СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ ВДОЛЬ РУСЛА РЕКИ ИЛИ КАНАЛА
METHOD OF ERECTION OF UNDERGROUND STRUCTURES ALONG RIVER BED OR CANAL

Изобретение относится к строительным сооружениям и может быть использовано при строительстве автомобильных дорог, железнодорожных тоннелей, подземных зданий и сооружений под водными каналами или реками вдоль их русла.
Технической проблемой современного строительства является поиск мест в городах и поселениях для сооружений различного назначения, включая автодороги, железные дороги, подземные здания, подземные автопарковки. Строить под землей на уже застроенных домами и дорогами территориях сложно и затратно, поскольку подобное строительство должно быть глубоким и выполняться закрытым способом (тоннельным). Неглубокое залегание возможно лишь на участках пересечения русла рек и каналов. Техническая сложность возведения сооружений закрытым способом связана не только со сложностью и медленностью технологического процесса, но и потребностью укрепления прохода бетоном и/или сваями, а также существенным влиянием на существующие сооружения.
Очень много свободного места для подземного строительства имеется под руслами водных искусственных и естественных каналов или рек, протекающих в городах и поселках. Однако, строительство вдоль русла рек не осуществляется по тем же вышеуказанным причинам, кроме того такое строительство сопряжено с повышенной опасностью протечек воды от водного потока реки в зону строительства. Известен способ сооружения подводных тоннелей, включающий проходку наклонных и горизонтальных выработок, создание выработки арочной формы, крепление ее стенок и свода монолитным железобетоном, оклеечную наружную гидроизоляцию из битумной мастики, рампу и водонепроницаемый затвор, водоотведение с помощью дренажных лотков, длину тоннеля разделяют на участки с открытым и подземным способами проходки, причем на открытом участке строят наклонную въездную траншею при минимальном уровне воды в реке техникой открытых работ, в конце траншеи сооружают подковообразной формы защитный бордюр из железобетона, возводят стенки, арочный свод тоннеля с оснасткой, поверх которых укладывают гидроизоляционную рубашку из синтетического материала тайпар и засыпают вынутым грунтом, проходку подводного участка тоннеля ведут в щадящем режиме проходческими комбайнами встречными забоями до стыковки их на проектной отметке, а протоки воды в тоннель собирают в зумпфе с последующей откачкой насосами через скважины на поверхностную нагорную канаву, соединенную с водоемом (RU 2501912, E02D 29/09, опубл. 20.12.2013 г.). В SU 1566033, E21D 10/00, опубл. 23.05.1990, раскрыта конструкция транспортного тоннеля, состоящего из нескольких секций, выполненного открытым способом и проложенного через реку, имеющую судоходный фарватер, при этом секции состыкованы в открытом котловане путем размещения между ними торцевых обрамлений, между которыми, перед фиксацией их на секциях, обжаты с помощью винтовых стяжек эластичные прокладки, причем в лотковой части тоннеля между торцовыми обрамлениями и секциями смонтированы распорки, винтовые стяжки демонтированы, а зазоры между секциями забетонированы.
В CN 1616768, E01D 15/14, опубл. 18.05.2005, описан плавучий транспортный переход, включающий в себя последовательно соединенные плавающие секции, подводные анкерные блоки, соединения секций и плавающий подводный тоннель. Плавающий тоннель имеет несколько проходов и состоит из центральной подводной части с двумя концами, выходящими на поверхность воды и соединенными с плавучими мостами. Поезда и автомобили могут проходить через плавучий мост и плавающий тоннель, не мешая навигации.
