, отметить, что эффективность применения обжатых
в грунт обделок с точки зрения предотвращения осадок поверх-
ности земли в значительной степени снижается в связи с тем, что
до 50% распорного усилия тратится на упругое обжатие самой
обделки. Поэтому дальнейшее совершенствование конструкций об-
жатых обделок и способов их возведения должно предусматривать
более полную передачу усилий обжатия на грунт, что будет способст-
вовать ограничению сдвижений и деформаций грунтового массива.
Наиболее действенными являются технологические меры, нап-
равленные на устранение причин развития сдвижений и дефор-
маций. Эти меры касаются главным образом последовательности
п технологии разработки грунта в забое и крепления выработки.
Например, при необходимости ведения горно-проходческих работ
параллельно несколькими забоями должна соблюдаться строгая
очередность их раскрытия, что обеспечивает плавное развитие
сдвижений и дефо|5Тмаций грунтового массива и поверхности земли.
С этой же целью необходимо ограничивать глубину заходки, не до-
пускать переборов грунта в забое, осуществлять быстрое и тщатель-
ное крепление выработки, производить своевременное и качествен-
.ное нагнетание тампонажной смеси за обделку. Эти и другие техно-
логические меры дифференцированы в зависимости! от способов ст-
роительства подземных сооружений в различных инженерно-геоло-
гических условиях. Так, при проходке подземных выработок гор-
ным способом в нарушенных скальных и полускальных грунтах с
целью уменьшения деформаций земли исключают или ограничи-
вают применение буровзрывных работ, особенно при заложении
подземного сооружения на небольшой глубине под застроенной
территорией. В этом случае целесообразно применение тоннеле-
проходческих машин, которые создают минимальные переборы
грунта в забое и незначительные динамические воздействия на
грунтовый массив. В качестве временной крепи целесообразно
использовать набрызг-бетон, стальные и сталеполимерные анкеры,
которые практически сразу после их установки вступают в работу
и стабилизируют грунтовый массив в окрестности подземной вы-
работки.
В полускальных грунтах возможно применение нового австрий-
ского тоннельного способа, который позволяет избежать чрезмер-
ных осадок поверхности земли при строгом соблюдении технологи-
ческих режимов производства тоннелестроительных работ. В сла-
бых неустойчивых грунтах проходка подземных выработок гор-
ным способом неизбежно вызывает значительные деформации
поверхности земли, поэтому в этих условиях применяют преиму-
щественно щитовой способ работ. Для ликвидации причин воз-
никновения сдвижений и деформаций грунтового массива и поверх-
ности земли при щитовой проходке принимают специальные меры
по предотвращению выпусков грунта в забое и на участке хвосто-
вой оболочки щита, а также по устранению начальной эллипти-
чности колец обделки.
Значительное уменьшение переборов и выпусков грунта в за-
бое достигается применением механизированных щитов, оснащен-
ных различными рабочими органами и крепежными приспособле-
ниями. Так, в несвязных грунтах естественной влажности получи-
ли распространение щиты с горизонтальными рассекающими пол-
ками, челюстными или экскаваторными погрузчиками, щиты с
лобовым ограждением в виде сплошной или регулируемой план-
шайбы, а также щиты с грунтовым пригрузом (см. гл. IX, §27).
Указанные приспособления практически исключают переборы
грунта и обеспечивают его дозированный отбор.
В слабых водонасыщенных грунтах наименьшие нарушения
имеют место при проходке выработок щитами с пригрузочными
камерами, заполненными под давлением сжатым воздухом, водой
или бентонитовой суспензией. Для уменьшения переборов в забое
щита важно обеспечить точное ведение его по трассе с минималь-
ными отклонениями от проектного положения. Это достигается
установкой специальных стабилизаторов-элеронов, а также при-
менение современных навигационных приборов и систем автома-
тического контроля за положением щита.
С целью снижения сдвижений и деформаций поверхности зем-
ли щитовую проходку следует вести равномерно с большими ско-
ростями, без длительных остановок. В слабых неустойчивых грун-
тах целесообразно применять способ вдавливания немеханизиро-
ванного щита, что уменьшает осадки поверхности земли на 15—
20% по сравнению с обычной технологией. При этом разработку
грунта в забое ведут заходками по 0,3—0,5 м, оставляя недоборы
по периметру аванбека порядка 10—15 см с последующей срез-
кой их при вдавливании щита. Уменьшение подвижек грунта в
пред елах хвостовой оболочки щита достигается различными средст-
вами. Например, для сокращения величины зазора между обделкой
и грунтом применяют гибкие тонкостенные хвостовые оболочки,
шарнирно соединенные с опорным кольцом щита, а также разрез-
ные, состоящие из отдельных полос-шандор, поочередно выдвига.
емых вперед по мере монтажа очередного кольца обделки.
В нашей стране ЦНИИСом разработана и испытана конструк-
ция гибкой хвостовой оболочки, состоящей из отдельных не свя-
занных между собой узких полос, консольно закрепленных на
опорной части щита1. Полосы, изготовленные из высокопрочной
стали, имеют переменную толщину от 7 до 10 мм. Кольца обжи-
маемой в грунт обделки собирают на такой оболочке практически
1 Демешко Е. А. Исследование гибкой хвостовой оболочки механизирован-
ного проходческого щита. Труды ЦНИИС. Механизированные щиты для проход-
ки тоннелей. — М.: Транспорт, 1977, с. 55.
без зазора, а при передвижке щита полосы изгибаются, обеспечи-
вая необходимую маневренность щита (рис. XI.8). В результате
устранения строительного зазора оседания грунта под подземной
выработкой сводятся к минимуму.
При проходке тоннелей щитами с обычными жесткими оболоч-
ками важное значение для уменьшения подвижек грунта имеет сво-
евременное и равномерное заполнение зазора между обделкой и
контуром выработки в зоне хвостовой оболочки щита. Чтобы исклю-
чить возможное обрушение грунта в строительный зазор во время
передвижки щита, нагнетание тампонажных материалов следует
производить непосредственно за монтируемое кольцо обделки.
Как показал опыт щитовой проходки тоннелей в несвязных грун-
тах, это обеспечивает заполнение заобделочного пространства до
передвижки щита и уменьшает максимальные осадки на 20—30%.
Для нагнетания за монтируемое кольцо используют пластич-
ные тампонажные материалы: цементно-бентонитовую смесь, мел-
кий фракционированный гравий и т. п., подавая их насосами не-
прерывного действия через отверстия в элементах обделки. Разра-
ботана технология заполнения строительного зазора через гори-
зонтальные трубки, расположенные по периметру хвостовой обо-
лочки щита и защищенные накладками из уголков. Нагнетание
тампонажной смеси за монтируемое кольцо обделки требует при-
менения специальных уплотняющих устройств, предотвращающих
вытекание тампонажной смеси внутрь щита. Уплотнители необхо-
димы и в щитах с пригрузочной камерой для того, чтобы вода
или бентонитовая суспензия, находящиеся в камере под давлени-
ем, а также напорные грунтовые воды не прорвались в щит через
строительный зазор. В тоннелестроении применяют уплотнители
фартучного, торового (надувного) и комбинированного типов.
Фартучные уплотнители изготовляют из высокопрочных тканей
или резины и армируют стальным кордом, пружинящими пласти-
нами, шинами и т. п., что повышает их износоустойчивость. При
проходке подводных тоннелей щитами с призабойной пригрузоч-
ной камерой применили уплотнители, состоящие из двух кольце-
вых неопреновых манжет, прикрепленных к хвостовой оболочке.
Между манжетами помещено кольцевое уплотнительное устрой-
ство, которое, будучи заполненным сжатым воздухом, перекрыва-
ет строительный зазор на период возможной замены вышедших
из строя манжет (рис. XI.9).
В нашей стране применяли уплотнители торгового типа системы
ЦНИИСа, представляющие собой надувную конструкцию из воз-
духонепроницаемой прорезиненной эластичной ткани, закреплен-
ную на хвостовой оболочке щита. В зависимости от инженерно-
геологических условий и величины строительного зазора применя-
ют пневматическое торовое устройство с отпором (рис. XI. 10,а)
и без отпора в грунт (рис. XI.10, б). Сразу же после передвижки
щита на величину заходки в торовое устройство подают сжатый
воздух, и оно расширяется, заполняя зазор между обделкой и
392
Рис, XI.8. Схемы расположения гибкой хвостовой оболочки щита после монтажа кольца
обделки (а) и после передвижки щита и разжатия кольца (б)
/ — опорное кольцо; 2 — щнтовой домкрат; 3 —гибкая оболочка; -/ — блоки обделки
Рис. XI.9. Конструкция уплотнителя строительного зазора
/ — хвостовая оболочка; 2 — неопреновая манжета; 3 — утолщение оболочки; / — надувное
устройство; 5—направление притока воды и глинистого раствора; 6 — блоки обделки
Рис. XI.10. Конструкция пневматического
горового устройства с отпором (а) и без
отпора (б) в грунт
/ — контур выработки; 2 —оболочка щи-
га; 3 — кольцо для крепления торового
устройства; / — канал для подачи сжато-
го воздуха; 5 — торовое устройство; 6 —
тампонажная смесь; 7 — блок обделки;
<5 — прижимная планка; 9 — щитовой дом-
крат; 10 — воздухопроводный шланг; // —
воздухопроводная труба
393
контуром выработки (или между обделкой и хвостовой оболоч-
кой) по всему периметру кольца. Тем самым предотвращается
обрушение грунта в зону строительного зазора и создаются усло-
вия для качественного нагнетания тампонажной смеси в заобде-
лочное пространство. Следует отметить, что пневматическое торо-
вое устройство, помимо герметизации строительного зазора обжи-
мает радиальные стыки сборной обделки, придает кольцам обдел-
ки правильную геометрическую форму, устраняя начальную эл-
липтичность. В практике тоннельного строительства для умень-
шения эллиптичности колец сборных обделок применяют также
специальные укладчики дугового и кассетного типа, обеспечиваю-
щие постоянство формы и размеров монтируемых колец.
При щитовой проходке перегонных тоннелей Московского мет-
рополитена под железнодорожными путями для стабилизации
грунтов и предотвращения осадок поверхности земли по трассе
тоннелей поперек их осей из вспомогательной траншеи продавли-
вали трубы с шагом 1 м. В пределах возможных призм обрушения
в трубах были оставлены отверстия, через которые в грунт нагне-
тали цементный раствор. Нагнетание вели одновременно с пере-
движкой щита над кольцом обделки, выходящим из-под оболочки
щита. Таким образом, над тоннелем образовывалась защитная
плита, а грунт заполнял строительный зазор за обделкой. Осадки
поверхности не превышали 30 мм, что позволило вести проходку
тоннеля без нарушения движения поездов.
При строительстве городских тоннелей способом продавлива-
ния для устранения возможных сдвижений и деформаций поверх-
ности земли принимают меры по предотвращению выпусков грун-
та в забое, так же как при щитовой проходке. В связи с отсутстви-
ем строительного зазора оседания поверхности земли при продав-
ливании в общем случае меньше, чем при щитовой проходке,
однако могут возникнуть значительные горизонтальные сдвиже-
ния и деформации грунтового массива. Для уменьшения величин
горизонтальных сдвижений и деформаций стремятся снизить силы
трения между обделкой и грунтом, применяя металлические ан-
тифрикционные ленты, нагнетая за обделку бентонитовую суспен-
зию или другие маловязкие составы (см. гл. IX, §28). Получает
развитие способ строительства подземных сооружений под защи-
той экрана из труб, залавливаемых по контуру подземной выра-
ботки (см. гл. IX, § 29). При этом сдвижения и деформации по-
верхности земли могут быть сведены к минимуму.
Одной из наиболее радикальных мер по устранению или умень-
шению сдвижений и деформаций поверхности земли при строи-
тельстве городских подземных сооружений является применение
специальных способов закрепления неустойчивых грунтов. Так,
путем химического закрепления грунта над подземной выработ-
кой создается несущий свод, воспринимающий давление вышеле-
жащей грунтовой толщи и практически устраняющий сдвижения и
деформации поверхности земли.
Работы по химическому закреплению грунта осуществляются
394
как с поверхности земли, так и из подземных выработок. В послед-
нем случае скважины, по которым подают закрепляющий состав,
забуривают из специальных камер, устраиваемых по трассе тонне-
ля через 20—40 м или непосредственно через хвостовую оболочку
щита. Такая технология позволяет размещать все необходимое
оборудование в подземной выработке и практически не нарушает
поверхностных условий во время строительства подземного соору-
жения закрытым способом. Приведенные выше конструктивно-
технологические меры способствуют уменьшению сдвижений и де-
формаций грунтового массива и поверхности земли при строитель-
стве подземных сооружений, однако не всегда позволяют пол-
ностью исключить нарушения поверхностных условий. В связи с
этим в ряде случаев принимают специальные меры по защите
фундаментов зданий и инженерных коммуникаций, расположенных
в зоне влияния подземного сооружения.
Защитные меры по сохранности зданий и подземных коммуни-
каций. В зависимости от ожидаемых деформаций поверхности зем-
ли в основании зданий принимают профилактические и конструк-
тивные защитные меры по обеспечению их нормальной эксплуа-
тации в период строительства подземного сооружения. Необходи-
мость в принятии защитных мер возникает при ожидаемых
наклонах в мульде сдвижения более 3 мм/м, радиусах кривизны
менее 20 км и горизонтальных деформациях более 1 мм/с. Прини-
маемые меры должны гарантировать полную или частичную защи-
ту зданий от влияния подземных выработок. При частичной защи-
те допускаются незначительные повреждения конструктивных эле-
ментов здания, которые могут быть легко устранены при проведе-
нии текущего ремонта.
П рофилактические меры заключаются в обеспечении надежно-
го опирания перекрытий на стены и прогоны, в заполнении двер-
ных и оконных проемов кирпичной кладкой или обрамлении их
стальными обоймами, что исключает концентрацию напряжений
в стенах, усилении отдельных конструктивных элементов, ипъ-
ектпровании трещин и пр.
Конструктивные меры предусматривают усиление несущих
конструкций зданий и их фундаментов, причем здание в целом
может взаимодействовать с грунтом основания по жесткой или
податливой схеме.
В первом случае несущая конструкция здания обладает повы-
шенной жесткостью и должна воспринимать все дополнительные
усилия, возникающие в связи с деформациями поверхности земли,
В гибких зданиях, работающих в режиме совместных деформаций
с грунтом основания, такие дополнительные усилия не возникают.
В зависимости от расположения подземного сооружения отно-
сительно зданий принимают различные конструктивные меры.
