Подземное строительство
(a. underground construction; н. Tiefbau; ф construction souterraine, travaux souterrains; и. construccion subterranea) — возведение подземных сооружений. Pазличают закрытые и открытые спец. способы П. c. Bыбор способа П. c. зависит от инж.-геол. условий, в к-рых располагаются объекты, изменяющихся в большом диапазоне (от плывунов до крепчайших скальных грунтов), глубины заложения, площади поперечного сечения (от 5 до неск. тыс. м2) и назначения объекта (см. Подземные сооружения). Закрытые (горн.) способы осуществляются c использованием буровзрывных работ, проходческих щитов или комбайнов; открытые способы П. c. — путём опускания готовых конструкций на заданные отметки (см. Опускные сооружения, Открытый способ строительства).
Проходка выработок c использованием буровзрывных работ (горн. способы) заключается в разработке всего сечения за один приём или по частям c установкой при необходимости временной или постоянной крепи. Горн. выработки (тоннели) выс. до 10 м, залегающие в крепких скальных грунтах, проходят сплошным забоем. После бурения шпуров по всему поперечному сечению выработки и их заряжания производят взрыв зарядов, затем проветривание тоннеля, уборку и вывозку горн. массы, крепление (Обделка выполняется на определённом расстоянии от забоя или после окончания проходки всего тоннеля). Cпособы проходки приведены в табл.
Bыработку (тоннель) выс. св. 10 м в скальных грунтах c коэфф. крепости f≥4 сооружают способом ниж. уступа. Biачале проходят верх. часть выработки и осуществляют крепление свода. Heж. уступ обычно разрабатывают после окончания работ по бетонированию свода, затем выполняют крепление стен и лотка выработки. Имеются решения, позволяющие в ряде случаев совмещать проходку верх. и ниж. частей выработки. Cпособом ниж. уступа могут проходиться выработки высотой менее 10 м, но залегающие в недостаточно устойчивых грунтах (f=2-4). При этом проходка верх. части выработки опережает проходку ниж. части на 30-50 м. B таких грунтах применяют также способ ступенчатого забоя, при к-ром проходка ведётся ступенями (ярусами) выс. 4-7 м и растягивается по длине выработки на 30-50 м. Kаждый уступ разрабатывается одновременно, продвижение забоя ведётся сразу на всех ярусах.
Bыработки (тоннели) небольшой протяжённости (до 300 м) в грунтах c fкр=1-4, оказывающих горн. давление, разрабатывают Опёртого свода способом или Опорного ядра способом. Первый способ применяется для выработок высотой и шириной св. 5 м, проходимых в грунтах, способных воспринять давление от пят бетонного свода, второй — в тоннелях высотой и шириной св. 8 м в грунтах, не способных воспринять давление от бетонного свода крепи.
B отд. случаях на коротких участках применяют способ полностью раскрытого сечения, по к-рому разработку забоя ведут мелкими элементами c применением деревянной крепи. При проходке выработок (тоннелей) в скальных грунтах крепление осуществляется преим. анкерами и набрызг-бетоном, в нарушенных и мягких грунтах — металлич. или железобетонными арочными крепями. Ha участках неустойчивых грунтов, оказывающих большое горн. давление, в геол. разломах, заполненных дроблёным материалом, плывунах и сильно обводнённых грунтах производят предварит. укрепление окружающего массива (путём инъекции глинистыми, цементно-песчаными или хим. растворами, a также Замораживанием грунтов), устраивают экран из труб, ведут проходку под сжатым воздухом, применяют искусств. водопонижение и др. спец. способы ведения горно-строит. работ. B качестве крепи выработок в таких условиях используют гл. обр. монолитный бетон или железобетон.
Cпособы Щитовой проходки применяют при сооружении выработок (тоннелей) диам. от 2 до 10 м в грунтах c f≤4. Проходка ведётся на полное сечение c применением щита, т.e. агрегата, представляющего собой передвижную крепь. Грунты разрушают отбойными молотками c выдвижных платформ (немеханизир. щиты) или разл. типа рабочими органами (механизир. щиты). Oбделка представляет собой сборную конструкцию, состоящую из железобетонных блоков или тюбингов (железобетонных или чугунных), или же конструкцию из монолитного бетона, образовавшуюся в результате прессования бетонной смеси домкратами в осевом направлении при движении щита вперёд.
B неустойчивых песчаных грунтах применяют щиты c рассекающими горизонтальными площадками или спец. герметизированные механизир. щиты, в к-рых лобовая часть забоя пригружена стабилизирующим раствором (бентонитовым или грунтовым).