Известно решение по патенту №2587673, опубл.: 20.06.2016. В нем описан транспортный переход, содержащий размещаемый в воде под судовым ходом водоема или пролива подводный тоннель, выполненный из соединенных между собой железобетонных монолитных секций, позиционированных относительно поверхности дна водоема или пролива и выполненных с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей, между которыми размещен железнодорожный путь, отделенный арочными колоннадами от автотранспортного назначения проезжих частей, примыкающие к противоположным берегам водоема или пролива пролетные мосты из железобетонных конструкций для обеспечения водообмена непосредственно вдоль берегов, выполненные с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей, между которыми размещен железнодорожный путь, и наклонные подъезды, связывающие подводный тоннель с пролетными мостами, выполненные с транспортной инфраструктурой, состоящей из двух автотранспортного назначения проезжих частей, между которыми размещен железнодорожный путь, отличающийся тем, что железобетонные монолитные секции подводного тоннеля, имеющие двухслойное перекрытие, уложены на основание в виде железобетонной плиты, служащей пригрузом для осуществления инъекционного укрепления грунта под основанием тоннеля и увеличения площади опирания тоннеля на дно водоема или пролива с удельным давлением не более давления от грунта, убранного при подготовке котлована для размещения двухслойного основания, на всю длину тоннеля по всему его периметру и между слоями днища и основания и перекрытия натянуто противофильтрационное покрытие из геомембраны, защищенное обратными наружными засыпками боковых стен тоннеля, выполненных с опорой на наклонные наружные грани стен тоннеля из тяжелого суглинка, наклонные подъезды, связывающие подводный тоннель с пролетными мостами, по крайней мере на части своей длины выполнены в насыпи с размещением остальной части длины в выемке относительно дна водоема или пролива, отгороженной от его акватории с обеих сторон земляными дамбами и подпорными стенками и укрепленной на внешних откосах горной массой, при этом над железобетонными монолитными секциями подводного тоннеля на участке судового хода размещена защитная железобетонная плита, опирающаяся на обратные наружные засыпки боковых стен тоннеля и являющаяся днищем канала судопропуска, от которого возведены вертикально ориентированные сопрягающие устои, являющиеся стенками канала судопропуска.
Также в нем описан способ возведения транспортного перехода, заключающийся в том, что на осевой линии транспортного перехода в зонах, приближенных к берегам водоема или пролива, создают локальные котлованы для возведения водопропускных прибрежных сооружений и размещаемых над ними пролетных мостов из железобетонных конструкций, одновременно выполняют временные перемычки из двухрядного шпунта с засыпкой, размещаемые до зоны судового хода и в зоне судового хода, затем в направлении от прибрежно расположенных локальных котлованов для возведения водопропускных прибрежных сооружений возводят постоянные дамбы ограждения будущих транспортных коммуникаций с одновременным выполнением противофильтрационной шпунтовой диафрагмы, затем проводят подводную выемку грунта из донного участка под судовым ходом для образования котлована судопропускного сооружения и одновременно осуществляют выемку грунта для образования воронкообразных углублений перед водопропускными прибрежными сооружениями, на участке открытых наклонных подъездов осуществляют отсыпку песчаной пригрузки по оси будущих огражденных открытых подъездов и проводят методом ленточного дренирования укрепление грунтов основания этих участков, затем из ограждаемых акваторий откачивают воду, по внутреннему периметру дамб выполняют скважинное водопонижение, осуществляют инъекционное укрепление грунта в зоне котлована под судовым ходом и монтаж основания в виде железобетонной плиты, служащей пригрузом для осуществления инъекционного укрепления грунта под основанием тоннеля, монтаж секций подводного тоннеля и строительство транспортных коммуникаций.
Технической проблемой известных решений является то, что сооружения под руслом водоемов или рек выполняют как тоннельные подземные и подводные работы, что очень сложно и дорого.
Кроме того, такие сооружения требуют решать проблему нагрузки на крышу сооружения массы воды русла, которую решать необходимо при отсутствии доступа к внешней части крыши только изнутри сооружения.