Если подземное сооружение располагается непосредственно иод
фундаментами зданий, конструктивные меры предусматривают:
разделение зданий на отсеки деформационными швами;
395
усиление зданий (отсеков) тяжами, поясами, распорками,
плитными фундаментами;
выравнивание наземной части зданий (отсеков) домкратами;
устройство защитного зонта из свай над подземным сооруже-
нием.
Разделение зданий на отсеки рекомендуется для зданий боль-
шой длины и сложного очертания в плане, попадающих на крайние
участки или на участки перегиба мульды сдвижения, где возника-
ют наибольшие искривления и горизонтальные деформации по-
верхности земли. Здания разделяют на отсеки деформационными
(осадочными) швами шириной 50—60 мм, которые желательно
располагать рядом со сквозными поперечными стенами. Разрезка
здания делается по вертикали на всю высоту стен от кровли до
подошвы фундамента. При этом каждый из отсеков здания дол-
жен обладать достаточной жесткостью и работать как самостоя-
тельное здание.
Усиление зданий или отсеков тяжами и поясами производят
при значительных искривлениях земной поверхности. Тяжи и рас-
пределительные пояса устанавливают по периметру наружных и
внутренних несущих стен с одной или двух сторон в нескольких
уровнях по высоте здания. Иногда вместо тяжей устанавливают
пояса и распорки.
При расположении зданий в зоне отрицательной кривизны
мульды сдвижения для защиты его от горизонтальных деформа-
ций устраивают сплошные плитные фундаменты. Жесткая желе-
зобетонная плита, забетонированная непосредственно на грунте
или в уровне подвального перекрытия, воспринимает дополнитель-
ные усилия, вызванные горизонтальными деформациями растяже-
ния или сжатия земной поверхности.
В ряде случаев для сохранения зданий их поддерживают сис-
темой гидравлических домкратов, установленных между фунда-
ментной и надземной частью. По мере возрастания осадок осно-
вания здание поднимают на высоту, равную величине осадки,
удерживая его надземную часть на требуемом уровне.
Эффективным средством защиты зданий от деформаций осно-
вания может служить устройство защитного зонта над подземным
сооружением. Буровые сваи, наклоненные под разными углами и
заложенные на различную глубину, армируют грунт, увеличивая
его сцепление и внутреннее трение, и предотвращают деформации
основания под зданиями. На рис. XI. 11 показан пример такого
зонта из буровых свай над тоннелем, пройденным на глубине
6 м от подошвы фундаментов многоэтажного здания.
Для защиты зданий, расположенных рядом со строящимися
подземными сооружениями, принимают защитные меры, включаю-
щие: разработку траншей вдоль стен здания; устройство ограж-
дающих стен; искусственное закрепление грунта под фундамен-
тами здания.
Прокладка траншей, служащих своеобразными компенсатора-
ми, значительно уменьшает влияние на здания горизонтальных
396
рис. XI.11. Схема защитного зонта из
свай над строящимся тоннелем
/ — фундаменты здания; 2 — буровые
сваи; 3 — тоннель
рис. Х1Л2 Схема расположения ограж-
дающих стен
1 —перегонные тоннели метрополитена;
2 — шпунтовая стена; 3 — предполагаемая
плоскость скольжения
деформаций грунтового массива. Траншеи шириной 0,4—0,6 м
вскрывают вдоль стен зданий перпендикулярно направлениям го-
ризонтальных деформаций и заглубляют на 20—30 см ниже подо-
швы фундаментов. Разработанные траншеи засыпают шлаком,
опилками или заполняют бентонитовой суспензией и перекрывают
плитами.
Более эффективным средством защиты является устройство
ограждающих стен между фундаментом здания и подземным со-
оружением. Вертикальные или слабо наклоненные ограждения
возводят из стального шпунта, буронабивных свай или сплошных
траншейных стен, сооруженных по технологии «стена в грунте».
При необходимости ограждающие стены раскрепляют грунтовыми
анкерами.
Ограждающие стены, заглубленные ниже предполагаемой пло-
скости скольжения грунта, ограничивают размеры мульды сдви-
жения и предотвращают деформации зданий. Например, в Моск-
397
Рис. XI.13. Пример подведения свайного фундамента под здание над строящимся тоннелем
/ — железобетонная плита ростверка; 2 —сваи; 3 — тоннель; 4 — грунтовые анкеры
Рис. XI.14. Искусственное закрепле-
ние грунта под фундаментом здания
7— фундамент; 2 — скважины; 3 —
закрепленный грунт; 4— тоннель
Рис. XI.15. Схема расположения под-
держивающих конструкций под
железнодорожным тоннелем
1 — действующий железнодорожный
тоннель; 2 — поддерживающие кон-
струкции; 3 — автодорожные тонне-
ли
ве для защиты зданий по трассе тоннелей метрополитена мелко-
го заложения, сооружаемых щитовым способом, неоднократно уст-
раивали ограждающие шпунтовые стены (рис. XI. 12). В тех слу-
чаях, когда устройство ограждающих стен оказывается
недостаточной мерой, здания защищают подведением под них
дополнительного свайного фундамента. Его устраивают обычно
в виде системы винтовых или буронабивных свай, основание ко-
торых опирается на ненарушенный грунт, и мощных ростверков из
балок и стенок. Такие фундаменты воспринимают дополнитель-
ные нагрузки от здания, вызванные деформациями основания при
строительстве подземного сооружения.
На рис. XI.13 показан пример подведения фундамента под
здание, расположенное непосредственно над тоннелем. Фундамент
состоит из мощных предварительно напряженных железобетон-
ных балок ростверка высотой 1,1 м, опирающихся на сваи-обо-
лочки диаметром 560 мм, заглубленные в плотные грунты. При
399
строительстве автотранспортного тоннеля на площади Маяковс-
кого в Москве для сохранения существующего четырехэтажно-
го здания под одну из его стен подвели фундамент из монолитно-
го железобетона, а стены первого этажа усилили металлическим
каркасом.
При строительстве подземных сооружений рядом со здания-
ми, фундаменты которых заложены в несвязных малоустойчивых
грунтах, в ряде случаев применяют искусственное закрепление ос-
нования под фундаментами: силикатизацию или смолизацию.
При этом нагрузка от здания передается на участок грунтового
массива, находящийся вне мульды сдвижения (рис. XI. 14).
При строительстве тоннелей вблизи существующих подзем-
ных сооружений часто требуется защита этих сооружений от
влияния горно-проходческих работ. В зависимости от взаимного
расположения строящегося и существующего подземных сооруже-
ний усиливают конструкции последнего, закрепляют грунтовый
массив или подводят под сооружение специальный фундамент.
Например, на одном из участков строящихся автодорожных
тоннелей трасса пересекает под углом действующий железно-
дорожный тоннель и заложена под ним на глубине 3,9 м. Для
предотвращения возможных повреждений и деформаций желез-
нодорожного тоннеля под него подвели две поддерживающие
конструкции в виде мощных предварительно напряженных желе-
зобетонных балок, забетонированных в специально пройденных
галереях (рис. XI.15). Каждая поддерживающая конструкция со-
стоит из двух продольных галерей длиной 27,6 и 47,4 м, соеди-
ненных через каждые 12 м поперечными галереями. Все галереи
подковообразного поперечного сечения шириной 2,1 и высотой
2,7 м расположены на расстоянии 30,5 см от низа железнодо-
рожного тоннеля.
Для защиты подземных коммуникаций, попадающих в зону
влияния строящегося подземного сооружения, принимают профи-
лактические и конструктивные меры.
Профилактические меры сводятся к предварительному вскры-
тию и тщательному обследованию подземных коммуникаций, а
также предусматривают возможность их переключения или пере-
кладки в случае аварии.
Конструктивные меры включают работы по усилению конст-
рукций трубопроводов путем постановки муфт, хомутов, ком-
пенсаторов и пр. Во время строительства подземного сооружения
за состоянием подземных коммуникаций ведут систематические
наблюдения. В случае необходимости их выравнивают клиньями,
подбивают песком, подвешивают на временных опорах и т. п.
Таким образом, принятие комплексных конструктивно-техноло-
гических и защитных мер дает возможность значительно умень-
шить деформации поверхности земли и обеспечить сохранность
зданий и инженерных коммуникаций по трассе строящегося
подземного сооружения.
400

Глава XII. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА И
ОБОРУДОВАНИЕ
ГОРОДСКИХ ПОДЗЕМНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
§ 35. ИСКУССТВЕННАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ
3аДачи вентиляции. Для нормальной эксплуатации
ляК » подземных транспортных сооружений необходимо соз-
вав Х™^ЦеЛ0Г0 комплекса различных устройств и оборудо-
ность nnS щих требуемую чистоту, температуру и влаж-
м? того п^а’ условия видимости и безопасности движения. Кро-
статочнп ВаЖН° обеспечить в подземных сооружениях до-
статочно высокий уровень комфорта с учетом современных сани-
; o°ZvrZZ:eCS”X ”	тре^оХий, извить людей
/ИГ	пространства, «подзеияости».
o6odvw^ о 8Се кРУПные городские подземное сооружения
ДоотвХ системамй искусственной вентиляции, освещения, во-
Устройс™ам^ГНаЛИЗаВДй? контрольными, противопожарными
темой НХ ' И Р’’ КОт°Рые Должны быть связаны с общей сис-
магистралях ДГд0р"0ЛГУЛ“Р°ЮВМ М "Р»жг«°щ“х
Уст™й«»Т»ЮУЬ ”Рмы««™ тех пли наш эксплуатационных
положения Т °т вида поДземного сооружения, места его рас-
усяовий ’ НярхИтектУРн°-Планировочных и градостроительных
ycTDOHCTR nHanPfWeP’ при проектировании эксплуатационных
жно быть v автотРансп°Ртаых тоннелях основное внимание дол-
попта	° волР°сам безопасного движения автотранс-
тевспвности Тв«Ти»я10Л"“° У,Итывать ™рен«гт„0»ый Р“т ,«
изменяете?Т. У™'ГЫМ’Ь. что интенсивность дипжИ»"’ " тоннеле
утренние и в	е суток с явно выраженным увеличением в
сообоазнп рНИе Часы пик <РИС- XII 1). В связи с этим целе-
соответствш! rT7H°e отключен«е эксплуатационных устройств в
а.°,Хт”Т р”те“™хть,° ™ CITOCO6my” уве-
J-т	'-«/‘У л\ОЬ1.	4
ражейЯПоХоЛре^ИпКСПЛуатаЦИй подземных автостоянок и га-
создание cZMZ MH’ QCBeimiHH и водоотвода необходимо
становку =	? устРОйстВ, обеспечивающих быструю по-
ИХ из гаоажа нбилеи Н3 Свободные стояночные места и вывод
Усмотрены ^тп^^еХаНИЗИрОванных кражах должны быть пред-
ДвижуРщихся^Тр1стемТВа/7и1+1араНТИрУГОЩИ® надежнуЮ
жек враДаювшуг^ ЛйфтОвЫх подъемников, эскалаторов, теле-
земныхРтХ^пппТ П°Л0В й т- п- В процессе эксплуатации под-
защите одт™ сооружений должны быть приняты меры по
всего hckXS ™ Г°Р°дск°й среды. Имеется в виду прежде
и вибпапии к загрязнения атмосферы, снижение уровня шума
тещЗ о ХеижяЬШ°е ВНимание	бъпъ уде^о вопросам
-Щю содержания подземных транспортных соорУ>кеиии’ Целью
401
Рнс. ХИЛ. Пример графика суточной ин-
тенсивности автодвижеиия в тоннеле
которого является повышение !
степени их надежности, прод-1
ление срока службы и обеспе-1
чение безаварийной эксплуа-
тации.	j
Для создания в подземных '
сооружениях нормальных ат- .
мосферных условий устраи-
вают искусственную вентиля- .
цию, периодически подавая
свежий и удаляя загрязнен-
ный воздух- Искусственную
вентиляцию предусматривают
в транспортных тоннелях мел-
кого и глубокого заложения,
подводных тоннелях и тонне-
лях горного типа, а также в подземных автостоянках, гаражах и в
пешеходных тоннелях.
Основной задачей вентиляции в автотранспортных тоннелях и
гаражах является удаление вредных газов, выделяемых автомо-
бильными двигателями. При движении автомобилей по тоннелю
или гаражу в воздух попадают различные газы и соединения
свыше 100 наименований, среди которых наиболее токсичными
являются окись углерода СО, окислы азота NO*, углеводороды
Ст Н„, альдегиды, в том числе акролеин СН2СНСНО и сажа.
Концентрация газов и соединений в тоннеле зависит от вида
его продольного профиля, величины уклонов, высоты над уровнем
моря, состояния дорожного покрытия, интенсивности и скорости
движения, типа двигателя (карбюраторный или дизельный) и
технического его состояния, вида используемого топлива, а также
характера движения (равномерное, ускоренное, замедленное). По-
вышенный объем газовыделений наблюдается в подземных га-
ражах, имеющих станции технического обслуживания автомоби-
лей. Источниками газовыделений в пешеходных тоннелях явля-
ются двигатели автомобилей, перемещающихся по магистрали,
под которой построен тоннель, а также люди, проходящие по тон-
нелю.
Газы могут проникать в тоннель или гараж и через порталы
(въезды) из окружающей атмосферы, а также через обделку из
грунтового массива. Обычно воздух в пределах городской терри-
тории содержит различные газы и соединения, причем содержа-
ние ядовитых газов и примесей на улицах зачастую превышает
содержание их в тоннелях.
Попадающие в воздух подземного сооружения выхлопные
газы в большинстве своем токсичны, раздражают слизистую обо-
лочку глаз и органы дыхания. Наиболее токсичным газом, вред-
но воздействующим на здоровье людей, является окись углерода
СО. Предельно допустимая концентрация СО, обеспечивающая
безопасную эксплуатацию автотранспортного тоннеля и работу
402
обслуживающего персонала в нем, определяется в зависимости
от продолжительности нахождения людей в тоннеле и высоты над
уровнем моря. При постоянном или длительном пребывании лю-
дей в тоннеле предельно допустимая концентрация СО составля-
ет 30 мг на 1 м3 воздуха, при пребывании людей от 30 мин до
1ч — 50 мг/м3, от 15 до 30 мин — 100 мг^м3, до 15 мин —
150 мг/м3.
