754

Объемы работ по устройству экранов из труб

При сооружении портальных участков тоннелей в оползнеопасных слабоустойчивых склонах были предусмотрены противооползневые укрепительные сооруженияна подходах к тоннелям иврезках, а также в руслер. Мзымта для защиты от размыва. Укрепительные сооружения для предотвращения обрушения откосов и вывалов грунта при врезках портальных участков выполнены в виде подпорных стен на буронабивных сваях с объединяющим ростверком, служащим фундаментом. Длина буронабивных свай, как правило, превышает 12 м при диаметре 630 мм и более, высота подпорных стен — до 6 м. При этом выполняют следующие мероприятия: по лобовомуоткосуна участке врезки — устройство бетонной плиты толщиной 20 см, сооружение бетонного оголовка и одноили двухрядного экрана из труб с цементацией. По мере разработки грунта устанавливают затяжку за сваи по торцу врезки. После сооружения подпорной стены и галереи — засыпка съезда местным

121

грунтом до уровня низа калотты, вырубка буронабивных свай, попавших в сечение калотты, и монтаж нескольких арок временной технологической галереи из двутавровой балки №36 с черновым бетоном. Затем — бетонирование воротника по контуру выработки, установка кондукторов из труб 219 мм для последующего устройства защитного экрана. Для этого в галерее с подмостей — бурение наклонных скважин 159 мм длиной 20 м в два ряда с шагом 400 мм в шахматном порядке. После установки металлических труб127 ммвскважины —нагнетаниевнихцементно-силикатногорастворапод давлением до 1 МПа. Грунт разрабатывался под защитой экрана из труб заходками по 0,75 м с установкой арок временной крепи верхней части сечения тоннеля с черновым бетоном.

При устройстве защитного экрана на врезке автодорожного тоннеля № 2 вместо металлических труб были использованы т. н. быстроустанавливаемые анкеры, работающие за счет сил трения (рис. 3).

а)

б)

Рис. 3. Устройство врезки автодорожного тоннеля №2 под защитой экрана из быстроустанавливаемых анкеров:

а — на входе в грунтовый массив; б — внутри тоннеля

122

Опережающие защитные экраны из труб или анкеров, устраиваемые по внешнему контуру обделки, снижают опасность развития деформаций и нарушений окружающего грунтового массива, вывалов и обрушения грунта при проходке тоннеля. Защитные экраны эффективны в слабоустойчивых грунтах с коэффициентом крепости по М.М. Протодьяконову f < 2, а также в сильнотрещиноватых грунтах средней устойчивости на врезках тоннелей, в зонах тектонических разломов и оползневоопасных массивах. Экран состоит из стальных труб (полых или заполненных бетоном) диаметром до 500 мм, устраиваемых поконтурувыработки,и поддерживающих конструкций ввиде металлических арок или других элементов. При строительстве портальных участков или коротких тоннелей установку труб экрана производят из предпортальнойвыработки, наподземныхучастках— иззабоя. Черезперфорированные трубы экрана можно осуществлять цементацию грунтового массива. Длину труб назначают с условием захода в устойчивый массив не менее 2 м. Если мощность зоны нарушенных грунтов не превышает 40 м, бурение скважин производят горизонтально из предварительно устроенной камеры. При большей длине зоны нарушенных грунтов защитныйэкран устраивают в видеперекрывающихдругдругана3…4мнаклонныхсекцийдлиной15…30 м каждая.Приэтомскважины бурятнепосредственно изтоннельнойвыработки с наклоном 4…12° относительно оси тоннеля. В процессе разработки грунтового ядра трубы подкрепляют стальными арками или (и) подпорками, затем возводят постоянную обделку.

Использование опережающих защитных экранов при проходке в нарушенных и неустойчивых грунтах позволяет обойтись без применения специальных способов. Использование набрызг-бетона позволяет обеспечить оперативное крепление подземной выработки, не дожидаясь уборки грунтовой массы.

