ОДНОСВОДЧАТАЯ МНОГОУРОВНЕВАЯ СТАНЦИЯ МЕТРОПОЛИТЕНА И СПОСОБ ЕЕ ВОЗВЕДЕНИЯ (КОНСТРУКЦИЯ ЮРКЕВИЧА П.Б.)
SINGLE-VAULT MULTILEVEL SUBWAY STATION AND METHOD OF ITS CONSTRUCTION (P.B. YURKEVICH'S DESIGN)

1. Область техники
Изобретение относится к области строительства станций метрополитена мелкого и среднего заложения, а более конкретно, сооружение таких станций полузакрытым и открытым способами при непрерывной проходке двухпутного и двух однопутных тоннелей, с двумя боковыми и островной пассажирской платформой соответственно, также и при возведении станций с прерываемой проходкой двух однопутных тоннелей (с монтажом и демонтажем тоннелепроходческих комплексов).
2. Уровень техники
Односводчатая станция метрополитена мелкого заложения - один из видов станций метро, представляющий собой однообъемный зал, в котором располагается островная пассажирская платформа и подплатформенные помещения под нею. Такие станции, как правило, отличаются обделкой, выполненной в виде подъемистого свода переменной толщины, омоноличенного с вертикальными стенами, в свою очередь связанными с лотковой железобетонной плитой основания. При наличии напорных грунтовых вод лотковая плита выполняется в виде обратного свода.
Основной недостаток таких технических решений в ограниченности их применения, в частности пролет сводов в свету и их высота от пола островной пассажирской платформы для односводчатых станций определяется из условий требований габаритов приближения строений, оборудования и подвижного состава (ГОСТ 23961-80 "Метрополитены. Габариты приближения строений, оборудования и подвижного состава") и требований ширины пассажирских платформ (СП 120.13330.2012 Актуализированная редакция СНиП 32-02-2003 "Метрополитены"), а также архитектурных предпочтений.
Известна односводчатая станция метрополитена с обделкой из монолитного железобетона, включающая подъемистый бесшарнирный кругового одноцентрового наружного очертания и многоцентрового - внутреннего очертания свод переменной толщины, омоноличенный с вертикальными стенами, в свою очередь связанными с плоским двухшарнирным лотком (фундаментной плитой) переменной толщины (Юркевич П.Б. "Опыт проектирования и возведения односводчатых станций в Минске" // "Подземное пространство мира", 1993, №3, с.21-25, ISSN 0869-799X, ТИМР, Москва).
Недостаток этого конструктивного решения односводчатой станции метрополитена является пригодность использования ее обделки с подъемистым бесшарнирным сводом кругового очертания только для возведения платформенных участков станции, а также при этом необходимость использования временных ограждающих котлован стен. Существенным недостатком конструктивного решения такой односводчатой станции является и ограничение по ее заглублению, вызванное ограничениями по несущей способности обделки. Как правило, обделки односводчатых станций с подъемистым сводом используют при открытом способе строительства в котлованах глубиной 10-16 м и при линейной схеме компоновки станционных сооружений, не предполагающей размещение станционных сооружений над платформенными участками станций.
Недостатками способа возведения односводчатых станций метрополитена с подъемистым сводом являются использование временного ограждения котлована, возводимого способом "стена в грунте", исключительно в качестве ограждающей (ненесущей) конструкции либо законтурного строительного водопонижения, негативно влияющего на окружающие здания и сооружения, в случае использования берлинского способа строительства со свайным металлическим временным ограждением котлована.
Известна односводчатая станция метрополитена с обделкой из монолитного железобетона, включающая пологий бесшарнирный свод кругового одноцентрового наружного очертания и многоцентрового - внутреннего очертания переменной толщины, жестко омоноличенный с вертикальными несущими стенами, возведенными способом "стена в грунте", в свою очередь шарнирно с помощью штраб связанными с плоским лотком (фундаментной плитой) переменной толщины (Юркевич П.Б. "Односводчатые станции, сооружаемые способом "стена в грунте". Каким быть своду?" // "Метрострой", 1985, №7, c.18, ISSN 0130-4321, издательство "Московская правда", Москва).
Недостатком конструктивного решения односводчатой станции метрополитена с пологим бесшарнирным сводом является отсутствие гидроизоляции внешних несущих стен и как следствие, проявление течей требующих трудоемких ремонтных работ по их подавлению.