Широкое распространение дизельных двигателей приводит к
повышению выделений двуокиси углерода и окислов азога, кото-
рые не столь токсичны, как окись углерода, однако вытесняют
кислород и создают задымление воздуха в тоннеле. Если в об-
щем потоке число автомобилей с дизельными двига-
телями составляет 10—20%, задымление может стать основным
фактором, который надо учитывать при расчете вентиляции тон-
неля. Предельно допустимая степень задымления в тоннеле уста-
навливается обычно по условиям видимости и соответствует со-
держанию в 1 м3 воздуха 2—10 мг дыма.
Помимо двуокиси углерода и окислов азота дизельные двига-
тели выделяют большое количество альдегидов, в том числе
акролеин, который весьма ядовит и действует на слизистую обо-
лочку горла, носа и глаз.
Допустимая концентрация акролеина в воздухе составляет 0,7
и 2 мг/м3 соответственно при наличии и отсутствии в тоннеле пе-
шеходного движения.
Наряду с вредными газами, дымом и пылью при работе авто-
мобильных двигателей выделяется значительное количество паров
(конденсата), а также тепла, что приводит к повышению темпе-
ратуры воздуха в тоннеле. Объем тепловыделений зависит от
массы автомобилей, типа и мощности двигателя. Тепловыделения
в городских тоннелях обусловлены также работающими установ-
ками освещения, водоотвода и другого вспомогательного обору-
дования. Повышенная температура и влажность воздуха создают
дискомфорт в тоннеле и могут привести к коррозии стальных
элементов обделки и тоннельно-эксплуатационного оборудования.
Предельно допустимая концентрация окиси углерода в подзем-
ных автостоянках и гаражах составляет не более 0,005% по объ-
ему в течение 8 часов и не более 0,01 % кратковременно.
Допустимая концентрация вредных газов в воздухе пешеход-
ных тоннелей регламентируется по нормам для атмосферы воз-
душной среды населенных мест. При этом необходимо учитывать
продолжительность нахождения людей в пешеходном тоннеле, ко-
торая определяется его длиной, наличием в нем газетных киосков,
телефонов-автоматов, предприятий торговли и общественного пи-
тания. В соответствии с нормами допустимая среднесуточная кон-
центрация окиси углерода составляет 1 мг/м3, а акролеина
0,1 мг^м3; максимальная разовая концентрация окиси углерода
6 мг/м3, а акролеина — 0,3 мг/м3.
Таким образом, основными задачами искусственной вентиляции
являются снижение до допустимой нормы вредных газов и соеди-
403
нений (прежде всего окиси углерода и акролеина), снятие задым-
ления и запыленности воздуха и установление нормального тем-
пературного режима. Кроме того, вентиляция служит для быстрой
ликвидации возникших пожаров, а в городах с холодной зимой —
для предотвращения льдообразования в тоннеле.
Расчет искусственной вентиляции. Расчет искусственной вен-
тиляции подземных сооружений предусматривает определение
необходимого расхода и давления подаваемого воздуха. Расход
воздуха определяют в большинстве случаев из условий снижения
до допустимой нормы концентрации вредных газов. Для этого в
первую очередь необходимо определить содержание вредных га-
зов в воздухе подземной выработки.
Количество каждого токсичного компонента, выделяемого в
единицу времени одним «осредненным» автомобилем с карбюра-
торным двигателем или дизелем, может быть определено по фор-
муле
% ср Р
== (1 4-14,9 а) —Ко,	(XII.1)
где а — коэффициент избыточного расхода воздуха в горючей смеси; Gt.ср —
расход топлива одним «осредненным» автомобилем, кг/ч; Р — процентное со-
держание токсичного ком-
понента в выхлопных газах
по массе, %; Ко— коэффи-
циент, учитывающий влия-
ние высоты над уровнем
моря.
Величина коэффи-
циента а для карбюра-
торных двигателей со-
ставляет от 0,85 до 1,2,
а для дизелей от 1,5—
1,7 (порожние автомо-
били) до 2—2,5 (гру-
женые автомобили).
Примерное процентное
содержание СО в вы-
хлопных газах автомо-
бильных двигателей в
зависимости от режима
движения изменяется
от 2,5 до 4%, а акро-
леина— от 0,007 до
0,02%. Содержание са-
жи в выхлопе карбюра.
горных двигателей
карбюраторные
двигатели'
дизельные
двигатели
Рис. ХИ.2, Изменение величины
коэффициентов Л’о Ск (б) и
С д (в)
404
обычно составляет 0,04 г/м3, а дизелей — от 0,01—1,1 г/м3.
Величиной Ко учитывают увеличение выброса токсичных ком-
понентов с высотой над уровнем моря в связи с изменением дав-
ления и температуры воздуха, что приводит к переобогащению ра-
бочей смеси из-за уменьшения плотности засасываемого воздуха.
Значения коэффициента Ко для карбюраторных двигателей и
дизелей можно определить по графику на рис. ХП.2,а.
Расход топлива одним «осредненным» автомобилем с карбюра
торным двигателем или дизелем можно определить как
GT cp = 2Gi; «ь	(XiL2>
где GTj — расход топлива двигателем автомобиля определенной модели, кг/ч;
tni — доля автомобилей определенной модели в общем потоке.
Часовой расход топлива одним автомобилем определенной мо-
дели, перемещающимся со скоростью (км/ч) на нулевом укло-
не и на высоте 0—400 м над уровнем моря, определяется по фор-
муле
GTZ = (^pTva)/100,	(XII.3)
где q-ri—удельный расход топлива автомобилей определенной модели при ско-
рости движения ца, л; 100 км; рт —плотность топлива, кг/л.
Величину qti для отечественных легковых, грузовых автомо-
билей и автобусов базовых моделей можно определить по их
топливным характеристикам, приведенным в специальной литера-
туре1. Плотность топлива при температуре 293 К в зависимости
от его марки составляет для бензина рт=0,71—0,76 кг/л, а для
дизельного топлива от = 0,79—0,83 кг/л.
Требуемый для проветривания автотранспортного тоннеля рас-
ход воздуха следует определять из условия снижения до допусти-
мой нормы каждого из наиболее токсичных компонентов СО,
NOx, Ст Нп, акролеина и сажи по формуле
QrB = -~-;faL [rnK Рок (С” 4- ск) + тл 4од (СД + сд)1’ (XII.4}
уа ()
где 7а— часовая интенсивность автодвижения по одной полосе тоннеля, авт/ч;
7,—длина тоннеля нли его участка с одним уклоном, км; оа —средняя ско-
рость движения потока автомобилей по тоннелю, км/ч; А — предельно допусти-
мая концентрация токсичного компонента в воздухе тоннеля, мг/м3; Д—кон-
центрация токсичного компонента в приточном воздухе, мг/м3; тк, та — доли
автомобилей с. карбюраторными двигателями и дизелями; С”> С/, Сд;
коэффициенты, учитывающие влияние уклона проезжей части тоннеля для раз-
личных скоростей движения на подъеме и спуске соответственно для автомо-
билей с карбюраторными двигателями и дизелями (рис. XII. 2, б, в).
Часовую интенсивность движения принимают как максималь-
ное значение (в часы пик) по расчетному графику суточной ин-
тенсивности с учетом коэффициента неодновременности движения
и распределения транспортных потоков по направлениям движе-
ния. В соответствии с этим для четырех- и шестиполосных тонне-
лей со встречным движением при одинаковых скоростях движения
1 Автомобильные транспортные средства (под ред. Д. П. Великанова). — М.:
Транспорт, 1977, 326 с.
405
на всех полосах полученную величину Qr.B необходимо увеличить
соответственно в два и три раза, а при разных скоростях движе-
ния транспортных средств расход воздуха следует определять
отдельно для каждой полосы движения, а затем суммировать.
Расход воздуха, требуемый по условию удаления из тоннеля
избыточного тепла и установления нормального температурного
режима, определяется по формуле
где Т — суммарные теплоизбытки в тоннеле, Вт; а — удельная массовая тепло-
емкость воздуха, кДж/(кг-К); а=1 кДж/(кг-К); Д и ta — температура возду-
ха в тоннеле и на поверхности земли, К; р<— плотность воздуха в тоннеле при
определенной температуре, кг/м3.
Теплоизбытки в тоннеле определяют как суммарные тепловы-
деления с учетом возможных теплопотерь:
Г =	+	Т’л + Т’гр,
где Та—тепловыделения автомобильных двигателей, Вт; Тосв—тепловыделения
устройств искусственного освещения, Вт; Тл — тепловыделения находящихся в
тоннеле людей (пешеходы, обслуживающий персонал, водители и пассажиры
автомобилей), Вт; Тгр — теплоуход в окружающий тоннель грунтовый массив
или теплоприток из массива, Вт.
Температуру подаваемого в тоннель воздуха принимают рав-
ной средней „температуре воздуха в данной местности. Температур
ра воздуха в тоннеле не должна превышать среднюю температуру
подаваемого воздуха более чем на 10—15 К и не должна быть
более 308 К (СНиП 11-44-78).
Максимальный расход воздуха, полученный по условиям газо-
йли тепловыделений, принимают в качестве расчетного Qp. Зная
величину Qp, можно определить кратность воздухообмена в тон-
неле в течение часа
пр = Qp 3600/f LT,	(XII.6)
где F— площадь поперечного сечения тоннеля; LB — длина тоннеля.
Для автотранспортных тоннелей длиной до 1 км кратность
воздухообмена может достигать 50—60 в 1 ч.
В соответствии с величиной расчетного расхода воздуха опре-
деляют скорость его движения по тоннелю или по продольному
каналу (в зависимости от принятой системы вентиляции)
Св = Qp/F,
где F — площадь поперечного сечения тоннеля или канала.
Количество вредных газов, выделяемых двигателями автомо-
билей! в каждом ярусе многоярусного подземного гаража, опре-
деляют по формуле
В - р D k ( 1 -/- 0,G7n),	(XI 1.7)
где р — удельное количество вредных веществ, выделяемых при одном выезде
автомобиля, г,'Вт (г/л. с); D — мощность двигателя автомобиля, Вт (л. с.);
k — количество выездов в 1 ч из рассчитываемого яруса; п — число вышерас-
положенных ярусов.
Величины р приведены в работе «Гаражи и станции технического
обслуживания автомобилей».
Расход свежего воздуха на один автомобиль в подземных авто-
стоянках небольшой вместимости составляет порядка 300 м3/ч в
обычное время и ~600 м3/ч в часы пик. Необходимая кратность
воздухообмена определяется объемом подземных помещений и
числом автомобилей в гараже и может быть найдена по.формуле
(Дмитриев М. Г., Китросский Н. А.. Нормы вентиляции гаражей)
чр = 3,8Ли5 (Л'/Ц7),	(XII.8)
где N — среднее число автомобилей в пересчете на мощность грузового автомо-
биля, равную 73 550 Вт (100 л. с); W— объем гаража, м3.
Величину N, которая обычно не превышает единицы, опреде-
ляют путем суммирования времени работы всех автомобилей раз-
личной мощности в течение 1 ч
N =2,38-НГ4 R, /;,	(XII.9)
г — !
где Ri — мощность каждого грузового, а также и легкового автомобиля,
Вт (л. с), проработавшего в течение времени ti, мин.
Обычно кратность воздухообмена в подземных автостоянках и
гаражах составляет от 4 до 15. В подземных автостоянках для
кратковременного хранения автомобилей необходимый для про-
ветривания расход воздуха можно приближенно определить по
формуле
Q = Л'о (6J0 + 100 S),	(XII. 10)
где NQ — число стояночных мест; S — число подземных ярусов.
Расход подаваемого в пешеходный тоннель свежего воздуха
зависит от длины и размеров поперечного сечения тоннеля, а так-
же от интенсивности автомобильного движения по пересекаемой
магистрали пли интенсивности пешеходного движения по тоннелю.
Так, расход воздуха, необходимый для проветривания тоннеля,
расположенного под автомагистралью с интенсивным движением,
можно определить по формуле (Дмитриев М. Г. и др. Вентиляция
подземных переходов. «Городское хозяйство Москвы», 1972, № 10)
1,45Л-
Qn = Mbh У /а ,	(XII. 11)
где b и Л — ширина и высота пешеходного тоннеля в свету; /а — часовая ин-
тенсивность автомобильного движения в обоих направлениях (над тоннелем).
Требуемая кратность воздухообмена в ч равна:
1.45 —
Пр = <?„/&/; = 64 Дт |	/;1 ,	(XII. 12)
где LT — длина тоннеля.
Обычно величина пр составляет порядка 10—15 в 1 ч. Если
пешеходный тоннель залегает в стороне от автомагистрали, за-
грязнение воздуха в нем происходит за счет выдыхаемого людьми
воздуха. При этом считается, что при движении пешехода по тон-
407
мелю со средней скоростью 3,5 км/ч интенсивность дыхания со-
ставляет в среднем 1,1 м3/ч. Во все вспомогательные подземные
помещения вне зависимости от длительности пребывания в них
людей должен подаваться свежий воздух в объеме не менее
60 м3/ч на одного человека и из расчета не менее однократного
воздухообмена.
Определение давления подаваемого в тоннель (гараж) и
удаляемого из него воздуха производят в соответствии с принятой
системой вентиляции, при которой воздух испытывает различные
«сопротивления. В общем случае сопротивления возникают за счет
трения при движении воздуха по тоннелю (гаражу), вентиляцион-
ным каналам и шахтному стволу, а также за счет местных сопро-
тивлений при входе и выходе из канала или тоннеля, при поворо-
те, местном сужении или расширении воздушного потока и т. п.
В ряде случаев учитывают сопротивление, вызванное естествен-
ной тягой воздуха, направленной навстречу воздушному потоку,
создаваемому вентиляторами. Естественная тяга воздуха может
быть вызвана такими факторами, как динамическое действие вет-
ра, разность температур и барометрических давлений у порталов
тоннеля, а также поршневой эффект автомобилей, который в
наибольшей степени проявляется в тоннелях с односторонним
движением.
Давлений, вызванное поршневым действием автомобилей, дви-
жущихся в одном направлении
Pa=(SM/ST) Сх(Рт/2) Л'а (Va ± Л?р ,т) ,	(XII. 13)
где SM—миделево сечение автомобиля, м2; St'—площадь поперечного сечения
тоннеля, м2; Сх — коэффициент лобового сопротивления автомобиля; А'а—
количество автомобилей, одновременно находящихся в тоннеле; га— скорость
движения автомобилей по тоннелю, м/с; оСр.т — средняя скорость давления
воздуха в тоннеле, м/с.
Значения 5М для легковых автомобилей малого класса со-
ставляют 1,5—2 м2, для автомобилей среднего и большого
класса — 2—2,8 м2, для грузовых автомобилей —• 3—6,5 м2, для
автобусов — 3—7,5 м2.
