Тоннели метрополитена

Тоннели метрополитена

Тоннели глубокого заложения

На метрополитене наиболее характерными подземными сооружениями являются перегонные тоннели между станциями; их строят, как правило, однопутными с обделками кругового очертания. При этом в большинстве случаев применяют сборные обделки, состоящие из ряда колец, собранных из отдельных элементов заводского изготовления - железобетонных блоков или чугунных тюбингов. Значительно реже применяются обделки из монолитного бетона или железобетона кругового очертания под один путь или подковообразного очертания под один либо два пути.


Сборные железобетонные обделки перегонных тоннелей внутренним диаметром 510 и 525 см состоят из унифицированных по размерам элементов в виде блоков сплошного прямоугольного или ребристого сечения. На рис. 6.2 изображена сборная унифицированная обделка из железобетонных блоков сплошного и ребристого сечения. Она является гибкой податливой конструкцией, работающей совместно с окружающим грунтом. На рис. 6.3 показаны конструкции самих блоков. Толщина блоков 20 см, ширина 100 см, выполнены они из бетона класса В 35, армирование блоков осуществлено в виде сварных каркасов. Масса блока - до 3 т. Каждое кольцо состоит из 10 блоков, в том числе 6 нормальных, 1 лотковый и 3 небольших блока в виде верхних вкладышей, замыкающих кольцо. Соединение блоков в кольце шарнирное за счет выпукло-вогнутых торцов, которые не разрушаются даже при раскрытии стыков. Следует, однако, отметить, что подобные обделки не обеспечивают надежную гидроизоляцию. В этой связи заслуживают внимания научно-исследовательские работы, проводимые в НИЦ «Тоннели и метрополитены» ОАО ЦНИИС по созданию сборной обделки со стеклопластиковым экраном, размещенным на наружной поверхности каждого блока для перегонных тоннелей метрополитена.

В сейсмических районах применяют сейсмостойкие обделки. Их выполняют как сборными из железобетонных блоков или чугунных тюбингов, так и из монолитного железобетона с металлоизоляцией. В этих обделках обеспечивается связь элементов в плоскости поперечного сечения кольца, а также разделение обделки вдоль тоннеля на отдельные звенья с устройством антисейсмических деформационных швов для компенсации продольных деформаций тоннельной трубы при колебаниях [30]. На рис. 6.4 показана унифицированная железобетонная сейсмостойкая обделка. Сопротивляемость ее сейсмическим воздействиям обеспечивают расположенные по всем четырем углам каждого блока узлы связи. Обделка такого типа применялась на строительстве Ташкентского метро.

Как показал опыт применения сборных обделок, весьма рациональными оказались конструкции, обжатые распором в грунт. Их применяют при проходке тоннелей механизированным щитом в плотных сухих грунтах, обладающих упругими свойствами, а также в плотных несвязных грунтах.


Обычно узел разжатия обделки располагают в лотковом или в предлотковом сечениях (рис. 6.5). В первом случае обделка из сплошных блоков имеет в лотковом сечении два полублока с углублением для установки домкрата. После разжатия устанавливают две пары клиновидных вкладышей, извлекают домкрат и в нишу укладывают на растворе центральный вкладыш. Учитывая, что расположение узла разжатия в лотковом сечении затрудняет транспорт по тоннелю и осложнено наличием воды Подземные сооружения 123 в лотке, во многих случаях узлы разжатия переносят на пред-лотковые сечения. Следует иметь в виду, что при разжатии обделки в каком-либо одном сечении не происходит равномерного обжатия всего кольца, поскольку возникающие по наружной поверхности силы трения вызывают значительные потери распорных усилий. Часто производят смазку наружной поверхности, а также практикуют перенос узлов обжатия от предлот-ковых блоков ближе к горизонтальному диаметру кольца.

Наиболее современная конструкция обделки выполняется из гладких железобетонных блоков со связями растяжения и эластомерными неопреновыми уплотнителями в стыках (рис. 6.6). Обделка перегонных тоннелей наружным диаметром 6 м состоит из 9 блоков (6 нормальных, 2 смежных и 1 замковый), ширина блоков 1 м. Толщина блоков в зависимости от условий применения составляет от 20 до 35 см, выполняются блоки с особо высокой точностью (допустимое отклонение от проектных размеров 0,5 мм), из бетона В 45 на портландцементе марки 600 с добавкой суперпластификатора, марка бетона по водонепроницаемости W 10 [59].


