СПОСОБ УСИЛЕНИЯ ОСТРОДЕФЕКТНОЙ ОБДЕЛКИ ТОННЕЛЯ
METHOD TO REINFORCE DEFECTIVE LINING OF TUNNEL

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам ремонта тоннелей метрополитена, расположенных в сложных горно-геологических условиях.
Известен способ восстановления подземного сооружения, расположенного в неустойчивых водонасыщенных грунтах, заключающийся в подъеме сооружения на заданную отметку за счет создания повышенного давления под сооружением (см. патент РФ №2211285).
Указанный способ не применим для ремонта тоннеля метрополитена, когда необходимо производить ремонт без прекращения эксплуатации сооружения.
Наиболее близким аналогом является способ ремонта основания железнодорожного пути тоннеля, согласно которому с помощью подъемного устройства приподнимают часть просевшего путевого бетона с рельсошпальной решеткой. После этого лечебным раствором заливают опалубку по продольным границам стенки лотка и шпуры поперечных границ разделяемых участков пути, обеспечивая герметичность последних (см. патент РФ №2334839).
Недостатком известного способа является невозможность его применения в условиях наличия водонасыщенных грунтов значительной мощности, расположенных под тоннелем.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи, заключающейся в создании способа усиления остродефектной обделки тоннеля, которая подвергалась осадкам из-за неустойчивого и обводненного основания, расположенного на мощном слое водонасыщенных грунтов.
Техническим результатом настоящего изобретения является проведение ремонтных работ по укреплению путевого полотна и обделки тоннеля без нарушения работы метрополитена и графика движения поездов.
Поставленная техническая задача решается за счет того, что при реализации способа усиления остродефектной обделки тоннеля, которая подвергалась осадкам из-за неустойчивого и обводненного основания, заключающегося в укреплении путевого полотна и обделки тоннеля, укрепление путевого полотна и обделки тоннеля производят посредством опирания путевого полотна на слой подстилающих плотных грунтов, расположенных на глубине под слоем неустойчивого и обводненного грунта. При этом опору обделки тоннеля на слой подстилающих плотных грунтов осуществляют путем обустройства рядов грунтоцементных свай, оголовки которых закрепляют в бетонном основании путевого полотна, а основания указанных свай располагают в слое подстилающих плотных грунтов.
Возможно при обустройстве грунтоцементных свай бурение смежных в ряду скважин производить на расстоянии между центрами скважин, равном диаметру грунтоцементной сваи.
Предпочтительно в процессе сооружения грунтоцементной сваи производить контроль количества цемента в теле грунтоцементной сваи.
Целесообразно в процессе сооружения грунтоцементной сваи контроль количества цемента производить посредством добавления в закачиваемый в скважину цементный раствор порошкообразного индикатора.
Описываемый способ предназначен для проведения ремонтно- восстановительных работ на подземных участках перегонных тоннелей метрополитена, на которых произошли существенные нарушения путевого полотна и обделки тоннеля (из-за наличия неустойчивого и обводненного основания) вследствие наличия под тоннелем мощного слоя водонасыщенных грунтов. Учитывая напряженный график движения электропоездов и наличие высокого напряжения на контактном рельсе, способ обеспечивает проведение ремонтных работ с требуемым качеством на коротких последовательных участках.
Способ осуществляется следующим образом. Первоначально определяют мощность неустойчивых водонасыщенных грунтов, расположенных между основанием тоннеля и слоем подстилающих плотных грунтов. Опору путевого полотна и обделки тоннеля на слой подстилающих плотных грунтов обеспечивают путем обустройства рядов грунтоцементных свай, оголовки которых заанкеривают в бетонном основании путевого полотна. Основания грунтоцементных свай располагают в слое подстилающих плотных грунтов. Таким образом, скважины для обустройства грунтоцементных свай бурят из тоннеля на глубину не менее чем мощность подстилающих неустойчивых водонасыщенных грунтов. При обустройстве грунтоцементных свай в пробуренную скважину при обратном ходе подается струя цемента под давлением до 500 атм. Под действием струи происходит разрушение грунта и перемешивание его с цементом, в результате чего после затвердевания цемента образуется грунтоцементный камень. Из скважины выдается грунтоцементная пульпа, которую отбирают в емкости, а затем эвакуируют из тоннеля на поверхность. До затвердения цемента скважина армируется металлической трубой с оголовком, формирующим оголовок сваи. Оголовки обустроенных свай закрепляют в бетонном основании путевого полотна. Поскольку основания указанных свай располагают в слое подстилающих плотных грунтов, после застывания цемента опирание обделки тоннеля и путевого полотна осуществляется через грунтоцементные сваи на слой плотных грунтов, лежащих ниже слоя неустойчивого водонасыщенного грунта.
