692

Для внедрения на строительстве метрополитенов названных вариантов эскалаторных тоннелей требуется детальная проектная проработка конструкций и технологии сооружения применительно

кконкретным условиям.

3.1.2.Эскалаторные тоннели с обделкой из сборного железобетона

Всвязи с положительными результатами использования при строительстве перегонных тоннелей в неблагоприятных гидрогеологических условиях (водонасыщенные грунты с гидростатическим давлением до 0,3 МПа) высокоточных железобетонных блоков, изготовленных на основе известных зарубежных технологий, в Метрогипротрансе и НИЦ ТМ ОАО «ЦНИИС» возникла идея — перенести опыт изготовления и монтажа блоков обделки наружным диаметром 6 м на конструкцию эскалаторных тоннелей, в частности с четырьмя лентами. При этом следовало осуществить некоторые усовершенствования, связанные с работой наклонной обделки, пересекающей различные неустойчивые обводненные грунты с поверхности и более устойчивые, прочные в сопряжении с обделкой станции. В статическом расчете обделки наклонного тоннеля приходится учитывать работу конструкции на изгиб, как трубчатой балки, частично заделанной внизу в более прочные грунты, т.е. с учетом работы связей между кольцами на растяжение [Метро. 1993. № 2. С. 26–28].

По условиям расположения четырех лент эскалаторов и удобного их обслуживания в обделке кругового очертания установлено, что ее внутренний диаметр должен быть не менее 9,1 м, а

наружный — 9,9 м (рис. 3.2).

При этом вместо 22 т дефицитных чугунных тюбингов на каждый метр тоннеля требуется 12 м3 железобетонных блоков, что намного дешевле.

Для обеспечения устойчивости и прочности обделки соединение колец предусмотрено сквозными (на всю ширину кольца) нарезными болтовыми тяжами МЗО с муфтами-гайками. При монтаже обделки каждая муфта-гайка навинчивается на нарезной конец болта-тяжа и может развивать прижимное усилие в 160–170 кН, т.е. каждое кольцо прижимается с усилием свыше 5000 кН. При таких усилиях обеспечивается достаточная жесткость всего наклонного тоннеля.

Объемы выемки грунта, потребности материалов и изделий на 1 м обделки четырехленточного эскалаторного тоннеля наружным диаметром 9,9 м приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Основные показатели по сооружению эскалаторного тоннеля с обделкой из железобетонных блоков

3.1.3. Новые конструктивно-планировочные решения эскалаторных тоннелей

Начало отечественного эскалаторостроения исходит с Васильевского острова Северной столицы, от предприятия, которое на протяжении XX в. называлось по-разному: заводом «Красный металлист», машиностроительным заводом им. Котлякова, ЛПО «Эскалатор» [Метро и тоннели. 2002. № 1. С. 78].

Именно здесь, на пересечении Малого проспекта и 17-й линии, в 1934 г., несмотря на отсутствие опыта, документации и какой-либо помощи извне, инженеры начали создавать собственные эскалаторные комплексы, не только не уступающие по эксплуатационным качествам иностранным аналогам, но и превосходящие их.

Девяностые годы были сложными для предприятия. Резко сократилось строительство метрополитенов и потребность в новых эскалаторах. Отсутствие должного финансирования текущей деятельности метрополитенов сказалось и на уменьшении заказов на запасные части, полностью прекратилось финансирование стратегических проектных, научных и исследовательских программ. Терялись сложившиеся десятилетиями связи между производителями и потребителями эскалаторов, происходил распад конструкторских и производственных компаний. Так, в 1997 г. СКБЭ и ПО «Эскалатор» (Санкт-Петербург) распалось на несколько фирм: «ЭЛЭС» и «ЛАТРЭС» (бывшие цеха ПО «Эскалатор»), что привело к разделению рынка производителей эскалаторной продукции: «ЭЛЭС» производит и поставляет потребителям в основном тоннельные эскалаторы, «ЛАТРЭС» приоритетным направлением выпуска продукции избрал поэтажные эскалаторы. Продукция этих фирм на отечественном рынке пользуется спросом в одинаковой мере. И если по поэтажным эскалаторам мощными конкурентами на российском рынке выступают такие фирмы, как «OTIS», «Shindler», «KONE» и др., то у «ЭЛЭС» с его тоннельными эскалаторами большой высоты и классической схемой их устройства конкурентов нет.