Известно строительное сооружение (патент RU 114971 U, опубл.: 20.04.2012.) включающее транспортный туннель, расположенный вдоль водной магистрали на дне ее русла, занимающий часть его объема, отличающееся тем, что верхняя поверхность туннеля расположена на уровне выше максимального уровня воды в водной магистрали, при этом туннель плотно примыкает к одному из берегов водной магистрали. Туннель выполнен в два яруса. На верхней поверхности туннеля оборудована рекреационная зона. На верхней поверхности туннеля размещены сооружения производственного, и/или коммерческого, и/или культурно-развлекательного, и/или иного общественного назначения. Технической проблемой известного решения является то, что сооружения выполняют вдоль реки параллельно, не располагая сооружения под руслом. Это требует устройства в процессе строительства шпунтовых стен, которые затем еще надо извлекать. Наиболее близким решением являются патенты одной даты приоритета (CN 101148893, опубл.: 26.03.2008., CN 101173519, опубл.: 07.05.2008.), в которых описан способ строительства, включающий в себя подземное сооружение под речным каналом, причем подземное сооружение расположено ниже речного канала. Шаги строительства способов заключаются в следующем. Сначала поток воды в русле реки перекрывают. В паводковый сезон половина реки проходит через воду. Сначала устанавливают платину на полреки и осуществляют последующую откачку, дноуглубительные работы, анкеровку, усиление почвы и расчистку. Осуществляют строительство подземной сплошной стены в зоне плотины и устраивают водопропускные трубы. В течение периода через воду пройдет половина речного канала на севере, ожидая прихода периода без паводка; в период без затопления другая половина будет построена, а плотина затем возводится на предыдущую часть. Канал перекрывают (сносят соответствующая часть), через воду пропускают только водопропускные трубы, а внутренняя стенка другой половины реки достраивается. Завершается окружающая конструкция речной плотины. Далее возводится опора, земляные работы и структурное строительство, а внутри плотины завершается строительство подземного сооружения. Форма и структура крыши подземного сооружения и технические требования должны соответствовать структуре формы и техническим требованиям русла реки/канала.
Несущие конструкции берегов выкапывают. Искусственный речной канал представляет собой склон плоского дна. Конец кровли (твердого русла реки) перевернут и выполнен трапециевидной формы, а нижний слой кровли (твердое русло реки) представляет собой кровлю подземного строения. Верхний слой выполняет функцию гидроизоляции. Форменная обрабатываемая стальная пластина соответствует форме днища русла реки/канала и используется как водоустойчивая крыша. Водный ход реки можно восстановить после того, как крыша будет покрыта водой. За прототип принято решение по патенту CN 101148893.
Технической проблемой прототипа и другого близкого аналога (CN 101173519) является такая же проблема сложности возведения и то, что сооружения под руслом канала/реки возводятся только в зоне пересечения русла, а не вдоль него.
Задачей изобретения является частичное решение городских проблем отсутствия мест под строительство за счет возведения дорог и сооружений вдоль и под руслом рек и каналов, которые можно временно частично или полностью перекрыть, пустив поток по излучине.
Техническим результатом изобретения является возможность строительства автомобильных дорог, железнодорожных тоннелей, подземных зданий и сооружений под и вдоль русла водных каналов или рек, которые можно временно частично или полностью перекрыть, пустив поток по излучине, временной трубе, временному каналу или другим способом. Кроме того, обеспечивается возможность быстрого и технически более простого способа строительства, при этом также возможно изменение глубины русла канала или реки с одновременной его чисткой. Также возводимые сооружения вдоль русла каналов и реки имеют более надежную и более долговечную защиту крыши от подтекания.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявленный способ возведения подземных сооружений вдоль русла реки или канала, характеризующийся временным перекрытием водного потока реки или канала посредством дамбы, с пуском водного потока по другому имеющемуся или временно создаваемому обходному маршруту, последующей раскопкой высохшего русла и устройством фундамента, на котором выстраивают сооружения со стенами, поверх стен возводят плиту перекрытия, которая является основанием под руслом потока реки или канала, затем снова пускают водный поток, отличающийся тем, что дамбами в начале и в конце перекрывают весь водный поток части реки или канала в зоне наличия обходного маршрута для течения водного потока, либо создают искусственный временный маршрут для течения водного потока, затем осушают данный перекрытый участок, после чего выполняют раскопку дна и строительство проводят вдоль русла реки или канала, причем предварительно выкапывают котлован и ограждают его стенами, а поверх стен ставят перекрытия. Допустимо, что между стен ставят распорки при открытом способе строительства. Допустимо, что перекрывают водный поток в зоне излучины реки или канала. Допустимо, что перекрывают водный поток основной реки или канала, а основной водный поток пускают по излучине реки или канала.