Значения Сх по данным экспериментов можно принимать:
для легковых автомобилей 0,4—0,5; для грузовых автомобилей
0,6—1; для автобусов 0,45—0,9.
Первые цифры относятся к транспортным средствам с хоро-
шо обтекаемым, а вторые — плохо обтекаемым кузовом.
Количество автомобилей, одновременно находящихся в тоннеле,
подсчитывается по формуле
л - L I(XII. 14)
В формуле (XII.13) знак плюс ставится, когда направление
движения автомобилей совпадает с направлением движения воз-
духа, в остальных случаях ставится знак минус.
Сопротивление трения, т. е. потери давления в воздуховоде
произвольного поперечного сечения, определяют по формуле
408
Р1= (Хтр L/d3) (Рт t>2p/2),	(XII. 15)
где ХТР — коэффициент сопротивления трения; Л —длина воздуховода (тонне-
ля, канала или шахтного ствола), м; оСр — средняя (по площади сечения) ско-
рость движения воздУха в воздуховоде, м/с.
Потери давления в местных сопротивлениях могут быть
определены по формуле
P2 = vgz —t	(XII. 16)
где ; — коэффициент местного сопротивления.
При расчете струйной вентиляции необходимо определить так-
же давление, создаваемое вентилятором
где & = 0,85—0,9 — кс5эФФицие[1Т использования струи; S0B'—площадь попереч-
ного сечения вентилятора на выходе, м2; ST — площадь поперечного сечения
тоннеля, м2; цсв— ск°Р°сть движения воздуха у выходного отверстия вентиля-
тора, м/с; оср.т — среЛняя скорость движения воздуха в тоннеле, м/с.
Системы искусственной вентиляции. В зависимости от вида
подземного сооружения, его длины и времени пребывания в нем
людей применяю'*' различные системы вентиляции. Городские
транспортные то1*нели, Длийа которых менее 150 м, проветрива-
ются за счет естественной тяги воздуха, которая создается пото-
ком движущихся автомобилей, а также под действием ветрового
напора.
По существующим нормам городские автотранспортные тонне-
ли длиной 150—ЛОО м должны оборудоваться искусственной
вентиляцией только в случае недостаточного естественного про-
ветривания, что возможно при расположении тоннелей на кривых
в плане, при наличии крутых и затяжных уклонов, при значи-
тельной интенсивности движения. Однако в связи с тем, что в
последние годы (Средняя скорость движения автомобилей в боль-
ших городах значительно снизилась, транспортные тоннели, длина
закрытой части которых превышает 150—200 м, как правило,
нуждаются в иск усственной вентиляции.
Искусственно^ проветривание городских автотранспортных
тоннелей производится за счет воздухообмена путем подачи све-
жего воздуха, удаления загрязненного или одновременной пода-
чей свежего и вытяжкой отработанного воздуха. Для подачи и
вытяжки воздухза применяют продольную, поперечную или
комбинированнуко системы вентиляции, отличающиеся друг от
друга характером воздухообмена, направлением движения воз-
духа, наличием хил и отсутствием приточных и вытяжных каналов.
При продольной системе воздух подается и удаляется по всему
сечению тоннеля» вентиляционными установками, располагаемыми
у порталов или по трассе тоннеля (рис. XII. 3, а). При этом
не требуется создания специальных вентиляционных каналов, что
14 Зак. 102
409
Рис. ХП.З. Схемы продольной вентиляции тоннеля (а, б) и размещения осевых вентиля-
торов (в~д)
/ — вентиляционный киоск; 2 — осевые вентиляторы; <? —направление движения воздуха;
4 — направление движения автомобилей
обусловливает сравнительно невысокую стоимость реализации
такой системы.	;
Продольную вентиляцию целесообразно применять в тонне-
лях с односторонним движением, причем направление воздушного
потока в тоннеле должно совпадать с направлением движения
автомобилей. При этом интенсивность проветривания может
повышаться за счет создаваемого автомобилями «поршневого эф-
фекта» и естественной тяги воздуха.
По установленным нормам скорость движения воздуха в тран-
спортной зоне тоннеля не должна быть более 5—6 м/с, и, как
исключение, не более 8 м/с без учета влияния транспортного
потока. Максимальная длина тоннеля, проветриваемого по про-
дольной системе, не должна превышать 1 км.
В тоннелях длиной до 1,5—1,9 км находит применение про-
дольно-струйная система вентиляции, являющаяся разновидностью
продольной системы. Сущность ее заключается в том, что раз-
мещенные на стенах или потолке тоннеля через определенные
интервалы реверсивные осевые вентиляторы создают высокоско-
ростной (до 30—40 м/с) поток воздуха, который возбуждает
вторичный воздушный поток в тоннеле (рис. XII. 3,6). При этом
часть воздуха снова попадает к вентиляторам и выбрасывается
410
ими с большой кинетической энергией в общий поток. Соотноше-
ние между вторичным и основным потоками воздуха составляет
от 1:10 до 1:50.
Осевые высокоскоростные вентиляторы в коротких цилиндри-
ческих кожухах диаметром от 0,4 до 1,25 м (реже до 3 м)
закрепляют на стенах или потолке тоннеля над тротуарами или
непосредственно над проезжей частью так, что ось каждого вен-
тилятора параллельна оси тоннеля (рис. ХП.З, в, г,). Для повыше-
ния коэффициента полезного действия вентиляторов их можно
располагать в специальных нишах сбоку или над проезжей частью
(рис. ХП.З, <Э), что сопряжено, однако, с дополнительными затра-
тами. Для снижения шума корпус вентиляторов покрывают
звукоизолирующим материалом. С этой же целью к обоим концам
корпуса прикрепляют трубообразные глушители, являющиеся
одновременно направляющими элементами для воздушного по-
тока. Для обеспечения свободного перемещения воздушных струй
и поддержания заданной скорости движения воздуха расстоя-
ния между осевыми вентиляторами принимают порядка
(10—14) Do, но не менее 50 м. Гидравлический диаметр тоннеля
Do определяют как
D0 = 4F/PT,
(F — площадь поперечного сечения, Р? — периметр сечения тон-
неля). Возможно устанавливать одиночные вентиляторы или
группировать их вместе по нескольку штук.
Количество рядов (ступеней) струйных вентиляторов опреде-
ляют, учитывая естественную тягу воздуха:
«св= (Р1 + Гг±РЕ)/ГсВ,	(XII. 18)
где Pi — сопротивление трения, Па; Р2 — местные сопротивления, Па; Рв —
давление, обусловленное естественной тягой воздуха, Па; Лев— давление, соз-
даваемое струйным вентилятором и определяемое по формуле XII. 17.
Применение такой системы возможно с подачей воздуха через
порталы или промежуточные шахтные стволы по трассе тоннеля.
В первом случае длина тоннеля должна удовлетворять следую-
щему условию
L < 1900 — 0,6 /а Ьп,
где Ьа — число полос автомобильного движения в тоннеле.
Струйная вентиляция отличается простотой, удобна в эксплу-
атации, позволяет легко менять направление и скорость движе-
ния воздуха. В случае возрастания интенсивности автодвижения
в тоннеле расход воздуха можно увеличить установкой и подклю-
чением дополнительных осевых вентиляторов.
Наиболее эффективной для автотранспортных тоннелей боль-
шой протяженности является поперечная система вентиляции.
При этом воздух подается и удаляется по специальным кана-
лам, расположенным за пределами габарита приближения конст-
рукции (рис. XII.4,а, б).
Для городских тоннелей мелкого заложения, имеющих пре-
1Г- Зак. 104	411
Рис. XII.4. Схемы поперечной вентиляции тоннеля (а) и расположения вентиляционных
каналов (б—е)
/ — вентиляционный киоск; 2 — приточный канал; 3 — вытяжной канал; 4 — поперечный
канал; 5 — направление движения (воздуха
Рнс. XI 1.5. Схема шахтной вентиляции
а, б — продольный разрез по осн тоннеля; в — поперечное сечение тоннеля в месте при-
мыкания к шахтному стволу; / — шахтный ствол; 2 — вентиляционный киоск; 3 — направ-
ление движения воздуха; 4 — вентмляциониое здание
412
имущественно прямоугольное поперечное сечение, каналы
наиболее целесообразно размещать сбоку от проезжей части,
чтобы не увеличивать высоту тоннеля (рис. XII.4, в). Обычно в
двухпролетных тоннелях приточные каналы располагают рядом
с боковыми стенами, а вытяжной — в центре между проезжими
частями.
Для городских тоннелей глубокого заложения, в частности
для подземных автомагистралей и тоннелей горного типа, воз-
можно иное расположение вентиляционных каналов. Так, в тон-
нелях кругового поперечного сечения приточный канал распола-
гают под проезжей частью, а вытяжной над ней (рис.XII.4,г).
При этом происходит равномерный воздухообмен на всем протя-
жении тоннеля. При сводчатом очертании тоннеля приточный
и вытяжной каналы размещаются чаще всего над проезжей
частью, причем возможна как двухсторонняя, так и односторон-
няя подача воздуха (рис. XII.4, д, е).
Воздух в транспортную зону поступает по поперечным каналам,
а удаляется в вытяжной канал через отверстия в вентиляцион-
ной перегородке.
Расстояния между поперечными каналами и отверстиями в
вентиляционных перегородках /о составляют 4—6 м, причем они
смещены друг относительно друга на 2—3 м. Воздух по про-
дольным каналам подают со скоростью до 15—20 м/с, а в попе-
речных каналах скорость движения воздуха не должна превы-
шать 3—5 м/с.
При поперечной системе обеспечивается равномерный приток
и вытяжка воздуха, достигается большая безопасность в проти-
вопожарном отношении, чем при продольной системе, и увеличи-
вается длина проветривания до 1,5—1,6 км. Следует иметь в
виду, что создание поперечной системы требует значительных
затрат, составляющих в ряде случаев 10—15% общей стоимости
тоннеля. Кроме того, при поперечной системе необходимо устрой-
ство специальных вентиляционных каналов, что может потребо-
вать увеличения площади поперечного сечения тоннеля.
В некоторых случаях может оказаться рациональной полу-
поперечная система искусственной вентиляции. При этом свежий
воздух подается по каналу, а загрязненный удаляется по транс-
портной зоне тоннеля за счет «поршневого эффекта» и естест-
венной тяги воздуха. Возможна и полупродольная система, при
которой свежий воздух подается по тоннелю, а удаляется по вы-
тяжному каналу.
Полупоперечная и полупродольная системы искусственной
вентиляции сочетают в себе достоинства и недостатки продоль-
ной и поперечной систем и применяются в тоннелях длиной до
1,2—1,5 км. Однако применение полупоперечной системы для го-
родских тоннелей сопряжено с попаданием загрязненного возду-
ха в воздушный бассейн города. Возможно также использова-
ние полупоперечно-поперечной системы вентиляции, при которой
производительность вытяжных вентиляторов составляет пример-
413
но 50% мощности приточных. Последними удаляется половина
приточного воздуха, а остальная его часть выводится через пор-
талы или шахтные стволы.
В ряде случаев может оказаться целесообразным применение
смешанной вентиляции. При этом в зависимости от интенсивности
движения и степени загазованности воздуха в тоннеле может
быть применена та или иная система вентиляции. Например,
при незначительной плотности движения в тоннеле можно ис-
пользовать более простую и дешевую продольную систему, а в
часы пик более эффективную и дорогостоящую поперечную си-
стему.
Наибольшие трудности возникают при искусственном провет-
ривании городских тоннелей глубокого заложения и большой
протяженности (более 3—5 км). При этом резко возрастает
мощность вентиляционных установок даже при сравнительно не-
большой интенсивности автодвижения в тоннеле. Обычно при
проветривании протяженных тоннелей применяют шахтную вен-
тиляцию с проходкой по трассе тоннеля через определенные
интервалы шахтных стволов или скважин большого сечения,
над которыми размещают вентиляционные установки
(рис. XII.5,а).
Для проветривания подводных тоннелей также используют
шахтные - стволы, располагая их на берегах водотока
(рис. XII.5, б), а иногда и в пределах естественных или искусст-
венных островов по трассе тоннеля. Независимо от числа и мест
расположения шахтных стволов тоннель проветривают по одной
из существующих систем: продольной, поперечной или комбини-
рованной, подавая и удаляя воздух через шахтные стволы. На-
пример, в проекте подземных автомагистралей Лондона принята
поперечная система вентиляции с размещением шахтных стволов
через 0,8 км по трассе магистральных тоннелей (рис. XII.5s).
При выборе системы вентиляции подземных автостоянок и
гаражей учитывают их вместимость, число ярусов и пр. Обычно
одно- и двухъярусные рамповые подземные гаражи небольшой
вместимости могут иметь естественное проветривание, при кото-
ром нагретый и загрязненный воздух поднимается вверх и уда-
ляется через въездные участки гаража или через специальные
отверстия в перекрытии, а свежий воздух с поверхности земли
поступает в гараж. Естественное проветривание бывает, как
правило, достаточным для небольших механизированных гара-
жей, в которых газо- и тепловыделения автомобильных двигате-
лей сведены к минимуму.
Все подземные рамповые гаражи, имеющие три и более яру-
сов и площадь помещений более 1500 м2, должны быть оборудо-
ваны искусственной вентиляцией.
Искусственное проветривание подземных автостоянок и гара-
жей производят путем подачи свежего и вытяжки загрязненного
воздуха. В большинстве случаев в каждом ярусе подземного
гаража устраивают несколько приточных и вытяжных отверстий,
414
ограничивая тем самым перемещение загрязненного воздуха по
всей площади гаража.
Учитывая то, что выхлопные газы выделяются непосредст-
венно у пола гаража, свежий воздух следует подавать из-под
проезжей части (в местах проездов) через специальные отвер-
стия, перекрытые решетками.
В помещениях для хранения автомобилей свежий воздух це-
лесообразно нагнетать сверху вниз сосредоточенными струями,
а в помещениях технического обслуживания автомобилей —
рассредоточенно в зону работ. Удаление загрязненного воздуха
предусматривают обычно в верхней части каждого подземного
яруса, непосредственно у мест проездов.
Распределение воздушных масс при проветривании подзем-
ных гаражей должно быть таким, чтобы давление воздуха в слу-
жебных помещениях превышало давление воздуха в местах про-
ездов. При этом предотвращается попадание вредных газов в
служебные помещения. При производстве в гаражах статических
испытаний двигателей выхлопные газы следует удалять путем
местного отсоса.