Таким образом, перемены в стране привели к возникновению прецедента: возникла конкурентная борьба — явление, полезное во всех отношениях для прогресса любой техники. Наряду с «мэтрами» эскалаторостроения — «ЭЛЭС» и «ЛАТРЭС» — пробует свои силы вновь созданное ЗАО «Конструктор» (Санкт-Петербург) с новой машиной ЭТХ-3/75, в конструкции которой были опробованы попытки совместить преимущества традиционной и модульной схем устройства.

Неоценимую помощь в этот непростой момент производителям эскалаторов оказала Хозяйственная ассоциация «Метро», объединившая организации, заинтересованные в продолжении жизнедеятельности эскалаторостроения. Ассоциация сохранила связи между изготовителями и метрополитенами, организовала новые формы взаимодействий между ними. Непросто складывались отношения с метрополитенами государств, образованных республиками бывшего СССР, но и эта проблема новых государственных границ была решена усилиями Хозяйственной ассоциации.

Поскольку по эскалаторам типа ЭТ, спроектированным еще в 70-е гг., имеются существенные замечания эскалаторных служб как по конструкции, так и по дорогой системе технического обслуживания, ЗАО «ЛАТРЭС» разработало эскалаторы нового типа TL, объединенные общей концепцией: «Конструктивная новизна эскалатора — это простота технического обслуживания, высокая надежность и долговечность по ресурсу, а также низкие затраты на ремонт».

Предприятие готово уже сейчас поставлять эскалаторы типа TL-200 высотой до 21 м (на фундаменты эскалатора ЭТ-5М) и уникальные в мировой практике сверхглубокие эскалаторы TL-750 высотой до 75 м. В их конструкции использованы коррозионностойкие несварные ступени и усиленные тяговые цепи, смазка которых не требуется в течение длительного времени.

Конструкторы Эскалаторного завода считают, что при разработке эскалаторов типа TL была учтена большая часть проблем эксплуатации. Особое внимание обращено на

воздействие агрессивных сред (воды и солевых растворов), а также на долговечность и надежность работы отдельных узлов.

Одновременно с производством новых тоннельных машин предлагаются новые конструктивные решения и для модернизации эскалаторов, находящихся в эксплуатации. Подготовлены проекты модернизации эскалаторов типа ЭТ (проекты ЭТ2ML и ЭТ3ML), а также технический проект реконструкции типа ЭМ, который предполагает сохранить существующие фундаменты и крупноблочные узлы старых эскалаторов, но после реконструкции получить фактически новые с современным интерьером и сроком службы не менее 40 лет.

Конструкторским бюро завода разработан проект поэтажного эскалатора тяжелого типа PL-100 высотой подъема до 10 м, предназначенного для условий непрерывного транспортного потока с возможностью работы вне зданий и сооружений (до –20 °С).

На базе эскалатора PL-100 разрабатывается пассажирский конвейер типа PTL-100 с углом подъема до 12°.

Конструкторы ЗАО «ЛАТРЭС» прорабатывают и вопросы, связанные с возможностью использования метрополитена инвалидами. Они предлагают фуникулер, располагающийся в наклонном ходе параллельно эскалаторам, а также специальное кресло, с помощью которого возможно перемещение инвалида на эскалаторе.

Существенными недостатками строящихся в настоящее время четырехленточных эскалаторных тоннелей являются значительные объемы разработки грунта и расхода чугуна (см. табл. 1.1).

Устранить эти недостатки можно путем приближения конфигурации тоннеля к минимально необходимой площади поперечного сечения — 45 м2 (без вентканала вентиляции станции — 35 м2) для размещения оборудования, коммуникаций, вентиляции и безопасного перемещения пассажиров по эскалаторам.

Такие экономически выгодные технические решения предлагается реализовать, в частности, при строительстве метрополитена в Екатеринбурге [Метро и тоннели. 2004. № 4. С. 20–21].

Благоприятным фактором прокладки метрополитенов на Урале является наличие скальных, хотя и обводненных (до 0,3 МПа), грунтов в отличие от большинства метрополитенов страны, для которых характерны неустойчивые породы, часто требующие специальных способов проходки. Данное обстоятельство позволяет изменить конструкцию эскалаторного тоннеля.

При этом максимальная компактность достигается следующими способами.

1.Расположить вентканал над эскалаторами для вентиляции станции и прокладки коммуникаций, что позволит уменьшить строительный объем и снизить затраты на 36 %.

2.При размещении вентканала под эскалаторами обделку обратного свода принять по его контуру, что уменьшит строительный объем и затраты на 25 %.

3.При использовании других выработок, предусмотренных проектом для вентиляции станции, коммуникации расположить между обделкой тоннеля и боковыми проходами эскалаторов, что сократит строительный объем на 36 % и стоимость сооружения 1 м наклонного тоннеля на 200 тыс. р.