2. Разработка грунтов комбайнами избирательного действия

Проходку тоннелей с использованием комбайнов со стреловым исполнительным органом с исполнительным органом избирательного действия можно отнести к гибким технологиям. Комбайн позволяет открыть дополнительный фронт работ из вспомогательной выработки, вести проходку в меняющихся инженерно-геологических условиях, разрабатывать выработку любой конфигурации. Комбайновая разработка грунта обеспечивает совмещение процессов разрушения и погрузки грунта, увеличение скорости проходки по сравнению с буровзрывной до 40 %, достижение ровного контура выработки, максимально приближающегося к проектному, устранение вредного воздействия взрывов на окружающий грунтовый массив. Горнопроходческие комбайны избирательного действия маневренны и разрабатывают выработки любой формы. В зависимости от размеров выработки и условий проходки разработку грунта производят сразу по всей площади забоя, либо сначала

123

калотты максимально возможной высоты, а затем нижней части выработки. Используемые комбайны укомплектованы боковой режущей фрезой, грузоподъемным механизмом для монтажа арок и гидравлическим анкерным агрегатом.

Энергопотребление комбайнов не превышает 1000 кВт/ч. Комбайновая проходка позволяет применять различные типы крепи (металлическая арочная, монолитная бетонная и железобетонная, набрызгбетонная в сочетании с анкерами, сборная из чугунных и железобетонных элементов) и обеспечить полную механизацию горнопроходческих работ. К недостаткам проходки тоннелей с использованием комбайнов можно отнести возможность вывалообразования в слабоустойчивых грунтах, повышенное пылеобразование в забое и многостадийность возведения крепи.

3. Проходка щитовыми механизированными проходческими

комплексами

Скоростная проходка тоннелей в твердых скальных грунтах возможна с помощью роторных тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК), роторный режущий орган которых представляет собой круговую платформу, вращающуюся счастотой до 14,5 об./мин,на которой размещены резцы различных конструкций. Разрушение грунта осуществляется одновременно по всей площади забоя. Проходку ТПМК ведут с устройством сборной обделки из высокоточных железобетонных блоков. Гидроизоляцию обеспечивают установкой резиновых уплотнителей в стыках и нагнетанием специальных растворов за обделку.

Расширениюобластиприменениятакихмашинспособствует ихтехническое совершенствование и повышение эффективности шарошечного инструмента. Например, для проходки в смешанных грунтах фирма Lovat (Канада) выпускает механизированные щиты, оснащаемые шарошечным или резцовым инструментом, замена которого в целях повышения безопасности работ предусмотрена изнутри щита без выхода персонала в незакрепленную зону забоя. Для проходки в слабых обводненных грунтах выпускают механизированные щиты с гидравлической и грунтовой пригрузкой забоя. Щиты с гидравлической пригрузкой забоя (гидрощиты), в которых противодействие гидростатическому и грунтовому давлению забоя оказывает заполняющий герметичную призабойную камеру бентонитовый или иной глинистый раствор, в щитах с грунтовой пригрузкой забоя противодействие гидростатическому и грунтовомудавлению забоя обеспечивает спрессованный разработанный грунт, заполняющий призабойную камеру, а его дозированный отбор и погрузку в средства транспорта производят при помощи регулируемого шнекового конвейера.

124

Проходку механизированными щитами ведут без применения временной крепи. Разрушенный роторным органом грунт поступает на транспортер. Если ротор оснащен планшайбой, исполнительный рабочий орган щита ограждает призабойную зону от обрушения грунта. После удаления грунта отводят исполнительный орган в исходное положение, передвигают щит, возводят обделку, а затем производят разработку грунта новой заходки и т. д. Механизмы щитового комплексавключают вопределенном порядке: сначала тоннельный, потом щитовой транспортер; привод вращения исполнительного органа или погрузочные устройства; привод подачи органа на забой. Уширение тоннельной выработки, необходимое при проходке на кривых в плане и профиле, производят резцом-расширителем («копир-резцом»).

ТПМКобеспечивают высокие скорости проходкидо 300 м/мес. Недостатками являются высокая стоимость комплексов и высокоточной обделки, значительная продолжительностьподготовительного периода,большоеэнергопотребление (до 4500 кВт/ч), невозможность применения разных сечений и типов обделки, малая сдвиговая жесткость сборных обделок (при сейсмических нагрузках возникает опасность нарушения их гидроизоляции и целостности).