Качество ремонтных работ будет во многом зависеть от выдерживания расчетных проектных параметров, определяющих качество применяемых материалов, а также выдерживания режимных параметров при ведении работ.
Для обеспечения необходимого качества формируемых грунтоцементных свай требуется поддерживать определенное количество цемента, содержащегося в теле грунтоцементной сваи. С этой целью ведется постоянный контроль качества цементного раствора, подаваемого в скважину, и параметров грунтоцементной пульпы, выдаваемой из скважины при обустройстве грунтоцементной сваи.
Одним из возможных методов контроля может явиться сравнительный замер физических параметров закачиваемого цементного раствора и выдаваемой из скважины грунтоцементной пульпы, основанный на введении в закачиваемый в скважину цементный раствор порошкообразного индикатора, в качестве которого может быть использован, например, металлический порошок, или порошок графита или другой индикатор, позволяющий произвести его введение в цементный раствор и определить его количество в растворе до введения в скважину и пульпе после выхода ее из скважины.
В качестве примера осуществления предлагаемого способа может быть приведено описание технологии ремонтных работ по усилению остродефектной обделки участков перегонных тоннелей, примыкающих к станции «Царицыно», которая подвергалась осадкам из-за неустойчивого и обводненного основания.
После проведения необходимых исследований было установлено, что мощность неустойчивых водонасыщенных грунтов, расположенных между основанием тоннеля и слоем подстилающих плотных грунтов составляет около 10 метров.
Опирание путевого полотна и обделки тоннеля на слой подстилающих плотных грунтов осуществлено путем обустройства армированных грунтоцементных свай длиной 10,5 метров, диаметром 600 миллиметров и с шагом 600 миллиметров, оголовки которых закрепляют посредством анкеров в бетонном основании путевого полотна.
Скважины для обустройства грунтоцементных свай бурятся из тоннеля на глубину 10,5 метров. Система приготовления и подачи цемента находится на поверхности. После бурения скважины на полную глубину при обратном ходе инструмента в скважину подается струя цемента под давлением до 450 атм.
Под действием струи цемента происходит разрушение грунта и перемешивание его с цементом, в результате чего после затвердевания цемента образуется грунтоцементный камень. После формирования грунтоцементной сваи на проектную глубину производится армирование ее трубой диаметром 108 мм с навивкой 8 мм. На одну сваю используется четыре трубы длиной 2 метра 65 см.
Удаление пульпы, выходящей из скважины, включено в технологию производства работ, что обеспечивает быструю и эффективную очистку рабочего места путем оперативного удаления пульпы с использованием насосов. Для обеспечения бесперебойной работы насосов необходимо поддерживать оптимальные параметры удаляемой пульпы для чего производится постоянный контроль ее вязкости, перекачиваемости, сроков схватывания, прочности и т.д.
В связи с тем, что по условиям работы метрополитена на проведение ремонтных работ не может быть отведено больше двух часов, (т.е. время в течение которого производится отключение контактного рельса), за время одной смены может быть произведено обустройство двух грунтоцементных свай при том, что для качественного усиления остродефектной обделки нарушенных участков тоннеля необходимо установить 1120 свай.
Несмотря на большой объем и сравнительно невысокие темпы проводимых работ, вызванные использованием коротких межсменных промежутков, предлагаемый способ позволяет вести работы по ремонту подземных тоннелей метро в сложных горно-геологических условиях без нарушения графика движения поездов. В случае необходимости сроки проведения ремонтных работ могут быть значительно сокращены за счет организации нескольких одновременно работающих участков, разнесенных по длине ремонтируемых перегонов.
В заключение необходимо отметить, что предлагаемый способ не ограничивается применением его при ремонте тоннельных перегонов метрополитена, но может быть использован и при проведении работ по ремонту и восстановлению подземных коллекторов, автомобильных или железнодорожных тоннелей и других заглубленных сооружений различного назначения.