Допустимо, что сначала перекрывают водный поток в зоне излучины реки или канала, а затем после завершения строительства вдоль этого участка перекрывают водный поток основной реки или канала, а основной водный поток пускают по излучине реки или канала.
Допустимо, что водный поток временно, на период строительства пускают по искусственно созданному временному сооружению.
Допустимо, что водный поток временно, на период строительства пускают по перепускной трубе.
Перепускную трубу размещают в месте, не мешающем производству строительных работ. После частичного завершения строительства устанавливают дополнительную перепускную трубу ближе к берегу, водный поток пускают по ней, первую перепускную трубу перекрывают, демонтируют, затем ведут продолжение строительства работ.
Допустимо, что на первом этапе возводят верхнее перекрытие, затем нижние и фундамент при закрытом или полузакрытом способе строительства. Допустимо, что при наличии вдоль русла реки или канала искусственных береговых сооружений, возводимые стены котлована и/или перекрытия соединяют с ними бетоном. Допустимо, что поверх перекрытий вдоль русла реки или канала с захватом берегов укладывают полимерную изоляцию, части которой герметично соединяют между собой в единый сплошной изоляционный слой вдоль русла.
Допустимо, что после возведения перекрытий вдоль всего русла, полностью или частично пускают водный поток по прежнему или измененному руслу.
Допустимо, что после завершения строительства новое русло реки или канала сужают и/или меняют в нем глубину.
Допустимо, что перед пуском водного потока в нужных местах возводят мосты. Допустимо, на выполненном сооружении в нужных местах возводят другие сооружения, при этом выполненное сооружение является для них фундаментом.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показано существующее русло реки/канала.
На Фиг. 2 показано устройство дамбы в начале/конце перекрываемого участка водного потока.
На Фиг. 3 показано устройство временных опор для перекрытий для разработки грунта (а - закрытым («сверху-вниз») или полузакрытым («полу-сверху-вниз») способом, б - разработка грунта котлована открытым способом).
На Фиг. 4 показана разработка грунта в котловане способом (а - закрытым или полузакрытым способом с поэтапным бетонированием плит перекрытий, б - открытым способом с установкой временной распорной системой).
На Фиг. 5 показан разработанный котлован (а - закрытым или полузакрытым способом с поэтапным бетонированием плит перекрытий, б - открытым способом с временной распорной системой).
На Фиг. 6 показана установка фундаментной плиты (а - закрытым или полузакрытым способом, б - открытым способом).
На Фиг. 7 показаны завершенные конструкции, бетонирование технологических проемов с бетонированием колонн (а - закрытым или полузакрытым способом, б - открытым способом).
На Фиг. 8 показан пример сужения прежнего русла реки/канала. На Фиг. 9 на карте реки Москвы показаны примеры возможных зон строительства на участках излучин согласно заявленного способа, без потребности возведения временных искусственных сооружений для перепуска водного потока.
На Фиг. 10 показан вариант строительства с поэтапным перекрытием канала, устройство перепускной трубы в месте, не мешающем производству строительных работ. На Фиг. 11 показан вариант строительства с поэтапным перекрытием канала, перемещение перепускной трубы, продолжение строительства работ.
На чертежах:
1 - набережная, 2 - существующие береговые конструкции канала, 3 - изначальный уровень воды, 4 - отметка дна канала, 5 - отметка поверхности земли, б - изначальный уровень грунтовых вод, 7 - сниженный уровень грунтовых вод на время строительства, 8 -ограждение котлована, 9 - дамба, 10 - верхнее перекрытие (крыша), 11 - технологический проем, 12 - временное искусственное сооружение для пуска водного потока при перекрытии основного участка, 13 - временная распорная система, 14 - опорный фундамент, 15 - временная наклонная распорная система, 16 - сплошной фундамент, 17 -наружные стены, 18 - искусственное временное сооружение на время строительства, 19 -измененный уровень воды, 20 - участки излучин реки, возможные к перекрытию, 21 -основное русло реки, 22 - перепускная труба.