Для обеспечения водонепроницаемости стыков, что особенно важно в условиях проходки тоннелей в водонасыщенных грунтах, на готовые блоки по периметру наклеивают уплотнительные неопреновые рамки. Соединение блоков внутри кольца достигается ввинчиванием наклонных стальных анкерных болтов (шурупов) из каждого блока в полиэтиленовые вкладыши (дюбели), установленные внутри соседнего блока. Кольца между собой связаны пазом-выступом и стальными шпилькам, запрессованными в полиэтиленовые дюбели усилием щитовых домкратов. Более совершенной продольной связью между кольцами является шпоночный трапециевидный стык «гребень-паз» в сочетании с пластмассовыми дюбелями системы «Сопех», действующими по принципу двухстороннего гарпуна. Для герметизации обделки наряду с обеспечением водонепроницаемости самих блоков устанавливают профильные неопреновые уплотнители. Они закреплены в канавке, устроенной по всему периметру блока у его внешней поверхности. Герметичность обделки обеспечивается за счет сжатия уплотнителей между торцами блоков щитовыми домкратами в период монтажа обделки [100].

Обделки перегонных тоннелей из чугунных тюбингов (рис. 6.7) применяют, как правило, в несвязных водоносных и слабых глинистых грунтах, в водоносных грунтах при гидростатическом давлении более 0,10 МПа или при больших притоках воды. Чугунные обделки используют также при строительстве тоннелей в непосредственной близости от других сооружений метрополитена, а при сравнительно неглубоком залегании - от путей железных дорог, трамвайных линий, коммуникаций и сооружений городского подземного хозяйства, когда применение другой обделки может создать опасность их повреждения.


В России для перегонных тоннелей применяют обделки наружным диаметром 6,0 и 5,5 м, собираемые в кольца из чугунных тюбингов, скрепляемых между собой болтовыми соединениями. Кольцо обделки собирают из тюбингов разных типов (рис. 6.8). Нормальные тюбинги 1 имеют радиально направленные продольные борта. Верхний ключевой (замыкающий) 126 В. П. Абрамчук, С. Н. Власов, В. М. Мостков
тюбинг 3, которым замыкают кольцо (изнутри тоннеля) при его сборке, имеет скошенные продольные борта, придающие тюбингу клиновидную форму. Два тюбинга 2, смежных с ключевым, имеют по одному скошенному борту. Тюбинги, поступающие с завода, имеют маркировку: нормальные - Н, смежные - С и ключевые - К. Число элементов в кольце зависит от его диаметра и конструкции обделки.

Наибольшее распространение в строительстве перегонных тоннелей получили обделки наружным диаметром 5,5 м, внутренним - 5,1 м, высота бортов тюбингов 0,2 м. С целью исключения трудоемких работ по очистке ячеек в тюбингах нижние два элемента в ряде случаев заменяют железобетонным блоком с плоской чугунной плитой.


Монолитные бетонные обделки перегонных тоннелей сооружают из монолитного бетона со слабым армированием с использованием переставных или передвижных опалубок. Для однопутных перегонных тоннелей принято круговое очертание таких обделок внутренним диаметром 5,5 м. Применяют их реже, чем сборные обделки. Обычно такие обделки используют в местах сопряжений, на участках, где повторяемость конструкций невелика. Сравнительно большее распространения получили бесшовные обделки из монолитно-прессованного бетона, возводимые специальными щитовыми комплексами в неводоносных грунтах (см. гл. 10).

Эскалаторные тоннели метрополитена (стволы с наклоном 30° к горизонту) имеют наружный диаметр 7,5 м (при трех эскалаторах в тоннеле) и 9,8 м (при четырех эскалаторах). Эскалаторы на станциях метрополитена и в переходах между станциями при высоте подъема от 4 до 6 м применяют только для подъема пассажиров, а при большей высоте - для подъема и спуска. Число эскалаторов на один наклонный ход должно быть не менее трех.


Обделка эскалаторных тоннелей выполняется из чугунных тюбингов шириной 1 м с 14 тюбингами в кольце диаметром 7,5 м (высота тюбинга 25 см) и шириной 0,75 м при 15 тюбингах в кольце диаметром 9,8 м (высота тюбинга 35 см). Масса одного нормального тюбинга для кольца диаметром 7,5 м составляет 0,93 т, а для кольца диаметром 9,8 м - 1,22 т. Метрогипро-транс совместно с НИЦ ТМ проводят перспективные работы по созданию обделок эскалаторных тоннелей из сборных железобетонных блоков. Всего в кольце (наружным диаметром 9,9 м и внутренним 9,1 м) 17 блоков шириной 1 м. Блоки в кольце соединяют между собой болтами с головками, расположенными в нишах блоков. В продольных и поперечных стыках установлены уплотнительные эластичные прокладки.