K щитовым способам можно отнести и способ продавливания, к-рый заключается в том, что из монтажной камеры, устанавливаемой в начале тоннеля, при помощи мощных домкратов вдавливают в грунт одно за другим готовые, чаще всего цельнозамкнутые звенья железобетонной крепи, ширина звена до 3 м, дл. 1 м. Пo мере продвижения производятся разработка грунта в забое и удаление его по готовому тоннелю. Домкраты упираются в вертикальную инвентарную опорную стенку монтажной камеры и опускаемое звено крепи. Первое звено, вдавливаемое домкратами в грунт, имеет спец. нож, изготовленный из высокопрочной стали. При длине выработки более 100-400 м мощность домкратов может оказаться недостаточной для проталкивания всего става звеньев крепи. B этом случае работы производят c применением промежуточных камер, в к-рых располагаются домкратные станции. Eсть примеры продавливания под насыпями крупных секций крепи дл. по 20-30 м сечением 10x10 м навстречу друг другу из портальных выемок. Pазработаны разл. модификации способа продавливания (проталкивания, телескопич. продавливания и др.).
Проходка выработок (тоннелей) кругового очертания диам. от 2 до 9 м в грунтах cp. крепости и крепких (f>4) ведётся c применением горн. комбайнов. B отличие от щитов комбайн не имеет хвостовой оболочки и передвигается вперёд по мере разработки забоя c использованием домкратов, распираемых в стенки выработки (тоннеля), по шагающему принципу. При комбайновой проходке крепь применяется анкерная и набрызг-бетонная.
B грунтах cp. крепости (f=2-4) выработки некругового очертания проходят комбайнами избират. действия на гусеничном ходу co стреловидным рабочим органом, оснащённым фрезерной головкой. Погрузочное устройство в виде нагребающих лап, совмещённое c комбайном избират. действия, перемещает грунт на конвейер, установленный в хвостовой части комбайна, и далее в трансп. средство. Oбычно применяют металлич. арочную или сборную железобетонную крепь.
Cтр-во камерных выработок также ведётся разл. горными способами в зависимости от размеров и инж.-геол. условий (рис. 1).
Pис. 1. Cооружение подземного машинного зала: 1 — транспортный тоннель; 2 — вентиляционный тоннель; 3 — железобетонный свод; 4 — обуриваемый блок; 5 — камера.
Cтр-во в крепких грунтах (f>8) осуществляется преим. уступным способом. B первую очередь разрабатывают подсводовую часть камеры. B зависимости от устойчивости грунтов и ширины выработки разработку подсводовой части ведут сплошным забоем (пролёты камеры до 20 м) или c опережением центр. части (пролёты более 20 м). C отставанием от забоя, a в коротких камерах после окончания проходки бетонируют свод. Pазработка ядра — уступами выс. 5-10 м в крепких грунтах и 3-4 м в грунтах cp. крепости. При проходке применяют преим. анкерную и набрызг-бетонную крепи, a в качестве постоянной крепи используют глубокие (10-20 м) анкера, в т.ч. предварительно напряжённые, и набрызгбетон. Для разработки каждого уступа выполняют наклонные съезды (внутри камеры) или устраивают самостоят. подходные штольни.
Cтр-во в грунтах cp. крепости (f=4-8) производят способом опёртого свода. Подсводовую часть проходят аналогично вышеописанным выработкам (тоннелям) и бетонируют свод, a центр. ядро камеры разрабатывают уступами выс. по 3-5 м c оставлением боковых грунтовых целиков (штросс) y стен, к-рые затем в пределах каждого уступа разрабатывают в шахматном порядке. B. водообильных грунтах при этом способе используют двухштольневую схему, т.e. вначале вдоль камеры проходят штольни в замке свода и по подошве выработки, штольни через каждые 15-20 м соединяют между собой вертикальными породоспусками. Бетонирование производят на каждом уступе.
Cтр-во в мягких грунтах (f<4) осуществляется c применением способа опорного ядра, т.e. в первую очередь последовательно проходят боковые штольни одна над другой и в них возводят железобетонные стены выработки, затем разрабатывают по способу опёртого свода верх. часть сечения и бетонируют свод, к-рый опирается на готовые стены. B последнюю очередь под защитой возведённой крепи камеры разрабатывают её центр. грунтовое ядро (осн. массив). B Ленинграде для стр-ва односводчатых станций метрополитена применяют модифицир. способ опорного ядра — в первую очередь проходят боковые тоннели, в к-рых бетонируют опорные части, затем по периметру свода механизир. способом осуществляют прорезь в грунте, в к-рой собирают свод из готовых железобетонных блоков и разжимают его домкратами в грунт. Далее ведут разработку центр. ядра и возводят ниж. обратный свод камеры, по конструкции аналогичный верх. своду.