Варианты поперечного сечения эскалаторного тоннеля представлены на рис. 3.3, а их основные показатели — в сравнительной табл. 3.3.

Таблица 3.3

Потребность материалов и стоимость 1 м эскалаторного тоннеля

Из таблицы видно существенное уменьшение объемов работ по разработке и выемке грунта с 86 м3 на 1 м тоннеля до 56 м3 и расхода чугунной обделки с 22,3 т на 1 м тоннеля до 13,4 т в сравнении с применяемой на сегодняшний день конструкцией эскалаторных тоннелей.

К настоящему времени в Екатеринбурге возведены четыре станции глубокого заложения с эскалаторными тоннелями диаметром от 7,5 м (ст. «Динамо») до 10,5 м (ст. «Геологическая») для трех и четырех эскалаторов соответственно. При строительстве следующей станции глубокого заложения («Чкаловская») в проекте может быть предусмотрен новый вариант конструкции эскалаторного тоннеля без вентканала для вентиляции станции.

Новые конструктивно-компоновочные решения могут быть использованы также при строительстве метрополитенов и в других городах, при условии проверки расчета несущей способности обделки в зависимости от горно-геологических условий.

3.1.4. Эскалаторы нового поколения

Практика эксплуатации метрополитенов России свидетельствует, что провозная способность электроподвижного состава значительно превосходит провозную способность эскалаторных подъемов, в результате чего, особенно в часы пик, постоянно возникают своеобразные пробки, заметно увеличивающие время передвижения пассажиров и комфортность их пребывания на линиях метрополитенов.

Как считают ведущие специалисты в области эскалаторостроения, эти «узкие места» «сохраняются и образуются на новых станциях только из-за отставания нашего эскалаторостроения от мирового технического уровня на десятилетия, из-за сохраняющейся монополии на производство тоннельных эскалаторов метрополитенов, неспособности и нежелания монополистов что-либо менять в этой области» [Метро и тоннели. 2004. № 5. С. 26–29].

Увеличение числа выходов, как и ранее, трудно осуществимо из-за дороговизны этого мероприятия и плотности застройки центральных районов городов. Именно поэтому одной из альтернатив является установка в существующих и строящихся тоннелях дополнительных эскалаторов.

Современный уровень эскалаторостроения уже сегодня позволяет установить в тоннелях диаметром 7,5 и 10,5 м четыре эскалатора вместо трех и пять — вместо четырех (и увеличить фактическую пропускную способность тоннеля в одном направлении с 18 до 27 тыс. пас.-ч — в 1,5 раза или с 27 до 36 тыс. пас.-ч — на треть соответственно), обеспечить нормальное функционирование большинства станций метрополитенов, не нарушая привычный график работы даже при неизбежных ремонтах эскалаторов.

Этот вопрос особенно актуален сегодня, когда половина из общего количества эскалаторов Московского (562 шт.) и Петербургского (214 шт.) метрополитенов выработали свой ресурс и требуют замены. Следующий шанс увеличить пропускную способность эскалаторных тоннелей представится только через 50 лет — срок службы эскалаторов.

Что же понимают специалисты под современными эскалаторами, которых пока что нет в практике отечественного метростроения?

Конечно же, это не те машины, которые установлены недавно на ст. «Парк Победы» в Москве и на ст. «Комендантский проспект» в Санкт-Петербурге. Их массогабаритные характеристики, КПД, пробег до капитального ремонта, система управления мало

отличаются от предшественников образца 1935 г. (тип Н), 1950 (тип ЭМУ), 1955 (тип ЛТ), 1968 тип (ЭТ). И вот почему.

Все отечественные эскалаторы выполнены по традиционной схеме с приводом на верхнем поворотном участке трассы движения лестничного полотна. Ее применение в 1935 г. было оправдано относительной простотой и низкими технологическими возможностями производства, но многолетняя практика эксплуатации этих машин выявила ряд существенных недостатков.

Ступень эскалатора — тележка на четырех колесах (бегунках), при ширине лестничного полотна 1 м предназначена для транспортировки двух человек и, если рядом окажутся два стокилограммовых пассажира, каждый из четырех бегунков воспримет около 50 кг полезной нагрузки. Но одна пара бегунков (вспомогательная) имеет диаметр 80 мм, вторая (основная) — 180 мм, их масса отличается в 8 раз: 0,447 и 3,46 кг соответственно (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Ступень эскалатора ЭТ-2(М)

И только за счет этого общая масса лестничного полотна эскалатора ЭТ-2(М) высотой подъема 65 м (536 ступеней) увеличена на 3230 кг, а его стоимость — на 350 тыс. р.!