Пешеходные тоннели длиной до 30—50 м проветриваются
естественным путем через входы и выходы. В более протяжен-
ных пешеходных тоннелях «линейного» типа, а также в тоннелях
с более сложной планировочной схемой и пешеходных уровнях
требуется искусственная вентиляция. Искуственное проветрива-
ние обязательно и в служебных помещениях всех пешеходных
тоннелей.
Проветривание линейных пешеходных тоннелей длиной менее
100 м можно производить по приточно-вытяжной продольной
системе. Для этого у противоположных входов и выходов раз-
мещают соответственно приточные и вытяжные вентиляторы,
при помощи которых по воздуховодам нагнетают свежий и уда-
ляют загрязненный воздух.
В более протяженных и имеющих сложную конфигурацию в
плане пешеходных тоннелях применяют поперечную или полупо-
перечную систему проветривания с устройством каналов вдоль
стен тоннеля. При этом свежий воздух подают в тоннель на уров-
не 1,5—2 м от уровня чистого пола, а удаляют его в верхней
части тоннеля.
Вентиляционные установки. Вентиляционные установки раз-
мещают непосредственно у порталов или по трассе городских
тоннелей, а также в подземных камерах.
Для проветривания тоннелей мелкого заложения, располо-
женных на перекрестках магистралей, воздухозаборные вентиля-
ционные киоски следует размещать на расстоянии не менее 50 м
от магистрали. Приточные жалюзи должны быть расположены
на высоте не менее 2 м от поверхности земли.
Обычно вентиляционные киоски размещают в ближайших
скверах, парках или на участках незастроенной территории, соеди-
415
Рис. XI 1.6. Схема размещения вентиляционных установок
/ — тоннель; 2 вентиляционная камера; 3 — вентиляционный канал; 4 — направление дви-
жения воздуха; 5 — вентиляционный киоск
няя вентиляционные установки с тоннелем специальными кана-
лами или подземными галереями (рис. XII.6).
Вентиляционные установки помещают в подземных камерах,
расположенных между тоннелем и шахтным стволом и имеющих
специальные затворы для возможности отключения одного или
нескольких вентиляторов. Возможно устраивать венткамеры и в
верхней части шахтного ствола.
При проветривании подводных городских тоннелей вентиля-
ционные здания располагают на берегах пересекаемого водного
препятствия, вблизи порталов тоннеля. При этом вентиляцион-
ные здания используют также для устройства в них диспетчер-
ских и других служебных помещений, необходимых для эксплу-
атации тоннеля.
Для подачи и удаления воздуха в подземных гаражах вен-
тиляционные установки размещают в специальных камерах на
разных ярусах гаража. Как правило, производительность вытяж-
ной вентиляционной установки составляет 50—80% производи-
тельности приточной, что улучшает воздухообмен в подземных
помещениях.
При проветривании пешеходных тоннелей вентиляционное
оборудование размещают на поверхности земли или во вспо-
могательных подлестничных помещениях. Для нагнетания и вы-
тяжки воздуха применяют как центробежные, так и осевые вен-
тиляторы, устанавливая их вместе с электродвигателями в вен-
416
тиляционных зданиях. Вентиляторы отличаются друг от друга
как конструктивными особенностями, так и аэродинамически-
ми характеристиками. Применяют вентиляторы низкого (до
1 кПа), среднего (до 3 кПа) и высокого (более 3 кПа) давления.
Осевые вентиляторы могут быть одноступенчатыми (до 1,5 кПа)
и двухступенчатыми (до 4,6 кПа). При продольно-струйной си-
стеме используют высокоскоростные осевые вентиляторы типа
СВМ-5М, СВМ-6, СВМ-6М диаметром 0,5—0,6 м с трубчатыми
глушителями шума типа ГШ.
Для проветривания автодорожных тоннелей следует применять
компактные, реверсивные и экономичные вентиляторы с высоким
коэффициентом полезного действия. В настоящее время приме-
няют многоскоростные вентиляторы, которые могут работать в
разных режимах с различной производительностью. Применяют
осевые вентиляторы с одним рабочим колесом, которые позволя-
ют менять направление движения воздуха за счет изменения на-
правления вращения электродвигателя и перестановки лопастей.
Для улучшения аэродинамических показателей вентиляторы ос-
нащают диффузорами длиной до 5 м, которые преобразуют часть
динамического напора в статический. Включение и отключение
вентиляторов может производиться автоматически и дистанци-
онно, однако должны быть предусмотрены устройства для воз-
можности местного, ручного включения и отключения.
В подземных сооружениях, рассчитанных на длительное пребы-
вание людей, вентиляционные установки должны оснащаться
увлажнителями, а при рециркуляции воздуха — системами обес-
пыливания и обеззараживания. В последние годы в ряде под-
земных сооружений для очистки воздуха от пыли применяют
электростатические пылеуловители различных систем.
Вентиляционные здания должны иметь акустическую защиту,
чтобы уменьшить проникание шума в тоннель и на городскую
территорию. Уровень шума внутри тоннеля должен быть не бо-
лее 70 дБ, а на поверхности земли не более допустимого нор-
мами предела. Стены и потолок вентиляционных помещений по-
крывают звукоизолирующими материалами (керамзит, капроно-
вая или минеральная вата и др.). В вентиляционных камерах
устраивают перегородки для глушения шума из звукоизоляци-
онного кирпича или керамических блоков.
Управление и контроль за работой вентиляционных устано-
вок в крупных городских тоннелях и гаражах автоматизированы.
В зависимости от степени концентрации вредных газов, задым-
ления и температуры воздуха в тоннеле или гараже может уста-
навливаться определенный режим проветривания.
Устройство искусственной вентиляции в городских автотран-
спортных тоннелях требует значительных затрат, которые в ряде
случаев достигают 10—15% общей стоимости сооружения ток
неля. Кроме того, вентиляционные установки создают шум и
вибрацию, что приводит к нарушению нормальных условий жиз-
417
ни города. Укитывая эти обстоятельства, в ряде стран проводят
теоретические и экспериментальные исследования, направлен-
ные на создание новых систем по очистке загрязненного воздуха,
снятию задымления и понижению температуры в тоннеле.
Представляется перспективным способ регенерации воздуха
в подземных сооружениях, основанный на физико-химической
его очистке. Возможно применять регенерацию воздуха в соче-
тании с искусственным проветриванием. Там, где имеется искус-
ственная вентиляция, использование регенерационных установок
может обеспечить повышение пропускной способности тоннеля.
Регенерацию можно использовать также и для очистки подава-
емого в тоннель воздуха.
§ 36. ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ
Требования к освещению подземных сооружений. Все город-
ские подземные транспортные сооружения должны иметь искус-
ственное освещение. Освещение подземных сооружений должно
быть бесшумным, безопасным, в максимальной степени прибли-
жаться к естественному освещению на земной поверхности и из-
меняться в течение времени суток.
Искусственным освещением должны быть оборудованы все
городские .автотранспортные тоннели независимо от их длины.
Стоимость систем искусственного освещения составляет до
3—5% стоимости строительства тоннеля и 10—20% общих экс-
плуатационных затрат, причем стоимость возрастает с увели-
чением скорости движения автомобилей по тоннелю.
Система освещения в тоннеле должна обеспечивать ясную
видимость движущихся автомобилей, световых сигналов и ука-
зателей, установленных в тоннеле, а также давать возможность
водителям своевременно обнаруживать различные препятствия.
Выбор той или иной системы освещения зависит от длины тон-
неля, климатических, топографических и градостроительных усло-
вий, расположения тоннеля в плане и профиле, формы и размеров
его поперечного сечения, типа облицовки, ориентации порталов,
интенсивности и скорости автодвижения и т. п. Различные соче-
тания указанных факторов предопределяют необходимость уста-
навливать индивидуальную систему освещения в каждом конкрет-
ном случае. Однако существуют общие закономерности, характер-
ные для освещения городских автотранспортных тоннелей.
При проектировании искусственного освещения прежде всего
необходимо учитывать изменение уровня освещенности на поверх-
ности в течение суток, а также в течение года. В связи с этим
уровень освещенности в тоннеле также должен изменяться в соот-
ветствии с наружным освещением. Однако добиться в тоннеле та-
кой же освещенности, как на поверхности, технически чрезвычай-
но сложно и экономически нецелесообразно.
Обычно в солнечный день освещенность на поверхности может
достигать ~ 100 тыс. лк, в то время как в середине тоннеля освещен-
418
ность на уровне проезжей части по нормам в различных странах
составляет 100—200 лк днем и 50—60 лк ночью, что вполне доста-
точно по условиям видимости и безопасности движения.
Переход от яркого дневного света на поверхности к понижен-
ному освещению при въезде в тоннель приводит к внезапному ос-
леплению водителей, что может явиться причиной аварии. Время
проезда автомобиля по тоннелю длиной около 1 км со скоростью
60 км/ч составляет не более одной минуты. За это время зрение
водителя должно приспособиться к резкому снижению уровня ос-
вещенности при въезде в тоннель и увеличению его при выезде
из тоннеля.
В дневное время при въезде в тоннель возникает эффект «чер-
ного отверстия», заключающийся в том, что въездной участок тон-
неля видится затемненным, и водитель не различает силуэты
впереди идущих автомобилей.
С другой стороны, при выезде из тоннеля возникает эффект
«яркого отверстия». В ночное время, наоборот, эффект «черного
отверстия» может возникать при выезде, а «яркого отверстия»
при въезде в тоннель. Если выезд не заэкранирован автомобиля-
ми, то объект видится днем, как силуэт на светлом фоне. При
скоплении автомобилей на выездном участке тоннеля объект ста-
новится плохоразличимым для водителей.
Для улучшения условий видимости и обеспечения безопасности
движения необходимо создание постепенного и достаточно плавно-
го светового перехода, позволяющего водителям приспосабливать-
ся к изменению уровня освещенности при въезде и выезде из тон-
неля.
Соотношения уровней освещенности на припортальном участке
перед тоннелем и в начале тоннеля должны составлять около
10:1—20:1. При таких соотношениях глаз человека лучше приспо-
сабливается к переходу от светлого к более темному, причем при
обратном переходе это соотношение может быть в 2—3 раза
меньше.
Плавный световой переход обеспечивается по-разному в за-
висимости от длины тоннеля, интенсивности и скорости движения.
Обычно тоннели, длина которых менее 30—50 м, могут не иметь
искусственного освещения днем, а освещаться только в ночное
время, причем уровень освещенности ночью должен быть не более
чем в 2—3 раза больше освещенности на поверхности земли. В
дневное время препятствия в таких тоннелях видны в виде силу-
этов на фоне выезда.
Относительно короткие тоннели длиной до 150—200 м должны
иметь днем две зоны: повышенной освещенности (въездную) и
обычной освещенности (основную) на остальном протяжении.
Кроме того, должна быть подъездная зона на припортальном
участке, где обеспечивается постепенное снижение дневного по-
верхностного освещения. В ночное время на всем протяжении
тоннеля устанавливается одинаковый уровень освещенности.
419
Рис. XII.7. Изменение уровня ос- 3
вещенности по длине тоннеля |
f — открытый участок; II — подъ-
»здная зона; Ill — въездная поро-
говая зона; IV — переходная зона;
V — основная зона; VI— выездная «
зона; / — рампа; 2 — солнцезащит-
ные экраны; 3— направление дви- Л
жения автомобилей; 4 — закрытая	>
часть тоннеля	>
В тоннелях, длина которых превышает 200—300 м, устраивают
до 5 зон с различным уровнем освещенности (рис. XII.7). Помимо
подъездной зоны и зоны повышенной освещенности (пороговой)
устраивают переходную зону, где интенсивность освещения посте-
пенно снижается, и выездную зону, на протяжении которой уро-
вень освещенности постепенно повышается.
Если движение автомобилей в тоннеле происходит по изолиро-
ванным отсекам, то разбивка на зоны делается в соответствии с
направлением движения в каждом отсеке. Если же в тоннеле пре-
дусмотрено встречное движение, со стороны каждого портала
устраивают подъездную, въездную и переходную зоны.
Таким образом, перед тоннелем создается адаптационный
участок, на протяжении которого зрение водителя должно при-
способиться к изменению уровня яркости на поверхности и в тон-
неле. Длина адаптационного участка зависит от скорости движе-
ния автомобилей, необходимого времени адаптации зрения води-
телей, габаритов портала и может быть определена по формуле
La = Va — ctg	(XIII. 19)
где va— скорость движения автомобилей, м/с; t<,— время адаптации, состав-
ляющее 5—10 с при скоростях движения автомобилей соответственно 100—
50 км/ч; Н — высота портала, м; h — высота расположения глаза водителя над
проезжей частью, м; if, — угол между горизонтальной линией видимости и са-
мой высокой точкой при въезде в тоннель, град.
Длину пороговой зоны можно определить по формуле
£п = (а/й —а) /т,	(XII.20)
где а — высота видимого препятствия в тоннеле, м; /т— длина тормозного пу-
ти, м.
Длину переходной и выездной зон назначают в пределах от 30
до 50 м в зависимости от расчетной интенсивности и скорости дви-
жения автомобилей, расположения тоннеля в плане и профиле.
Принятые в нашей стране нормы средней горизонтальной ос-
вещенности городских транспортных тоннелей в уровне проезжей
части (в лк) представлены в табл XII.I.
Снижение уровня освещенности на припортальном участке
достигается затемнением стен рампы и порталов, облицовкой их
материалами с низким коэффициентом отражения (р<0,1), а
также окраской в темный цвет материала проезжей части перед
тоннелем. Там, где позволяют местные условия, можно затемнять
420
Таблица XII.1
Режим освещения		Средняя горизонтальная освещенность, сек, при расстоянии от въездного порта-					
		ла,	м				
		5	25	50	75	100	125 и более
Дневной для	тоннелей длиной до 100 м	1000	750	500	200	60	—
более 100 м		1000	750	500	300	150	60
Вечерний и	ночной	60	60	60	60	60	60
припортальные участки посадкой деревьев или кустарника над
стенами рампы.
На предпортальных рамповых участках ряда городских тон-
нелей устраивают солнцезащитные галереи или устанавливают
солнцезащитные экраны (люверсы, паралюмы, растры). Это наве-
сы или галереи длиной от 50 до 200 м в виде несущих конструкций
из металлических или железобетонных каркасов, покрытых плас-
тинами из легких металлических сплавов или пластмассы, не про-
пускающих прямых солнечных лучей.