4. Технология проходки в нарушенных и закарстованных грунтовых

массивах

При проходке тоннелей в нарушенных и закарстованных грунтовых массивах, в зависимости от крепости и других характеристик грунтов, необходимо обеспечить: контроль гидрогеологического режима и геомеханических явлений (в томчисле степенисвязности грунтов),случаев осыпания, местных вывалов в забое и пр.; получение и анализ данных напряженно-деформиро- ванного состояния окружающего массива; осушение и закрепление грунтового массива, забутовку полостей, надежность крепления; своевременное обнаружение признаков возможных карстопроявлений и пр. В качестве одной из мер контроля ситуации ОАО «Бамтоннельстрой» в декабре 2009 г. принято решение о ежемесячном представлении отчета данных инженерно-геологи- ческих условий в проектные организации для корректировки в необходимых случаях технологий проходки, а также проработке вариантов снижения строительных рисков по каждому забою.

При возникновении карстово-суффозионной опасности принимаются защитные меры, включающие: усилениевременной крепи,увеличение армирования или толщины набрызгбетона, ограничение глубины заходки, переход на раскрытие выработки по частям, пригрузка лба забоя грунтовым ядром, увеличение толщины пят крепи (на 30…50 см по сравнению с проектной), укрепление грунта под пятамикрепи нагнетанием цементногораствора через инъекционные трубки, дополнительное крепление пят железобетонными ан-

125

керами, возведение временного обратного свода калотты для обеспечения геометрической неизменяемости конструкции, исключение или ограничение взрывных работ. Для осушения водоносных грунтов при проходке карстоопасных участков грунтовых массивов применяют различные виды дренажа: (самотечный, штольневый, шпуровой), противофильтрационные завесы и другие методы. Искусственное закрепление грунтов осуществляют преимущественно цементацией трещин и пустот. Сильно трещиноватые массивы могут быть укреплены глинизацией или битумизацией. Возможны комбинации различных видов тампонажа. Распространенные в подземном строительстве специальные способы, как понижение уровня грунтовых вод, искусственное замораживание, химическое закрепление при проходке выработок в закарстованныхгрунтахпрактическинеприменяются.Этиспособывнеоднородных грунтах, ослабленных карстовыми полостями, недостаточно эффективны и не отвечают в полной мере экологическим требованиям.

5. Корректировка технологий проходки

Проходка калотты железнодорожного тоннеля №3 по слабым грунтам осуществляется горнопроходческим комбайном (ТПК) «Mitsui Miike»MRN S- 200 сприменением арочно-бетоннойвременной крепи.Припроходке автодорожного тоннеля № 3 с северного портала возникла необходимость в выполнении дополнительных (неучтенных в ПСД) работ по креплению вывалов, связанных с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями: установка дополнительных анкеров и устройство грунтоцементных свай по технологии jet ground (глубина бурения 12 м, диаметр скважины d = 100 мм, глубина цементации 10 м). Состояние забоя показано на рис. 4.

Рис. 4. Состояние забоя на входном участке ж.-д. тоннеля № 3 (Южный портал) после укрепления анкерами и грунтоцементными сваями:

а — общий вид забоя; б — фрагмент забоя с грунтоцементными сваями

После проходки участка выветрелых грунтов монтируется железобетонное ложе, и далее проходка ведется ТВМ «Lovat-394» (планируемый период работ 01.12.2009-01.07.2011).

126

Проектстроительстважелезнодорожноготоннеля №5 первоначальнопредусматривалвариантпроходки сЮжного порталадоПК401 + 26,78с использованием ТВМ «Herrenknecht-10690», с Северного портала до ПК401 + 26,78

—горным способом.Проектвыполнен ОАО «Ленметрогипротранс» наосновании геологического прогноза по данным выполненных ОАО «Мосгипротранс» инженерно-геологических изысканий трассы тоннеля. При опережающей проходке сервисно-эвакуационной штольни оказалось, что на участке горного способа породы представлены аргиллитами, песчаниками с прослоем алевролитов. Грунтовыемассивы на этом участке оказались сильнотрещиноватыми, до раздробленных; весьма обводненными (до 15 м3/ч). Такие гидрогеологические условия не позволяют применить горный способ без предварительного применения специальных способов закрепления и стабилизации грунтов, что может неблагоприятно отразиться на сроках сооружения тоннеля. Учитывая, что использование ТВМ «Herrenknecht-10690», благодаря наличию грунтопригруза, позволяет вести проходку в неблагоприятных условиях, принято решение о применении комплекса на участке горного способа, что, кроме того, позволяет сократить срок строительства тоннеля минимум на 4 месяца.