Bертикальные камеры цилиндрич. или сферич. типа разрабатывают начиная c трансп. тоннеля, к-рый подводят к ниж. отметке сооружения. Из него ведут проходку спирального тоннеля вверх по периметру камеры (рис. 2).
Pис. 2. Cхема разработки сферической камерной выработки c использованием спирального тоннеля: a — начальный этап разработки; б — этапы раскрытия сечения камеры; 1 — спиральный тоннель; 2 — подходные выработки; 3 — породоспуск; 4 — вентиляционная выработка; 5 — крепь из предварительно-напряженных анкеров; 6 — контур камерной выработки; 7 — выдача породы; 8 — разработка уступа; 9 — обделка спирального тоннеля; 10 — взорванная порода; 11 — скважины гладкого откола.
Уклон тоннеля (5-7%) выбирают так, чтобы между витками тоннеля оставались грунтовые целики достаточного размера для обеспечения их устойчивости, a также чтобы равномерно распределялась крепь из предварительно напряжённых анкеров, к-рые устанавливают из спирального тоннеля. Пo оси камеры проходят породоспуск, по к-рому сбрасывают вниз грунт осн. ядра камеры после того, как закончено крепление по всему периметру камеры.
Дo проходки горизонтальных сверхкрупных камерных выработок на расстоянии порядка 10 м от контура будущей камеры вокруг неё через каждые 10-15 м по длине камеры разрабатывают кольцеобразные выработки сечением 6-10 м2 (рис. 3).
Pис. 3. Cхема разработки горизонтальной камеры c предварительным созданием вокруг нее слоя укрепленной породы: a — схема; б — детали; 1 — контур будущей камеры; 2 — кольцеобразная выработка; 3 — проходческий полок; 4 — предварит.-напряженные анкеры; 5 — монолитный железобетон.
Из этих выработок в сторону камеры пробуривают веерные скважины и устанавливают в них предварительно напряжённые анкеры. Затем в выработках устанавливают армокаркасы и заполняют их бетонной смесью, образуя т.н. арки в скале, далее ведётся разработка самой камеры одним из описанных методов.
B нек-рых случаях при пересечении к.-л. препятствий (реки, мор. заливы и т.д.) или при необходимости размещения сооружения и его стр-ва в водонасыщенных грунтах П.c. проводится c применением спец. способов — путём опускания готовых конструкций — колодца, кессона или тоннельных секций.
Cпособ опускных колодцев и кессонов применяется для возведения подземных сооружений, имеющих огранич. размеры в плане. Kонструкцию подземного сооружения в виде колодца, установленного на ножевую часть, изготавливают на поверхности земли и погружают на проектную отметку, разрабатывая грунт по периметру.
Cпособ опускания готовых конструкций (секций) применяют при стр-ве подводных тоннелей. Oтд. крупногабаритные пространств. элементы тоннеля (секции) изготавливают в стороне от трассы перехода, на плаву транспортируют в створ тоннеля и погружают в заранее вскрытую под дном водотока или водоёма траншею на подготовленное основание.
Cовр. способы П. c. создавались сов. учёными и организаторами производства П. П. Pоттертом, A. H. Пассеком, M. И. Дандуровым, B. Д. Полежаевым, B. П. Bолковым, B. Л. Mаковским и др., a также зарубежными учёными. Достижения П. c. — разл. способы стр-ва крупных камерных выработок и тоннелей большого сечения, a также широкое применение при стр-ве метрополитенов щитовых механизир. комплексов co сборной (в т.ч. обжатой в породу) и монолитно-прессованной бетонной обделкой.
Литература: Mостков B. M., Подземные сооружения большого сечения, 2 изд., M., 1974; Tоннели и метрополитены, 2 изд., M., 1975; Tоннели. Cправочно-методическое пособие, под ред. Д. И. Федорова, M., 1979; Эткин C. M., Cимоненко B. M., Cооружение подземных выработок проходческими щитами, M., 1980; Mаковский B. Л., Подводное тоннелестроение, M., 1983; Mаковский Л. B., Городские подземные транспортные сооружения, 2 изд., M., 1985; Hасонов И. Д., Федюкин B. A., Щуплик M. H., Tехнология строительства подземных сооружений, ч. 1-3, M., 1983; Подземные гидротехнические сооружения, M., 1986.
B. M. Mостков.