Солнцезащитные экраны могут быть закрытого типа с покры-
тием из прозрачных или полупрозрачных материалов, рассеиваю-
щих солнечный свет, или открытого типа с жалюзийными решет-
ками. >В этом случае освещенность проезжей части можно
регулировать изменением угла наклона пластин, что достигается
поворотом их вокруг горизонтальной оси при помощи цепной
передачи, соединенной с электродвигателем (рис. XII. 8). Решетки
размещаются с разным шагом, обеспечивая постепенное пони-
жение уровня освещенности к порталу тоннеля. Кроме того,
устраняется опасность ослепления водителей прямыми солнечны-
ми лучами.
Несмотря на относительно высокую стоимость солнцезащит-
ных экранов, они довольно быстро окупаются за счет того, что
не требуется сильно повышать уровень освещенности на въезд-
ных участках постановкой дополнительных светильников.
Помимо затемнения подъездных рамповых участков, повы-
шают уровень освещенности во въездной зоне тоннеля до 1000—
1200 лк при наличии солнцезащитных экранов и до 1500—
2000 лк при их отсутствии. Кроме того, на въездных участках
тоннеля устраивают облицовку с высокой отражательной способ-
ностью (р = 0,7—0,8), а покрытие проезжей части делают светлым.
Для этого применяют специальные красители, добавляя их в
асфальтовое или асфальтобетонное покрытие и повышая коэф-
фициент отражения р до 0,6—0,75 по сравнению с 0,12—0,15 для
обычных темных покрытий.
За счет увеличения степени отражения потолка и стен тоннеля
можно значительно повысить освещенность в тоннеле (до 40%),
так как стены и потолок создают фон для силуэта автомашины.
Все подземные гаражи должны иметь круглосуточное искус-
421
Рис. XII.8. Расположение солнцезащитных экранов (а) и схема их регулирования (б)
/ — экраны; 2 — рама; 3 — закрытая часть тоннеля; 4 — выключатели-регуляторы; 5 — цеп-
ная передача; 6 — усилитель; 7 — фотоэлемент; 8 — потенциометр; 9 — пусковое устройст-
во; 10 — электродвигатель
ственное освещение, достаточное для свободного перемещения
автомобилей внутри гаража, при въезде и выезде, а также
исключающее столкновение автомобилей, наезд на людей и какие-
либо препятствия. Кроме того, необходимо освещать сигнальные
знаки и указатели для водителей.
Нормы освещенности подземных гаражей предусматривают
различные уровни освещенности на стояночных местах, в проез-
дах между стоянками, на станциях технического обслуживания
автомобилей и т. п. Освещенность на уровне пола мест стоянки
автомобилей в подземных гаражах изменяется от 10 до 25 лк,
проездов — от 30 до 75 лк, помещений техобслуживания автомо-
билей (кроме постов мойки и уборки) от 100 до 200 лк, постов
мойки и уборки — от 20 до 50 лк. Однако резкая разница между
уровнем освещенности в отдельных местах гаража создает нерав-
номерную яркость, ухудшая условия видимости.
Необходимо также предусматривать изменение уровня осве-
щенности подземных гаражей в течение суток в соответствии
с изменением освещенности на поверхности земли, что принято
в ряде подземных гаражей.
В пешеходных тоннелях, также как в подземных гаражах и
автотранспортных тоннелях, устраивают круглосуточное искус-
ственное освещение. Существуют два режима освещения: дневной
и вечерний (ночной), обеспечивающие разный уровень освещения
в тоннеле (табл. XII. 2).
Системы освещения. Применяемое оборудование. В городских
подземных транспортных сооружениях применяют разнообразные
422
Таблица XII.2
Режим освещения	Освещенность в лк		
	в закрытой части тоннеля	на лестничных сходах	в служебных помещениях
Дневной	100		30
Вечерний и ночной	40	20	30
системы искусственного освещения открытого, рассеянного или
яркого света с имитацией суточного изменения уровня освещен-
ности и яркости. Освещение создается светильниками, установлен-
ными на перекрытии или стенах через определенные интервалы.
Применяют различные светильники, отличающиеся светотех-
ническими и конструктивными особенностями, коэффициентом
полезного действия, сроком службы и др. Светильники должны
обеспечивать достаточный световой поток для равномерного
освещения перекрытия, стен, проезжей части, чистого пола. Кроме
того, они должны быть компактными, безопасными в обращении,
иметь пыле- и влагонепроницаемый корпус, который легко очи-
щать и мыть.
Применяемые в качестве источников света в подземных соору-
жениях тепловые и газоразрядные лампы в неодинаковой степени
удовлетворяют указанным требованиям. В большинстве случаев
для освещения городских подземных транспортных сооружений
применяют газоразрядные лампы низкого (40—140 Вт) и высокого
(60—1000 Вт) давления. Наиболее экономичны дуговые ртутные,
ксеноновые, ртутные с металлогалоидными добавками, натриевые,
меркуриевые, ртутно-галогенные лампы. Применяемые для
освещения подземных сооружений лампы помещают в закрытые
алюминиевые или стеклянные корпусы, которые защищают их
от возможных повреждений. Таким образом, создаются светиль-
ники. содержащие одну или несколько ламп различной мощности,
которые могут включаться раздельно или одновременно.
Для освещения автотранспортных тоннелей применяют много-
ламповые светильники с отражающим покрытием и повышенной
светоотдачей, светильники с рефлекторами, обеспечивающими
прямое освещение стен и потолка тоннеля и отраженное осве-
щение проезжей части (рис. XII.9 а, б). В последнее время
начинают применять новую, более совершенную систему целенап-
равленного освещения с использованием источников света с
ограниченным светораспределением. В ряде тоннелей установ-
лены обратнолучевые светильники с параболическими рефлекто-
рами, которые направляют световой поток на проезжую часть
в направлении, противоположном движению.
Тип и количество светильников, а также расстояния между
ними определяют в результате соответствующих светотехнических
расчетов. Так, требуемое количество светильников определяют по
формуле
423
Рнс. ХН.9.хКонструкции (а, б) и схемы расположения (в) светильников
1 — передняя панель; 2 — люминесцентные лампы; 3 — отражатель; 4 — пускорегулирующее
устройство
п = k Е„ S/Ф г],
(XII.21)
где й=1,3—1,5 — коэффициент надежности; Ея— нормируемый уровень осве-
щенности, лк; S—освещаемая площадь, м2; Ф — световой поток ламп в све-
тильнике, лм; г] = 0,15—0,5 — коэффициент использования светового потока све-
тильника.
Постепенное повышение или снижение уровня освещенности в
пределах переходной и выездной зон тоннеля достигается за счет
изменения шага светильников или установкой светильников раз-
424
Рнс. XII.10. Освещение автотранспортного тоннеля
ной мощности. Отдельные светильники устанавливают через
5—10 м, закрепляя их непосредственно на потолке или в местах
сопряжения стен с перекрытием. Установка светильников с
определенным интервалом в направлении вдоль тоннеля хотя и
позволяет обеспечить требуемый уровень освещенности, однако
вызывает мерцание и блики на автомобилях при проезде по тон-
нелю с большой скоростью. Это неблагоприятно отражается на
состоянии водителей, особенно при частоте миганий порядка
3—12 Гц. Поэтому в большинстве крупных автодорожных тон-
нелей светильники располагают непрерывно вдоль оси проезда,
что создает оптический эффект свободы движения. При этом
светильники могут размещаться только по потолку, в углах
стен или параллельно по потолку и в углах (рис. XII. 9, в).
Сплошные световые полосы обеспечивают более равномерное
распределение яркости, снижают ослепление водителей и создают
хорошую оптическую перспективу в тоннеле (рис. XII.10). По-
вышение уровня освещенности на отдельных участках может быть
достигнуто установкой нескольких рядов светильников или вклю-
чением различного количества ламп в отдельных светильниках
Изменение режима освещенности в автотранспортных тоннелях
в зависимости от уровня освещенности на поверхности земли
может обеспечиваться автоматически, с использованием телеуп-
равления. Для измерения яркости дневного света на крышах
ближайших к тоннелю зданий, а также на рамповых участках
устанавливают специальные датчики (например, вентильные се-
леновые элементы), в соответствии с показаниями которых авто-
матически регулируется уровень освещенности в тоннеле, а также
могут включаться или выключаться дополнительные источники
уличного освещения при помощи фоторелейных выключателей.
На случай внезапного отключения освещения при аварии или
при падении напряжения в осветительной сети, во всех городских
425
Рис. XII.il. Освещение пешеходного тоннеля
тоннелях должно быть предусмотрено аварийное освещение. Оно
должно обеспечивать уровень освещенности в тоннеле не менее
10—12 лк. Обычно для этой цели применяют лампы накалива-
ния мощностью 15—30 Вт, устанавливая их через ~ 10 м на пря-
мых и через ~5 м на криволинейных в плане участках тоннеля.
Сеть аварийного освещения напряжением 24—36 В питается от
установленных в тоннеле аккумуляторных батарей.
Для создания необходимого уровня освещенности в подземных
гаражах используют преимущественно газоразрядные лампы низ-
кого и высокого давления. Применение светильников с обычными
газоразрядными лампами в подземных гаражах затруднительно
в связи с малой высотой ярусов гаража (2—2,5 м), когда све-
тильники подвешивают низко и не происходит равномерного
перераспределения светового потока. Поэтому в большинстве
подземных гаражей находят применение специальные светильни-
ки с рефлекторами и рефлекторами-дефлекторами, которые
обеспечивают освещение стояночных мест и проездов отраженным
светом.
В местах проездов автомобилей и проходов людей устанав-
ливают световые указатели. При площади гаража, превышающей
1500 и2, необходимо устройство аварийного освещения. Аварий-
ная сеть, подключенная к автономному источнику питания (ди-
зели, аккумуляторные батареи), должна включаться не позднее
чем через 15 с после отключения основного освещения.
Освещение в пешеходных тоннелях создают газоразрядными
лампами низкого давления типа ДРЛ или ЛБ, помещенными в
корпусы светильников прямого или рассеянного света круглой,
426
квадратной или прямоугольной формы с матированными или
молочными рассеивателями.
Светильники подвешивают непосредственно к потолку или
стенам тоннеля (рис. XII.11), а также в углубления ребристых
блоков (в один ряд при ширине тоннеля до 4 м и в два ряда при
большей ширине). При этом шаг светильников вдоль тоннеля
составляет 3—5 м. Светильники устанавливают и в наземных
павильонах над сходами в тоннель, включая их в вечернее время.
По торцам парапетов открытых лестничных или пандусных схо-
дов закрепляют световые указатели перехода. В служебных
помещениях пешеходных тоннелей устанавливают лампы накали-
вания (светильники PH — 200, ПЧ-100 и др.).
Регулирование освещения в пешеходных тоннелях производит-
ся автоматически в соответствии с изменением уровня освещен-
ности на улицах. Предусматривается аварийное освещение пеше-
ходных тоннелей от установленных в подсобных помещениях
аккумуляторов.
§ 37. СПЕЦИАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И ОБОРУДОВАНИЕ
Устройства, обеспечивающие безопасность движения. При
эксплуатации подземных автотранспортных сооружений одними
из наиболее важных являются вопросы обеспечения условий
безопасного движения автомобилей. Столкновения транспортных
средств, наезды на элементы конструкций и другие аварии в
подземных сооружениях особенно опасны.
В связи с этим все крупные подземные сооружения оборудуют
различными контрольными системами, регистрирующими габари-
ты автомобилей, а также их скорость и расстояние между дви-
жущимися автомобилями. Кроме того, необходимо своевременно
обнаруживать места заторов, внезапных остановок автомобилей,
аварий и т. п.
Контроль за габаритной высотой провозимых по тоннелям
грузов необходим, поскольку проезд негабаритных по высоте
автомобилей может привести к нарушению эксплуатационного
оборудования, повреждению элементов конструкций и вызвать
аварийную ситуацию в тоннеле.
Для своевременного обнаружения таких автомобилей приме-
няют различные устройства. На подходных участках ряда тон-
нелей устанавливают специальные оптические устройства, испус-
кающие луч на высоте, соответствующей верху габарита. При
пересечении этого луча раздается предупредительный сигнал.
Применяют также натянутую перед порталом тоннеля найлоно-
вую нить, при обрыве которой раздается предупредительный сиг-
нал. Однако при этом требуется периодически заменять оборван-
ную нить, что затруднительно в условиях интенсивного автодви-
жения. В некоторых случаях применяют одновременно найлоно-
вую нить и световой луч, причем последним пользуются только
во время замены оборванной нити.
427
Иногда для обнаружения негабаритных грузов в портальной
части тоннеля на требуемой высоте закрепляют гибкие шланги,
заполненные сжатым воздухом. Проезд автомобилей с негабарит-
ными грузами вызывает деформацию шлангов, причем при
повышении давления сжатого воздуха приводится в действие
сигнальное устройство. Вне зависимости от конструкций конт-
рольных устройств сигнал тревоги вызывает включение световых
указателей, останавливающих движение.
Общее визуальное наблюдение за автодвижением в крупных
тоннелях производят с применением телевидения. Телевизионные
камеры устанавливают на подходах к тоннелю и внутри него,
причем расстояние между камерами зависит от характера плана
и продольного профиля тоннеля и уровня освещенности в нем.
Телекамеры обычно располагают со стороны служебного прохода
в верхней части тоннеля, чтобы улучшить обзор.
Изображение передается на телеэкраны, установленные в дис-
петчерском помещении. Телекамеры могут включаться периоди-
чески, передавая информацию о характере движения по тоннелю,
а также в случае необходимости при нарушении условий движе-
ния, что регистрируется специальными приборами.
Для определения скорости движения автомобилей по тоннелю
применяют специальные устройства в виде стационарных рада-
ров, магнитных детекторов, емкостных фотоэлектрических или
пневматических контурных датчиков. Датчики размещаются
через 80—100 м под проезжей частью тоннеля и включают све-
товой предупредительный сигнал при превышении автомобилем
допустимой скорости движения. В некоторых случаях устанавли-
вают аппаратуру для фотографирования автомобилей, превыша-
ющих допустимую скорость.
Для упорядочения движения у порталов и по длине тоннелей
устанавливают световые сигналы, при помощи которых осуще-
ствляется автоматическое регулирование транспортных потоков.
Светофоры у порталов включаются от датчиков, регистрирую-
щих количество автомобилей на подъездных участках тоннеля.
Кроме того, трехцветные светофоры при въезде в тоннель указы-
вают на возможность проезда по отдельным полосам и позволяют
закрывать для проезда один из отсеков тоннеля в случае возник-
новения неполадок или во время ведения ремонтных работ.
