Строительство перегонных тоннелей.

Строительство линий метро начинается с геодезическо-маркшейдерских работ по перенесению трассы в натуру. Тоннели, сооружаемые закрытым способом, ориентируют путем передачи проектных координат через шахтные стволы.

При глубоком заложении, шахтные стволы располагаются в стороне от трассы и соединяются с тоннелями подходными выработками, которые в период строительства используются для транспортных целей, а в законченном состоянии - для размещения вентиляционного оборудования.

В местах примыканий к трассе подходных выработок по оси будущих путевых тоннелей строятся камеры, в которых монтируется оборудование для сооружения тоннелей (щиты, эректоры и пр.).

При строительстве тоннелей используют сборные или монолитные конструкции тоннельной обделки.

Сборные обделки

Сборные обделки бывают из чугунных тюбингов, железобетонных тюбингов и блоков.

Со второй очереди строительства и до сих пор основной обделкой перегонных тоннелей, применяемой в Московском метрополитене является сборная обделка из чугунных тюбингов.

Тюбинг (от агл. tube - труба) - представляет собой цилиндрический сегмент с кольцевыми и радиальными ребрами жесткости

Болтовые соединения обеспечивают жесткое соединение тюбингов, образующих кольцо и кольцевые сегменты друг с другом.

Перегонный тоннель с обделкой из чугунных тюбингов Фото - Олег Макаров

Тюбинговая обделка прочна, долговечна, удобна в монтаже и обеспечивает надежную гидроизоляцию даже при высоком напоре грунтовых вод но является дорогостоящей и металлоемкой.

Поэтому, если позволяют геологические и гидрологические условия, используется тюбинговая или блочная железобетонная обделка.

Железобетонный тюбинг	Железобетонный блок

Как и чугунная, железобетонная тюбинговая обделка состоит из элементов коробчатого сечения, которые соединены в кольцо болтовыми связями. Из-за низкой трещиностойкости бетона и растягивающих напряжений в кольце, возникающих из-за жесткой связи между элементами, большое распространение получила блочная железобетонная обделка. Блоки, составляющие кольцо обделки, свободно (шарнирно) опираются в продольных стыках. Изгибающие моменты сведены до минимума, а бетон работает преимущественно на сжатие. В проектном положении блоки фиксируются друг относительно друга металлическими шпильками, устанавливаемыми при монтаже кольца.

Перегонный тоннель с обделкой из высокоточных железобетонных блоков Фото - Russos

Герметизация обделки и гидроизоляция стыков обеспечивается чеканкой швов специальными мастиками или установкой профильных герметизирующих уплотнителей между блоками.

Монолитные обделки

Перегонные тоннели первой очереди Московского метрополитена в сложных инженерно-геологических условиях сооружались с обделкой из монолитного бетона. Внутренняя оклеечная гидроизоляция поддерживалась железобетонной рубашкой. Многолетняя эксплуатация этих тоннелей показала высокую надежность и долговечность этих обделок, однако технология проходческих и бетонных работ того времени не позволяли развить высокие темпы сооружения тоннелей. Обделки были громоздкими и трудоемкими.

В 60-х годах была разработана технология монолитно-прессованой бетонной обделки (МПБО). Бетонная смесь подается за юбку щита и обжимается его гидроцилиндрами в направлении оси тоннеля. Такая обделка имеет плотный контакт с окружающим грунтом, отпадает необходимость в нагнетании раствора за обделку, гидроизоляции швов. Проходческий комплекс оставляет за собой тоннель, полностью готовый к монтажу оборудования и укладке верхнего строения пути. Однако бетон, не усиленный стальной арматурой, обладает недостаточной трещиностойкостью, что особенно сказывается в условиях постоянных вибраций и динамических нагрузок, присущих метрополитену. По результатам эксплуатации таких обделок в Москве и Нижнем Новгороде, рекомендовано не применять их для тоннелей метрополитенов.