Учитывая сложность геологических и гидрогеологических условий отдельных участков тоннелей, что связано с проявлением экзогенных и тектонических процессов, важным является проработка вариантов снижения рисков припроходкетоннелейразными способами,контроль соблюдениясроков директивного графика, установленных суточных и месячных скоростей проходки. Главным условием обеспечения безопасности в тоннелестроении является соответствие применяемых технологий степени возможных проявлений опасности. Однако, применение наиболее безопасных технологий, как правило, снижает скорость проходки и возведения крепи. Поэтому не сами технологии, а их гибкость, возможность изменения параметров, перехода с однихнадругие,обеспечиваютибезопасность,и темпыстроительстватоннеля. Это может быть достигнуто резервированием технического оснащения, что приводит к удорожанию строительства, но, безусловно, необходимо при возникновении любой угрозы безопасности. Поскольку далеко не все технологии являются взаимозаменяемыми по инженерно-геологическим, гидрогеологическим и прочим неблагоприятным, агрессивным и опасным условиям, необходим анализ всех возможных вариантов и технологических параметров на всех стадиях создания объекта.

127

УДК 624.15

Халимов О.З., Житенев О.З. (ХПИ, г. Абакан)

СИСТЕМА ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ ЭКСПЕРТИЗ (ГТЭ) НА ЭТАПАХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА НЕДВИЖИМОСТИ

1.Обоснование проведения ГТЭ на этапах ЖЦН

О геотехническом сопровождении строительства написано множество научных статей, пособий, книг; ведется практика в крупнейших городах России. Но объектами геотехнического сопровождения становятся только особоответственныездания исооружения, историческиепамятники архитектуры и культуры. В то же время ежегодно по всей России проектируются и вводятся в эксплуатации сотни тысяч объектов капитального строительства, для которых ГТС остается недостижимым.

Специалистов-геотехников привлекают лишь тогда, когда здание находится в аварийном состоянии или когда необходимо на существующих фундаментах возвести дополнительныеэтажиприреконструкцииобъекта.Разрабатываемая авторами система геотехнических экспертиз (ГТЭ) на каждом этапе жизненного цикла недвижимости позволит совершенствовать проектные решенияи повысить качествогеотехнического строительстванебольших и крупных объектов.

Целями геотехнической экспертизы на этапах Ж.Ц.Н. являются не только инновации, связанные с совершенствованием проектных решений, основанные на максимальном использовании работоспособности грунтов основании, недопущении ухудшения их свойств при возведении фундаментов, но и результаты экспертных исследований по изучению причин деформаций (обрушений) для недопущения ошибок в будущем.

Вопросом совершенствования проектных решений занимаются множество ученых, специалистов, но реализовать их на практике получается редко. Хотелось отметить статью В.В.Лушниковаи др.(Институт«УралНИИпроект РААСН», Екатеринбург), в которой описан принцип «отложенное решение» и его успешная реализация при реконструкции жилого дома.

Одной из причин внедрения системы геотехнических экспертиз является принцип принятия проектного решения. Между изыскателем и проектировщиком отсутствует взаимосвязь, интерактивный диалог. Данные ИГИ выполняются вручную на основе субъективных оценок, поэтому изыскатель занижает их значения. Кроме того характеристики грунтов для всех инженерногеологических элементов(ИГЭ) приведены в равноймере,тогда как проектировщику особо важны характеристики 1–2 ИГЭ; возникает нехватка исходных данных и он решает принять коэффициент запаса. А государственная экспертизапроектовконсервируетпроектноерешение ине дает возможности его совершенствовать. В результате, в землю закапываются немалые суммы.

128

2.2. График ЖЦН с реконструкцией объекта на стадии эксплуатации

График жизненного цикла объекта недвижимости, который подвергся реконструкции на стадии эксплуатации, приведен на рис. 2.

129