А ведь по всей трассе движения ступеней бегунки нагружены примерно одинаково. Исключение — верхние криволинейные участки (ВКУ). Здесь тяговая цепь из прямой

линии преобразуется в ломаную, догружая связанные с ней основные бегунки силой около 600 кг.

Эти силы безжалостно ломают ступень при каждом ее прохождении ВКУ (причем на рабочей ветви — в одну сторону, на холостой — в другую). Для их восприятия применяют усиленный каркас, превращая ступень в конструкцию массой 45 кг (непосредственно же пассажирскую нагрузку способны нести алюминиевые или даже пластмассовые ступени массой 10–16 кг).

Самыми слабыми элементами, определяющими ресурс эскалатора до капитального ремонта, являются тяговые цепи с трением скольжения «сталь по стали». Как известно, одним из основных факторов износа является удельное давление на поверхностях трения. Но именно в зоне наибольших натяжений тяговой цепи, охватывающей ВКУ и приводную звездочку, и происходит взаимный поворот звеньев. Трение под нагрузкой до 16 622 кг заставляет увеличивать площадь шарниров цепи — их диаметр в эскалаторах ЭТ-2(М) равен 50 мм, ширина — 96 мм.

Даже смазать такой шарнир — проблема. Дорогостоящие смазочные каналы в деталях цепи на практике оказались малоэффективны, автоматы смазки — неработоспособны. Смазка цепей поливом превращает их в пожароопасный объект. Трагический пример — пожар на эскалаторе ст. «Kings Cross» в Лондоне, унесший жизнь 31 пассажира. Он возник от искры (при трении неисправного бегунка о реборду), воспламенившей «смазанные» тяговые цепи с налипшими на поверхностях пылью и мелким мусором — подобие пороха.

Но и при наличии смазки момент трения в шарнире стремится провернуть круглые детали цепи относительно пластин, что грозит катастрофическим износом сопрягаемых поверхностей, ведь здесь площадь контакта на порядок меньше, чем в шарнире. Спасают дорогостоящие высокоточные прессовые посадки. Их применение, однако, предполагает наличие пластин определенной толщины, иначе невозможно удержать момент трения. А

Опыт сооружения эскалаторных тоннелей показывает, что разрыв между окончанием проходки эскалаторного тоннеля и началом бетонирования плиты машинного помещения при последовательной схеме работ может достигать двух и более лет. Отсюда следует, что для сокращения сроков строительства эскалаторного комплекса более предпочтительной должна быть признана параллельная схема.

При параллельной схеме соблюдается следующая очередность выполнения основных видов работ:

а) подготовительные работы для проходки наклонного хода и возведения вестибюля, включающие освоение строительной площадки, бурение наклонных (для эскалаторного тоннеля) и вертикальных (для вестибюля) скважин, монтаж замораживающей сети и станции, производство активного замораживания;

б) вскрытие котлована под машинное помещение вестибюля с одновременным перемонтажем коллектора замораживающей сети наклонного хода;

в) сооружение фундаментной плиты и стен машинного помещения; г) устройство наклонной и бункерной эстакад в пределах машинного помещения, монтаж

тельферной эстакады, сборка первого постоянного кольца обделки эскалаторного тоннеля и временных полуколец, монтаж тюбингоукладчика;

д) сооружение вестибюля с одновременными проходкой и обустройством наклонного хода, включая монтаж эскалаторов;

е) заделка монтажных проемов в стенах вестибюля и выполнение оставшихся общестроительных и монтажных работ по вестибюлю и наклонному ходу.

Разнообразный характер работ по проходке наклонного хода и возведению вестибюля требует одновременного участия в их выполнении отдельных специализированных организаций, взаимосвязь между которыми определяется общим графиком производства работ, утверждаемым руководителем генподрядной организации.

Анализ опыта проходки эскалаторных тоннелей на отечественных метрополитенах показывает, что основные процессы до настоящего времени механизированы слабо. Разработка грунта в забое в большинстве случаев ведется при помощи отбойных молотков. Монтаж обделки (как правило из чугунных тюбингов), хотя и производится механизированным способом, усложнен неудобным в технологическом плане положением собираемого кольца под углом 60° к горизонту. Вследствие этого — высокая трудоемкость и низкие темпы сооружения эскалаторных тоннелей. В частности, удельный вес физических объемов проходческих работ составляет около 9 %, а удельный вес стоимости сооружения эскалаторного тоннеля от полной стоимости СМР по станции доходит до 15 %.