При строительстве участка "Киевская" - "Парк Победы" применен новоавстрийкий метод сооружения тоннелей (НАТМ). Сначала в полностью раскрытой выработке устанавливаются инвентарные металлические арки и наносится слой набрызгобетона. После затухания деформаций первичной обделки, наносится слой гидроизоляции и возводится внутренняя несущая конструкция из монолитного бетона или железобетонных блоков.

Проходка тоннелей

Проходка тоннелей зарытым способом осуществляется проходческими щитами или горным способом (буровзрывным методом или с помошью грнопроходческих комбайнов). В хвостовой части щита производится монтаж сборной обделки. С помощью специального эректора - тюбинго- или блокоукладчика, возможно подавать тюбинг в любое требуемое положение по периметру кольцевой обделки тоннеля. По мере разработки породы в забое перед щитом, последний продвигается вперед под действием гидравлических домкратов, упирающихся в собранное кольцо обделки. В результате в хвостовой части щита освобождается пространство для укладки следующего кольца. Процесс болтового соединения тюбингов механизирован применением специальных пневматических сбалчивателей.

Разработанная в забое порода погрузочными машинами грузится в вагонетки. Транспорт вагонеток с породой к стволу шахты, доставка тюбингов и других материалов к местам работ в тоннелях производится при помощи электровозов, питаемых током от троллейного (контактного) провода или дизельвозами.

Выход механизированного проходческого щита LOVAT в демонтажную камеру. Строительство Бутовской линии Фото - Danila

Для борьбы с притоком вод в тоннельные выработки и проветривания забоя работают установки водоотлива и вентиляции.

В твердых породах, не требующих временного крепления забоя, сооружение тоннелей производится при помощи горнопроходческого комбайна, тележка которого в этом случае подвигается вплотную к забою и оснащается выдвижными площадками, на которых располагаются проходчики во время разработки грунта.

Когда забой разработан на ширину кольца, площадки убираются, предоставляя "руке" эректора возможность свободного вращаться и производить укладку нового тюбингового кольца. Для того чтобы сборная обделка была устойчивой, она должна быть плотно обжата со всех сторон, имея надлежащий пассивный отпор окружающих горных пород. Это достигается нагнетанием гравия и цементного раствора за обделку.

Проходка перегонного тоннеля в толще известняка на участке "Парк Победы" - "Киевская" горнопроходческим комплексом "Паурат" Фото: Штурман

В тяжелых инженерно-геологических условиях (плывуны, водоносные грунты и.т.п) применяют специальные методы (кессон, замораживание, водопонижение, химическое закрепление грунтов и др.)

Московский метрополитен сооружается в сложных инженерно - геологических условиях.
Тоннели проходят в разнообразных напластованиях горных пород (слабые и плывунные грунты, отложения, частично разрушенные старыми реками, сочетания крепких и трещиноватых пород.) При проходке некоторых тоннелей были преодолены значительное горное давление и обильный приток подземных вод, доходивший на отдельных участках до 2500 куб.м/ч.

Строительство открытым способом

При открытом способе строительства тоннелей, поверхность вскрывается, тоннельные конструкции возводятся в котловане со свайными креплениями или откосами. Городские подземные коммуникации перекладываются, движение наземного транспорта отводится в сторону. Основания и фундаменты зданий вблизи трассы при необходимости укрепляются.

Строительство тоннелей метрополитена открытым способом Фото: Олег Макаров

Готовые секции тоннелей из сборных железобетонных элементов устанавливают с помощью кранов на заранее подготовленное основание, после чего выполняются работы по омоноличиванию стыков и гидроизоляции. В некоторых случаях (камеры съездов, раструбы, места сопряжения различных типов обделок) используются монолитные конструкции. По окончании монтажа основных конструкций тоннелей, производится обратная засыпка котлована грунтом, иногда в надтоннельном пространстве устраиваются служебно-технические помещения.