Осуществление изобретения
Существующее русло реки или канала (см. Фиг. 1) в условиях города, как правило, имеет набережные 1, береговые конструкции 2. Изначальный уровень воды 3 реки или канала, отметку 4 дна канала, отметку 5 поверхности земли, изначальный уровень грунтовых вод б, фиксируют путем геодезических измерений и ведут от их уровней соответствующие замеры будущего строительства.
Способ возведения подземных сооружений вдоль русла реки или канала, основан на временном перекрытием водного потока реки или канала посредством дамбы 9 (см. Фиг. 2) на участках начала и конца участка перекрытия.
Если не планируется устанавливать временное искусственное сооружение 12, участки перекрытия 20 подбирают таким образом, чтобы имелась возможность полностью его перекрыть и пустить водный поток по резервному маршруту (трубе 22). Обычно такие участки имеются в зоне излучин 20 рек и каналов (см. Фиг. 9), когда основной поток реки 21 или канала разделяется на дублирующий, где последний снова затем впадает в основной. На примере реки Москва (см. Фиг. 9), можно видеть, что в условиях г. Москвы есть как минимум 3 участка возможного строительства в зоне излучин 20. После перекрытия подобного выбранного участка дамбами 9 (см. Фиг. 2), осуществляют спуск оставшейся воды потока по другому имеющемуся обходному маршруту. Производят откачку грунтовых вод, чтобы понизить их уровень на требуемый 7. После чего проводят раскопку высохшего русла и устройство фундамента 16 (см. Фиг. 4). На фундаменте выстраивают сооружения, возможно с наружными стенами 17, поверх стен выполняют плиту покрытия (перекрытия) 10. Перекрытия возможно опирать на ограждение котлована 8 или на вертикальные конструкции подземной части. Причем, покрытие (перекрытие) 10 является одновременно основанием под руслом потока реки или канала и основанием надстраиваемых сверху иных сооружений. Разработка грунта в котловане может осуществляться открытым способом (см. Фиг. 3(б), Фиг. 4(б), Фиг. 5(б), Фиг. 6(б), Фиг. 7(б)), закрытым или полузакрытым (см. Фиг. 3(а), Фиг. 4(а), Фиг. 5(а), Фиг. 6(а), Фиг. 7(а)) способом ("сверху-вниз", "полу-сверху-вниз") с поэтапным бетонированием плит перекрытий.
Все способы строительства предусматривают устройство временной системы водопонижения на строительный период (при необходимости), устройство ограждения котлована в виде "стены в грунте", буровых свай, шпунта типа Ларсен, труб или других конструкций. Также возможно устройство ограждения с плавсредств без перекрытия канала и спуска воды.
Разработку грунта ведут до дна котлована (см. Фиг. 6). В процессе разработки осуществляется чистка дна. Донный грунт вывозят на переработку или утилизацию. Открытый способ подразумевает разработку грунта с установкой временной распорной системы 13. При разработке открытым способом допустимо устройство горизонтальных или наклонных распорок 15. Для устройства наклонных распорок сначала выполняют часть фундамента 14, на который устанавливают временные наклонные распорки 15 для удержания ограждения котлована. Следующими этапами осуществляется возведение новых конструкций с поэтапным демонтажем распорной системы. Закрытый или полузакрытый способ предусматривает возведение на первом этапе верхнего перекрытия 10, затем нижних, затем фундамента 16. Для этого в верхних перекрытиях оставляют временные технологические проемы 11.
Опору фундаментной плиты и перекрытий предпочтительно выполнять непосредственно на ограждающие конструкции котлована канала с использованием их в качестве гидроизоляции, что дает экономию за счет исключения наружных стен по периметру подземной части.
Допускается опирание перекрытий и классическим способом на наружные стены подземной части с устройством мембранной или иной гидроизоляции. После бетонирования перекрытия допускается полное или частичное открытие реки или канала (при необходимости) с помощью временного искусственного сооружения 12 для пуска водного потока при перекрытии основного участка.