В перегонных тоннелях (в верхнем строении пути) рельсы типов Р50 и Р65 укладывают на шпалы (1680 шт./км), утопленные в путевом бетоне класса В 10 (рис. 6.9). Для удаления воды самотеком предусмотрены поперечные и продольные уклоны верхнего строения пути. В последнее время разработаны новые конструкции пути на бетонном лежневом основании, которые повышают долговечность конструкции и более ремонтопригодны. На всем протяжении тоннелей по оси пути устраивают открытую водоотводную канаву шириной 0,5 м и глубиной 0,9 м. Поверхности бетона придают продольный уклон не менее 0,003 и поперечный не менее 0,02. На станциях водоотводные лотки располагают под платформой.


Собираемая вода поступает в водоприемники водоотливных установок, работающих на линиях метрополитенов. Основные водоотливные установки собирают воду с участка линии метрополитена длиной до 3 км и откачивают ее. Они размещаются в самостоятельных сооружениях, представляющих собой тоннели овальной формы, располагаемые между двумя однопутными тоннелями или сбоку. На нижнем этаже тоннелей с водоотливными установками размещены две камеры водосборников, на верхнем - насосы. Вода из водосборника по напорному трубопроводу подается в колодец на поверхности, из которого самотеком поступает в городской водосток.



Тоннели мелкого заложения

Преимущественное распространение в отечественном метростроении получили сборные обделки однопутных и двухпутных тоннелей, возводимые в открытых котлованах. Они выполняются из сборного железобетона класса В 35, прямоугольного очертания, рамной конструкции - могут быть одно-, двух и многопролетными. Сборные обделки одно- и двухпутного тоннелей приведены на рис. 6.10. Они состоят из укрупненных блоков (размером по ширине от 1,5 до 3,0 м) стенового 1, перекрытия 2 и лоткового 4, которые монтируют в тоннельную секцию с помощью кранов. Отдельные блоки соединяют сваркой выпусков арматуры, стыки между блоками и швы между секциями омоноличивают расширяющимся цементом.


Работы по совершенствованию этих конструкций привели к созданию железобетонных прямоугольных рамных конструкций - цельных секций размером на готовый тоннель метрополитена. Их длина 1,5-2,0 м, высота 5,0 м, ширина 4,4 м. Из таких секций монтируют обделку как для однопутных, так и для двухпутных тоннелей. На рис. 6.11 показаны цельносекционные обделки тоннелей. Обделки однопутных перегонных тоннелей, выполняемые на прямых участках трассы из отдельных секций, имеют массу 11,5 т на 1 м длины тоннеля, объем бетона составляет 4,6 м\ для двухпутных тоннелей — соответственно 18,8 т и 7,6 м\



Значительно реже применяют монолитные и сборно-монолитные железобетонные обделки. При необходимости защиты окружающей среды от шума и вибраций при движении поездов устраивают массивные бетонные стены, экраны, а также бетонные утолщения (70 см), прочно соединенные с перекрытием и лотком обделки. Более подробно о конструкциях обделок тоннелей метрополитенов см. в [92].

Однако и цельносекционные обделки, и обделки из укрупненных элементов требуют создания оснастки и производственной базы для изготовления сборных элементов. В то же время создание в настоящее время более совершенного бетоноукладочного оборудования, передвижных механизированных опалубочных комплексов позволяет расширить применение монолитных железобетонных обделок для перегонных тоннелей, сооружаемых открытым способом на мелком заложении.

Камеры съезда предназначены для соединения двух перегонных тоннелей. В таких камерах укладывают стрелочные переводы (съезды) для перехода поезда с одного пути на другой. Это большие сооружения.

При устройстве камеры съездов в двухпутных тоннелях не требуется изменять конструкции этих сооружений. При расположении путей в двух однопутных тоннелях в местах устройства съезда необходимо устраивать специальный соединительный тоннель. На участках укладки стрелочного перевода в однопутном тоннеле и примыкания соединительного тоннеля делают ступенчатые уширения путем сооружения разной длины и ширины коротких тоннелей (камер), постепенно увеличивая пролет ширины, соответствующей ширине перегонного и соединительного тоннелей (рис. 6.12),



Тупики сооружают на конечных станциях метрополитена для устройства тупиковых путей, предназначенных для перевода поездов с одного пути на другой, а также для осмотра и отстоя составов. На подземных линиях устраивают тупиковые тоннели, соединенные с главными путями камерами съездов.
Вентиляция линий метрополитенов необходима для создания нормальных условий воздушной среды в тоннелях. Наличие повышенной температуры, углекислого газа, пыли и влаги не должно быть больше предельно допустимых концентраций. Вентиляционные сооружения на перегонах мелкого заложения состоят из киоска (на поверхности земли) для забора и выброса воздуха, канала длиной примерно 15м между киоском и вентиляционной камерой и короткого канала между этой камерой и перегонным тоннелем. Для линий глубокого заложения от киоска воздух поступает в вентиляционный ствол, далее к вентиляционной камере, а затем по короткому тоннелю -к перегонным тоннелям .