Через каждые 100 м по длине тоннеля также устанавливают
двусторонние трехцветные светофоры, которые позволяют за-
крывать для движения отдельные, кратные 100 м, участки тон-
неля и переводить транспорт из одного отсека в другой. Кроме
того, у порталов и по длине тоннеля устанавливают световые
указатели допустимой скорости на отдельных участках тоннеля.
Система включения различных сигнальных устройств в тон-
неле может быть автоматизирована, когда регистрирующие при-
боры непосредственно связаны с отдельными сигналами; воз-
можно и полуавтоматическое регулирование сигналами.
Помимо сигнальных устройств в автодорожных городских
428
тоннелях устанавливают сеть громкоговорителей местного
радиовещания, по которым из диспетчерского пункта можно
передавать экстренные сообщения.
Иногда сообщения водителям передают чеРез автомобильные
приемники. Радиоаппаратура размещается в служебных помеще-
ниях, а антенны — на потолке тоннеля.
По условиям эксплуатации часто бывает необходимо закрыть
один из отсеков тоннеля, временно пропуская движение по дру-
гому отсеку в обоих направлениях. При этоМ помимо специаль-
ных световых и звуковых сигналов, а также оповещения води-
телей по радио применяют механические приспособления в виде
отдельных барьеров.
В городских тоннелях значительной протяженности для воз-
можности быстрой ликвидации аварий, возникающих при внезап-
ной остановке, поломке или столкновении автомобилей, устраи-
вают камеры, размеры которых должны позволять размещать в
них автомобиль. Эти же камеры могут испоЛьз°ваться и для
разворота отдельных автомобилей в случае необходимости, для
укрытия людей, а также для размещения различного эксплуата-
ционного оборудования (телекамеры, громкоговорители, датчики,
противопожарные средства и т. п.).
Обычно камеры в автотранспортных торнелях располагают
через 250—300 м по обеим сторонам в шахматном порядке
(при двустороннем движении) или по одной стороне (при одно-
стороннем движении). Если длина тоннеля Не превышает 400 м,
устраивают одну камеру в середине тоннеля. Ширина и глубина
такой камеры должны быть не менее 2 м, а высота — не менее
2,5 м. При сооружении двух параллельных тоннелей камеры
размещают между ними с выходами в оба тоннеля. В наиболее
крупных автотранспортных тоннелях, а также по трассе подзем-
ных автотранспортных тоннелей, а также по трассе подземных авто-
магистралей следует устраивать специальные камеры для разво-
рота автомобилей.
Для удаления из тоннеля поврежденных й неисправных авто-
мобилей должны быть использованы специальные аварийные
машины с полноповоротным управлением.
Для обеспечения обратной связи между водителями автомоби-
лей или обслуживающим персоналом с диспетчерским помеще-
нием применяют различные системы. На ряде тоннелей в стенах
через каждые 150—200 м предусмотрены специальные шкафы
или ниши, внутри которых размещены телефонные аппараты и
кнопки для вызова скорой медицинской и технической помощи
(рис. XII.12). При открывании дверцы шкафа автоматически
включается система управления, а на мониторах в диспетчерском
помещении виден этот участок тоннеля.
Аналогичные следящие и контролирующие устройства: свето-
вые сигналы и указатели, габаритные устройства, телекамеры
и пр. устанавливаются в подземных автостоянках, гаражах и
429
2
Рнс. XII.12. Схема размещения эксплуатационного оборудования в тоннеле
/ — подвесной потолок; 2 — звукоизолирующее покрытие; 3—светильники; 4— прибор, из-
меряющий степень прозрачности воздуха; 5 — светофор; 6 — противопожарная сигнализа-
ция; 7 — телефонный аппарат; 8 — газоанализатор; 9 — канал для коммуникаций; 10 — во-
допровод; 11 — поперечный вентиляционный канал; 12 — отводящая труба; 13 — во-
доотводный коллектор; 14 — водоприемник; 15 — трап; 16 — кабели; /7 — дренажная трубка
комплексах. Так, при въезде в гаражи, а также при заезде
на каждый ярус устанавливают световые табло, на которых
указаны номера свободных стояночных мест. Занятие каждого
автомобилеместа автоматически регистрируется.
Специальные устройства определяют высоту въезжающих в
гараж автомобилей, поднимают въездные и выездные шлагбаумы,
включают световые указатели по пути следования автомобиля на
свободное место и т. п.
Во многих подземных гаражах в местах примыкания рамповых
участков к помещениям стоянок устраивают ворота. Они могут
быть распашными, раздвижными или подъемными и снабжены
устройствами, обеспечивающими их автоматическое закрытие и
открытие.
Управление за работой всех систем и устройств в подземных
сооружениях производится из центрального диспетчерского по-
мещения, расположенного в самом сооружении или в непосред-
ственной близости от него. Помимо центральной диспетчерской
может быть организовано несколько пунктов дистанционного
управления. Сюда поступает информация о работе вентиляцион-
430
ной системы, системы освещения и водоотвода, передаются показа-
ния автоматически действующих регистрирующих и контролирую-
щих приборов, датчиков, телекамер, световые, звуковые, телефон-
ные, радиосигналы и пр.
Диспетчерское помещение должно быть оборудовано комплек-
сом устройств, регистрирующих и обрабатывающих поступающую
информацию. В помещении устанавливают центральный пульт и
световое табло. На пульте смонтированы измерительные приборы
и пусковые тумблеры, а на световом табло — схема подземного
сооружения с указанием работы всех устройств и оборудования.
На основании полученных данных операторы, используя тех-
нические средства связи: сигнализацию, телемеханику, автомати-
ку, производят контроль и координированное управление всеми
устройствами, обеспечивая условия безопасности и бесперебойную
работу всех систем.
В крупных автотранспортных тоннелях, гаражах и комплексах
для обработки поступающей информации и для оценки существу-
ющей обстановки применяют быстродействующие ВМ. Они мо-
гут располагаться непосредственно в диспетчерском помещении
или на значительном расстоянии от него, в специальном вычисли-
тельном центре. ЭВМ используются также во многих подземных
гаражах для быстрого отыскания стояночных мест. Например,
применяют автоматизированную систему, которая обеспечивает
необходимой информацией водителей, находящихся в различных
районах города. Водители оповещаются о наличии свободных мест
в гаражах и о том, как к ним быстрее доехать. Во многих под-
земных гаражах автоматизированы все операции, связанные с
оплатой за стоянку. Время пребывания автомобиля на стоянке
фиксируется специальными счетчиками. При выезде из гаража
водитель вкладывает перфокарту в счетное устройство, которое
указывает необходимую сумму, а после оплаты водитель получает
жетон, дающий ему право выехать из гаража.
Водоотвод. В процессе эксплуатации городских подземных
транспортных сооружений необходимо отводить из них воду, ко-
торая может проникать через порталы, лестничные или пандус-
вые сходы в виде атмосферных осадков, просачиваться через
конструкцию из окружающего грунтового массива, скапливаться
внутри подземного сооружения вследствие конденсации водяных
паров, а также при мытье облицовки, проезжей части, полов и пр.
В зависимости от вида подземного сооружения, района его
расположения, глубины заложения и гидрогеологических условий
применяют различные системы водоотвода. При расположении
уровня грунтовых вод выше подошвы автотранспортного тоннеля
для перехвата подземных вод предусматривают дренаж (рис.
XII.13, а, б).
Для этого по оси двухполосного тоннеля или вдоль каждого
из отсеков многополосного тоннеля устраивают дренажный ло-
ток, по дну которого прокладывают магистральный трубопровод.
Между звеньями трубопровода оставляют промежутки (или де-
431
Рнс. XII.13. Схемы водоотводных устройств в автотранспортных тоннелях
а — продольный разрез; б —план; в, г — поперечные сечения; Л 2 — станции дренажной
перекачки у порталов; 3 — станция перекачки в тоннеле; 4 — водоприемники; 5—7 — водо-
сборники; 8— коллектор лнвнестока; 9 — напорный трубопровод; 10— насосы; 11— смотро-
вой колодец; 12 — перепускная труба; 13 — решетка; 14— водоотводная труба
лают отверстия в трубах) для приема грунтовых вод. Трубы об-
кладывают гранитным щебнем и покрывают песчаной отсыпкой.
Через каждые 50 м устраивают смотровые колодцы. Вода из дре-
нажного трубопровода поступает в центральную перекачку или
непосредственно в городской водосток. Дренажную систему ис-
пользуют и для отвода воды с проезжей части тоннеля.
Обычно проезжая часть в автотранспортных тоннелях имеет
поперечный уклон, и вода стекает в сторону тротуаров, попадая
в водозаборные приямки, расположенные через каждые 50—100 м
вдоль тоннеля и перекрытые чугунными решетками — трапами
(рис. XII.13, в, г). Из приямков вода поступает в дренажный
трубопровод или в специально устроенные лотки (трубы), по ко-
432
торым отводится в городской водосток или в водосборники-зум-
пфы, устроенные в наиболее пониженной части тоннеля. В этом
месте рядом с тоннелем сооружают специальную камеру с водо-
сборником и насосным оборудованием — дренажную перекачку.
Из водосборника вода грязевыми насосами по напорному
трубопроводу перекачивается в городской водосток или непосред-
ственно в пересекаемое тоннелем водное препятствие (в подвод-
ных тоннелях).
Для предотвращения или уменьшения проникания воды через
порталы тоннелей мелкого заложения на рамповых участках
устраивают поперечные водоотводные лотки, по которым дожде-
вые и ливневые воды попадают в водоприемные колодцы, разме-
щенные под проезжей частью у порталов тоннеля. Из колодцев
воду отводят в дренажную сеть тоннеля или сразу сбрасывают
в городской водосток.
Размеры водоотводных лотков и труб, расстояния между водо-
сборниками и приямками, а также тип насосного оборудования
выбирают на основе гидравлических расчетов водоотводной сети.
Контроль за уровнем воды в водосборнике, а также управление
насосными агрегатами в большинстве случаев автоматизированы.
По мере необходимости насосы могут включаться и отключаться
автоматически. Уровень воды регулируется при помощи датчиков
с поплавковым реле, передающих сигналы в центральное диспет-
черское помещение.
Подземные гаражи должны иметь специальное оборудование
для удаления жидкостей (вода, бензин, масло и т. п.), попадаю-
щих на места стоянок, проезды и т. п. Для этого полы на каждом
ярусе гаража делают с уклоном до 10% для естественного
стока жидкостей. Чтобы предотвратить растекание жидкостей по
всей площади пола гаража, устраивают стальные водотоки —
желоба, направляющие продукты стока в специальные помещения.
Полы в подземных гаражах снабжают выступами высотой до
3 см, предотвращающими попадание жидкостей на рамповые
участки, лестницы, лифтовые шахты и другие помещения. Стека-
ющие жидкости поступают в специальные зумпфы-отстойники, ем-
кость которых определяют из расчета 1 м3 на 1000 м2 площади
пола, а затем грязевыми насосами перекачиваются в канализаци-
онную сеть.
Если в подземных гаражах размещаются посты мойки автомо-
билей, необходимо предусмотреть специальные очистные установ-
ки для разделения воды, топлива и масел: грязеотстойники, бензи-
номаслоуловители и пр., а также вентиляционные установки.
Для отвода воды, попадающей в пешеходные тоннели через
открытые лестничные или пандусные сходы, устраивают приямки
глубиной до 1,5 м на всю ширину пешеходного тоннеля и длиной
не менее 2,5 м, перекрываемые решетками. Иногда такие приямки,
делают и под разделительными площадками лестничных маршей.
Если предусматривается обогрев лестничных сходов и разделитель-
ных площадок, устраивают приямки шириной 0,5 м.
433
Для перехвата подземных вод под днищем пешеходного тон-
неля устраивают лоток, в который укладывают асбоцементные, же-
лезобетонные или чугунные водопроводные трубы диаметром 100—
300 мм. В эти трубы поступают также талые и поливочные воды,
стекающие с пола пешеходного тоннеля.
В соответствии с уклоном пола вода попадает вначале в лотки,
устроенные вдоль стен тоннеля, а затем через приямки, распол’ожен-
ные через 30—40 м вдоль тоннеля, сбрасывается в дренажный
трубопровод.
Противопожарные средства. Для предотвращения возможных
пожаров, а также для быстрой их ликвидации в подземных со-
оружениях принимают специальные меры.
В автотранспортных тоннелях большой протяженности провоз
огнеопасных грузов должен быть ограничен и производиться в
основном в ночное время, когда интенсивность автодвижения не-
велика.
Для возможности ликвидации возникших пожаров в тоннелях
должны быть установлены противопожарные устройства. Обычно
через каждые 100 м по длине тоннеля в специальных нишах или
шкафах, со стороны служебного прохода помещают водоразбор-
ные гидранты, пожарные рукава и огнетушители. Здесь же долж-
ны находиться аварийные запасы материалов и инструментов. В
большинстве тоннелей прокладывают противопожарный водопро-
вод и устраивают противопожарную сигнализацию в виде системы
датчиков, реагирующих на изменение температуры и подающих
сигнал в диспетчерское помещение. При этом автоматически вклю-
чаются светильники аварийного пожарного освещения, телекамеры
и устанавливается соответствующий режим вентиляции. В послед-
нее время в крупных тоннелях устраивают спринклерные или
дренчерные системы пожаротушения, автоматически включающие-
ся при срабатывании датчиков максимальной температуры. При
этом плавкие элементы открывают сопла разбрызгивающих голо-
вок, количество которых устанавливают в зависимости от длины и
размеров поперечного сечения тоннеля.
Наибольшую опасность представляют пожары в подземных га-
ражах. В связи с этим все подземные гаражи должны быть
размещены на безопасном расстоянии от соседних наземных или
подземных сооружений или отделены от них огнестойкими сте-
нами и перегородками.
Если степень огнестойкости наружных стен гаража менее 2 ч,
расстояния до соседних зданий должны быть более 8—10 м.
Несущие конструкции гаражей: стены, колонны, прогоны и пере-
крытия выполняют из материалов (или защищают огнестойкими
покрытиями), имеющих степень огнестойкости не менее 2 ч,
внутренние перегородки — не менее 1 ч, а двери — не менее 30 мин.
В гаражах большой вместимости площадь отдельных поме-
щений на каждом ярусе ограничивают, устанавливая огнестой-
кие разделительные стенки. Так, максимальная площадь поме-
щений на первом подземном ярусе составляет 3000 м2, а на всех
434
остальных ярусах — 1500 м2. Если подземный гараж оборудован
автоматической системой пожаротушения, указанные требования
распространяются только на четвертый, пятый и более низкие
подземные ярусы.