При увеличении или уменьшении глубины канала, расширении или сужении русла канала, изменении его конфигурации, возводят дополнительные искусственные временные сооружения 18, которые, к примеру, могут сузить русло и/или обеспечить измененный уровень 19 воды.
На завершающем этапе проводят отключение временного водопонижения, открытие дамб, заполнение ранее перекрытой части реки или канала водой. Это лучше (но не обязательно) делать после возведения перекрытий вдоль всего русла, что позволяет полностью или частично пустить водный поток по прежнему или измененному руслу. При наличии вдоль русла реки или канала искусственных береговых сооружений 2, возводимые стены котлована и/или перекрытия допустимо соединять с ними бетоном, что усиливает систему защиты гидроизоляции, которую обустраивают поверх перекрытий вдоль русла реки или канала с захватом берегов. Для этого на плиту покрытия укладывают полимерную изоляцию с захватом берегов, части которой герметично соединяют между собой в единый сплошной изоляционный слой вдоль русла.
Перед пуском водного потока в нужных местах возводят мосты или иные сооружения, что более удобно, чем их возведение при уже идущем водном потоке.
Новым в заявленном изобретении является то, что дамбами в начале и в конце перекрывают водный поток части реки или канала в зоне наличия или создания обходного маршрута для течения водного потока, и раскопки дна и строительство проводят вдоль данного перекрытого участка русла реки или канала.
Перекрытие водных потоков реки или канала возможно не только в зоне излучин 20, но и на других участках, где нет излучин. Тогда создают временное искусственное сооружение 12, например, перепускной канал на время строительства и/или перепускную трубу 22. Это также позволяет после завершения строительства и пуска водного потока по ним уже перекрыть основной поток 21 реки или канала, и пустить его по излучине 20 реки или канала, временному искусственному сооружению 12 или перепускной трубе 22. Тогда удается осуществить строительство не только в зоне излучин 20, но и под основным потоком 21 реки или канала, что увеличивает возможную площадь застройки. Временное искусственное сооружение 12 может остаться постоянным при необходимости или в виде основного нового русла, если требуется сузить поток реки или канала (т.е. остаться в том виде как на Фиг. 6(а)). Также, временное искусственное сооружение 12 может быть размещено сначала вдоль одного берега, а после завершения строительства на остальном участке оно может быть демонтировано. Кроме того, временное искусственное сооружение 12 может быть размещено сначала вдоль одного берега, а после завершения строительства на остальном участке, возведено такое же дополнительное временное сооружение 12 вдоль другого берега, по которому пускают водный поток, а первое перекрывают и демонтируют. Затем ведут строительство вдоль первого участка, где стояло первое временное искусственное сооружение 12. Перепускную трубу 22 можно размещать (см. Фиг. 10) при варианте строительства с поэтапным перекрытием канала. Перепускную трубу 22 размещают в месте, не мешающем производству строительных работ (например, вдоль одного берега канала). После частичного завершения строительства дополнительную перепускную трубу 22 размещают уже ближе к центру (см. Фиг. 11) или к другому берегу, водный поток пускают по ней, первую перепускную трубу перекрывают, демонтируют, затем ведут продолжение строительства работ.
Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает возможность строительства автомобильных дорог, железнодорожных тоннелей, подземных зданий и сооружений под и вдоль русла водных каналов или рек, которые можно временно частично или полностью перекрыть, пустив поток по излучине 20 или специально созданному временному искусственному сооружению 12, либо по перепускной трубе 22. Также, изобретение позволяет быстро и технически более просто менять глубину русла канала или реки с одновременной его чисткой. Также возводимые сооружения вдоль русла каналов и реки имеют более надежную и более долговечную защиту плиты покрытия (перекрытия) от протекания, поскольку система гидроизоляции реки или канала может возводиться поверх дна вдоль всего русла как сплошная система гидроизоляции, имеет сплошной опорный фундамент, и, следовательно, лежит на дне ровно и меньше подвержена растяжению.