Необходимость применения традиционной конструктивно-технологической схемы сооружения эскалаторного тоннеля в силу экономических причин (высокой стоимости чугунных тюбингов) должна быть в каждом случае тщательно обоснована. Там, где позволяют инженерногеологические условия, необходимо использовать более экономичные конструкции и технологии. При этом во всех случаях следует руководствоваться рекомендациями, приведенными в нормативно-инструктивной литературе и ППР, увязанном с проектом строительства станции.

К наиболее общим рекомендациям можно отнести следующие.

Горный комплекс для проходки эскалаторного тоннеля должен включать наклонную эстакаду с путями для скипового подъема и спуска тюбингов, бункер с пластинчатым питателем, машинное помещение с редукторными лебедками для скипового подъема и спуска тюбингов, а также тельферную эстакаду, располагаемую поперек оси наклонной эстакады.

Устье эскалаторного тоннеля для монтажа тюбингоукладчика следует сооружать в открытом котловане с креплением его стен. Котлован необходимо разрабатывать с уклоном в сторону тоннеля до глубины, позволяющей смонтировать два первых кольца обделки, а при наличии грунтовых вод — до глубины, превышающей их уровень не менее чем на 0,5 м. На спланированном под углом 30° откосе дна котлована необходимо устраивать бетонный лоток, являющийся основанием для первых колец обделки и последующих полуколец временного оголовника. Первые два кольца обделки следует закреплять бетоном, укладываемым между кольцами и стенками котлована. Отклонения диаметров этих колец не должны превышать ±10 мм.

При неглубоком котловане на бетонном основании собирают полукольца, необходимые для монтажа укладчика, а первые полные кольца, являющиеся временными, монтируют укладчиком.

К работам по проходке в зоне слабых водонасыщенных замороженных грунтов разрешается приступать только после образования замкнутого ледогрунтового ограждения проектной толщины и прочности. Разрешение должно оформляться актом.

Проходку эскалаторных тоннелей следует вести на полный профиль. При наличии нижерасположенных горизонтальных выработок, примыкающих к эскалаторному тоннелю, допускается проходка с передовой штольней или скважиной. Разработку грунта в забое следует вести сверху вниз заходками на одно кольцо одним или несколькими уступами с обязательной затяжкой кровли и, при необходимости, лба забоя согласно паспорту крепления выработки. Временная крепь, как правило, инвентарная. Для механизации погрузки разрабатываемого грунта в скип тюбингоукладчик должен быть оснащен погрузочной платформой или грейфером (рис. 3.7).

Технические характеристики укладчика

Разработку грунта в замороженной зоне следует осуществлять с соблюдением мер предосторожности, исключающих повреждение отклонившихся в пределы сечения тоннеля замораживающих колонок и выпуска рассола. При обнаружении таких колонок их необходимо отключить от распределителя и коллектора, выпустить рассол, а выступающую внутрь выработки колонку отрезать. При монтаже обделки вне зоны замороженных грунтов следует устанавливать полные болтовые комплекты, а в зоне замороженных грунтов — временные болты с плоскими стальными шайбами, подлежащие замене на полные болтовые комплекты при выполнении гидроизоляционных работ.

Рис. 3.7. Машина породопогрузочная для наклонных тоннелей: 1 — рычаг укладчика; 2 — грейфер челюстной; 3 — скип;

4 — металлоконструкция машины

При первичном нагнетании за обделку готовый раствор должен подаваться от растворного узла на поверхности по утепленной трубе, к нижней части которой присоединяется гибкий шланг. Растворы для нагнетания в зоне замороженных грунтов следует применять с добавками, предотвращающими их замерзание и ускоряющими схватывание. Контрольное нагнетание за обделку и установка пробок с гидроизоляционными шайбами в отверстия для нагнетания должны заканчиваться до оттаивания грунтов.

Отклонение диаметра колец не должно превышать ± 30 мм, продольное смещение —

± 1 мм. Для устранения накапливающегося отклонения обделки в плане и профиле допускается закладывать между кольцами стальные прокладки.

В эскалаторном тоннеле следует устраивать отделение (или отсек) для прохода людей с лестницей или трапами, расположенными выше выступающих частей перемещаемых в готовой части тоннеля грузов.

При проходке нижнего участка тоннеля с опережающей штольней ее следует выполнять из станционных выработок снизу вверх на уровне лотка тоннеля. При этом штольню по ширине необходимо разделять на два отсека с перегородкой — один отсек,