В подземных гаражах должна быть предусмотрена возмож-
ность быстрой эвакуации людей в случае возникновения пожа-
ра. Для этого необходимо оставлять удобные проходы шириной
не менее 0,8 м для водителей и пассажиров к лестницам, лифтам
или эскалаторам. Последние надо размещать таким образом,
чтобы расстояния до них от любой стояночной площадки не пре-
вышали 20—25 м, а общая длина прохода — 40—50 м.
Лестницы должны иметь пролеты с шириной ступеней не ме-
нее 0,8 м. Их размещают рядом с лифтами и снабжают огнестой-
кими перегородками, отделяющими от мест стоянок автомобилей.
Для тушения пожаров в подземных гаражах должны быть
портативные огнетушители (один на 15 автомобилей), огнетуши-
тели большого объема около 100 л (один на 100 автомобилей),
колонки с порошковым зарядом, углекислотные огнетушители,
пенотушители, а также аварийные запасы материалов и инстру-
ментов (песок, багры, топоры и т. п.) и противопожарные краны
со шлангами. Перечисленное оборудование располагают на каж-
дом ярусе подземного гаража. Огнетушители устанавливают также
на лестничных площадках, в местах въездов и выездов из гаража,
в кабинах лифтовых подъемников и т. п.
Устройства для обогрева проезжей части и лестничных схо-
дов. При эксплуатации городских подземных сооружений, распо-
ложенных в городах с расчетной зимней температурой ниже
273 К возможен гололед на проезжей части рамповых и припор-
тальных участков транспортных тоннелей и гаражей, а также
на открытых лестничных и пандусных сходах пешеходных тон-
нелей.
Удаление снега и льда в условиях интенсивного автомобиль-
ного движения и при больших пешеходных потоках практически
невозможно. В связи с этим целесообразно устройство системы
искусственного обогрева проезжей части и лестничных сходов.
Для этого под слоем дорожного покрытия и под ступенями лест-
ничных маршей размещают нагреватели различных типов, при
работе которых обеспечивается таяние выпадающего снега и
предотвращается обледенение.
Применяют нагреватели, использующие для повышения тем-
пературы электроэнергию, горячую воду, антифриз или горячий
воздух. Для обогрева проезжей части автотранспортных тонне-
лей и рамп подземных гаражей применяют электронагреватели
в виде стальных сеток или отдельных изолированных элек-
тродов.
Иногда применяют водонагреватели в виде змеевиков, зало-
женных в проезжую часть, по которым пропускают нагретую
воду. Использование в качестве теплоносителя воды возможно
только при наличии постоянно действующей теплосети. Змеевики
435
выполняют из стальных или полиэтиленовых труб. Чтобы предо-
твратить повреждение трубопроводов горячей водой, при-
меняют терморегулируемые запорные клапаны, закрывающие
циркуляционную сеть при температуре теплоносителя более
313—318 К.
Электро-, водо- и воздухонагреватели применяют и для обо-
грева лестничных и пандусных сходов пешеходных тоннелей.
При этом предусматривают обогрев и прилегающих к лестнич-
ным сходам тротуарных площадок. Электронагреватели трубча-
того типа (ТЭН) представляют собой П-образные трубки из не-
ржавеющей стали или из обычной стали с антикоррозионным жа-
ростойким покрытием, внутри которых расположен нагревающий
спиральный элемент с изоляцией.
В последнее время взамен ТЭНов применяют электронагре-
вательные кабели, которые закрепляют на железобетонных пли-
тах лестничных маршей, укладываемых непосредственно на
грунт.
Если вблизи пешеходного тоннеля проходит коллектор город-
ской теплосети, целесообразно устройство водонагревателей для
обогрева ступеней и площадок лестничных маршей. При этом в
качестве теплоносителя используют подаваемую или «обратную»
воду или устраивают циркуляцию труднозамерзающей жид-
кости, например антифриза.
Воздухонагреватели удобно применять для обогрева лестнич-
ных и пандусных сходов, выполненных из пустотелых железобе-
тонных плит. В этом случае регистры из гладких труб заклады-
вают в отверстия в плитах. В некоторых случаях для обогрева
лестничных маршей используют нагретый калориферами воздух.
Его нагнетают вентиляторами в специальные воздушные каналы
(подающие и «обратные») над подшивным потолком. При на-
ружной температуре воздуха 258 К температура подаваемого
воздуха должна быть около 333 К.
Вспомогательные устройства и оборудование. При работе в
подземных сооружениях различных установок и устройств, а
также при проезде интенсивных автомобильных потоков ( в тран-
спортных тоннелях) или отдельных автомобилей (в гаражах)
возникает сильный шум, создающий дискомфорт и затрудняющий
длительное пребывание людей.
Установлено, что сильный шум возникает в основном из-за
плохого поглощения звука внутренней поверхностью конструк-
ции. Поэтому на участках подземных сооружений, расположен-
ных рядом со зданиями, применяют массивные конструкции об-
делок из монолитного железобетона толщиной до 1 —1,5 м. Во
многих сооружениях устраивают специальную внутреннюю от-
делку— архитектурно-акустическое оформление в виде звукорас-
сеивающих ограждений, подвесных потолков, стеновых панелей
и т. п. Для облицовки стен и перекрытий подземных сооружений
используют материалы с повышенными звукопоглощающими
характеристиками: минеральную или шлаковату, строительный
436
или асбестовый войлок, пористые бетонные или керамические
плиты, стеклоблоки, звукоизолирующий кирпич и др.
Среди мероприятий, направленных на снижение уровня шума
в жилых домах, находящихся в непосредственной близости от
подземного сооружения, применяют также звукозащитные стенки-
экраны, располагая их рядом с сооружением. Такие стенки выпол-
няют из монолитного бетона или железобетона и возводят в тран-
шеях глубиной до 15—20 и шириной до 1,2—1,5 м. Для снижения
уровня шума в пешеходных тоннелях рекомендуется укладывать
литой асфальт, заглушающий шаги пешеходов.
Помимо шума работающие в подземных сооружениях устрой-
ства, а также проезжающие автомобили создают вибрацию, кото-
рая может передаваться фундаментам расположенных поблизости
зданий. Во избежание передачи вибрации соседним зданиям и
сооружениям конструкции тоннелей должны обладать повышен-
ной вибропоглощающей способностью. Это может быть достигну-
то за счет увеличения толщин элементов конструкции, их жест-
кости и массы, что значительно снижает частоту собственных ко-
лебаний конструкции.
Наряду с рассмотренными выше устройствами и оборудовани-
ем в городских подземных сооружениях размещаются системы
отопления, водо- и энергоснабжения, а также различные инженер-
ные коммуникации.
Отопление предусматривается в подземных гаражах, располо-
женных в I—III климатических зонах. При этом необходимо обес-
печить в подземных помещениях для хранения автомобилей посто-
янную температуру не менее 278 К, в помещениях для обслужи-
вания автомобилей 289 К, а в помещениях для хранения запасных
частей, инструмента и т. п. 283 К-
В автотранспортных и пешеходных тоннелях, а также в под-
земных гаражах и комплексах должна быть устроена сеть внут-
реннего водопровода с водоразборными кранами для мытья проез-
жей части, пола и стен, а также канализация.
ЛИТЕРАТУРА
Афанасьев Л. Л. и др. Гаражи и станции технического обслуживания автомоби-
лей.— М.: Транспорт, 1980.—216 с.
Бабков В. Ф. Современные автомобильные магистрали.—М.: Транспорт, 1974.—
279 с.
Булычев Н. С. Механика подземных сооружений. — М.: Недра, 1982.—270 с.
Васильев С. Г. Подземное строительство неглубокого заложения. — Львов, Вища
школа, 1980.—142 с.
Волков В. П., Наумов С. Н., Пирожкова А. Н., Храпов В. Г. Тоннели и метро-
политены.— М.: Транспорт, 1975.—552 с.
Волков В. П. Тоннели. — М.: Транспорт, 1970.—408 с.
Голубев Г. Е. Подземная урбанистика. •—М.: Стройиздат, 1979.—231 с.
Дубровин Е. Н. и др. Пересечения в разных уровнях на городских магистра-
лях.— М.: Высшая школа, 1977.—429 с.
Кириллов В. С. Основания и фундаменты. — М.: Транспорт, 1980.—392 с.
Киселев В. А. Строительная механика. — М.: Стройиздат, 1976.—511 с.
Клорикьян В. X., Ходош В. А. Горно-проходческие щиты и комплексы. — М.:
Недра, 1977,—326 с.
Компанией С. А., Поправке А. К., Богородецкий А. А. Проектирование тонне-
лей.— М.: Транспорт, 1973.—320 с.
Лиманов Ю. А. Метрополитены. — М.: Транспорт, 1971.—359 с.
Маковский В. Л. Подводное тоннелестроение. — М.: Транспорт, 1983.—182 с.
Маковский Л. В. Городские подземные транспортные сооружения. — М.: Строй-
издат, 1979.—472 с.
Маслов Н. Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. — М.-. Высшая
школа, 1982.—511 с.
Мостков В. М. Цодземные сооружения большого сечения.—М.: Недра, 1974.—
320 с.
Насонов И. Д. Моделирование горных процессов.—М.: Недра, 1969. — 204 с.
Подземные сооружения, возводимые способом «стена в грунте». Под редакцией
В. М. Зубкова. — Л.: Стройиздат, 1977. — 200 с.
Симвулиди И. А. Расчет инженерных конструкций на упругом основании. — М.:
Высшая школа, 1978. — 480 с.
Тоннели. Под редакцией Д. И. Федорова. — М.: Транспорт, 1979.— 176 с.
Черемисин М. С., Воробьев А. В. Геодезическо-маркшейдерская разбивочная осно-
ва прн строительстве подземных сооружений.—М.: Недра, 1982.— 262 с.
Черепанов В. А. Транспорт в планировке городов.— М.: Стройиздат, 1981.— 216с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .............................................................. 6
Глава I. Общие сведения о подземных сооружениях ....................... 6
§ 1.	Использование подземного пространства в городах ............... 6
§ 2.	Подземное транспортное строительство в городах СССР и за ру-
бежом ...........................................................
Глава II. Инженерные изыскания для проектирования и строительства
подземных сооружений ................................................  29
§ 3.	Инженерно-геологические изыскания н исследования ............. 29
§ 4.	Инженерно-геодезические изыскания и геодезическо-маркшейдер-
ские работы........................................................ 3&
Глава III. Объемно-планировочные решения подземных транспортных
сооружений ..........................................................  45
§ 5.	Автотранспортные тоннели мелкого заложения ................... 45
§ 6.	Подземные автомагистрали ..................................... 60
§ 7.	Подводные тоннели............................................. 66
§ 8.	Тоннели горного типа ......................................... 72
§ 9.	Подземные автостоянки, гаражи и комплексы..................... 74
§ 10.	Пешеходные тоннели........................................... 85
Глава IV. Конструкции подземных транспортных сооружений ....	97
§ 11.	Материалы для подземных конструкций ......................... 97
§ 12.	Конструкции подземных сооружений, возводимых открытым спо-
собом ..........................................................   101
§ 13.	Конструкции подземных сооружений, возводимых опускным спо-
собом ............................................................ 125
§ 14.	Конструкции подземных сооружений, возводимых закрытым спо-
собом ............................................................ 136
§ 15.	Гидроизоляция подземных	сооружений.......................... 148
Глава V. Нагрузки и расчет конструкций подземных сооружений . . .	157
 § 16. Нагрузки на подземные конструкции............................ 157
§ 17.	Расчет конструкций подземных сооружений, возводимых откры-
тым и опускным способами.......................................... 173
§ 18.	Расчет конструкций подземных сооружений, возводимых закры-
тым способом .................................................... 19'2
Глава VI. Организация строительства городских подземных сооружений 212
§ 19.	Проектирование организации строительства.....................212
§ 20.	Подготовительные и вспомогательные работы....................219
Глава VII. Строительство подземных сооружений открытым способом 225
§ 21.	Котлованный способ работ.................................... 225
§ 22.	Применение подвижной крепи ................................. 248
§ 23.	Траншейный способ работ..................................... 253
Глава VIII. Строительство подземных сооружений опускным способом 272
§ 24.	Способ опускных колодцев и кессонов......................... 272
§ 25.	Способ опускных секций...................................... 281
Глава IX. Строительство подземных сооружений закрытым способом 294
§ 26.	Горный способ работ..........................................294
§ 27.	Щитовой способ работ........................................ 312
§ 28.	Способ продавливания ............................... . .	330
§ 29.	Применение защитных экранов из труб ...	.......... 339
439
1
j
I
1
I
Г
В
с
в
т
ч
в<
ч
Глава X. Осушение и закрепление грунтов в подземном строительстве 344
§ 30.	Искусственное понижение уровня грунтовых вод ................ 344
§ 31.	Искусственное замораживание грунтов . . ......................352
§ 32.	Химическое закрепление грунтов..............'................ 363
Глава XI. Влияние процесса строительства подземных сооружений на
сдвижения и деформации поверхности земли............................... 369
§ 33.	Сдвижения и деформации поверхности земли, вызванные строи-
тельством подземных сооружений......................................369
§ 34.	Меры по ограничению нарушений поверхностных условий . . .	389
Глава XII. Эксплуатационные устройства и оборудование городских
подземных транспортных сооружений ..................................... 401
§ 35.	Искусственная вентиляция .................................... 401
§ 36.	Искусственное освещение ..................................... 418
§ 37.	Специальные устройства и оборудование........................ 427
Литература..........................................................   438
ЛЕВ ВЕНИАМИНОВИЧ МАКОВСКИЙ
ГОРОДСКИЕ ПОДЗЕМНЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Редакция литературы по технологии строительных работ
Зав. редакцией Е. А. Ларина
Редактор Т. И. Файнштейн
Внешнее оформление художника А. А. Рэджно
Технические редакторы Ю. Л. Циханкова, Н. Г. Алеева
Корректор А. В. Федина
И Б № 3392
Сдано в набор 15.01.85 Подписано в печать 06.06.85	Т-13508 Формат 60X90/16
Бумага книжно-журнальная Гарнитура «Литературная» Печать высокая Усл. пен. л, 27,5
Усл. кр.-отТ. 27.5 Уч.-нздд л. 32,13 Тираж 7 000 экз. Изд. № АГ—182 Заказ 104 Цена I р. 40 коп.
Стройиздат. 101442, Москва, Каляевская, 23а
Подольский филиал ПО «Периодика» Союзполиграфпрома при Государственном комитете
СССР по делам издательств, полиграфии и книжной'торговли
142110, г. Подольск, ул. Кирова, д,- 25
40