Известна односводчатая станция метрополитена со сборно-монолитной железобетонной обделкой, включающая пологий бесшарнирный свод кругового одноцентрового наружного очертания и многоцентрового - внутреннего очертания переменной толщины, жестко омоноличенный с вертикальными несущими стенами, в свою очередь жестко омоноличенными с лотком в виде пологого обратного бесшарнирного свода полностью аналогичной геометрии, а также несущие внешние стены, выполненные способом "стена в грунте", зазор между которыми и Г-образными сборными железобетонными блоками пологих свода и лотка заполнен бетоном на напрягающем цементе, создающем своеобразный клиновой распор (Yurkevich "Development in Segmental Concrete Linings for Subway Tunnels in Belarus" // "Tunneling and Underground Space Technology, Vol.10, No.3, p.353-360, 1995, "Elsevier Science" Ltd., Oxford).
Комбинирование пологого бесшарнирного свода с каркасной системой внутренних несущих конструкций, возводимых в открытом котловане, позволяет возводить станцию метрополитена многоуровневой. Однако наличие большого числа дополнительных конструктивных элементов существенно увеличивает трудоемкость и продолжительность строительства.
Недостатками конструктивного решения односводчатой станции метрополитена со сборно-монолитной ж.б. обделкой свода являются отсутствие арматурных связей между Г-образными сборными ж.б. блоками пологого свода-покрытия и обратного свода-лотка со "стенами в грунте", а также отсутствие гидроизоляции стен. Это приводит к отрыву свода-покрытия от стен за счет деформации свода при загружении и проявлению течей, как по стенам, так и узлам гидроизоляции покрытия и лотка, требующих трудоемких ремонтных работ по их подавлению.
К недостаткам конструктивного решения относится также унификация геометрии свода-покрытия и лотка в виде обратного свода, что неоправданно увеличивает подплатформенное и подпутевое пространство и усложняет разработку грунта в котловане.
Основным недостатком способа строительства односводчатой станции метрополитена со сборно-монолитной ж.б. обделкой свода является чрезвычайно высокие требования, предъявляемые по точности изготовления и монтажа сборных ж.б. элементов свода и лотка, большое количество и высокая трудоемкость выполнения сварных соединений арматурных выпусков объединяемых сборных ж.б. элементов свода и лотка.
Как и для односводчатых станций с подъемистым сводом, односводчатые станции со сборно-монолитной ж.б. обделкой возводятся открытым способом строительства в котлованах глубиной 10-16 м и при линейной схеме компоновки станционных сооружений, не предполагающей размещение станционных сооружений над платформенными участками станций.
Возведение односводчатых станций метрополитена со сборно-монолитной ж.б. обделкой полузакрытым способом строительства ограничивается как глубиной котлована 10-16 м, так и сложностью монтажа тяжелых сборных ж.б. элементов лотка под ранее возведенным сводом.
Общим недостатком всех известных решений односводчатых станций метрополитена в части устройства и способа строительства, является необходимость монтажа и демонтажа тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК), используемых для проходки перегонных тоннелей. В торцах станций специально предусматриваются монтажно-щитовые и демонтажно-щитовые камеры, что существенно увеличивает трудоемкость и продолжительность строительства линий метрополитена.
Известна, принятая автором за наиболее близкое техническое решение «Односводчатая монолитная железобетонная обделка многоуровневого подземного объекта (TUNEL. Podzevni parkoviště v Moskvě. 8 Ročnik, č.1/99, s 28-33 Yurkevich P.B. Underground parking-garage in the Revolution square in Moscow // Юркевич П.Б. "Подземная автостоянка на площади Революции в Москве: от технического предложения до реализации проекта" // "Подземное пространство мира", 1997, №1, с.14-22, ISSN 0869-799X, ТИМР, Москва), который может возводиться, как открытым способом с временной металлической распорной крепью ограждающих и несущих "стен в грунте", так и полузакрытым способом по схеме возведения сводов "сверху-вниз".
Основным недостатком известного технического решения является невозможность его применения для станций метрополитена, испытывающих существенные специфические динамические нагрузки, в частности, недостаточная жесткость промежуточных сводов-перекрытий переменной толщины из-за кругового одноцентрового наружного очертания, приводящего эти своды к статической и динамической работе по типу гибких выпуклых пространственных оболочек, обжатых боковыми нагрузками через развитые опорные пяты, вместо работы в качестве распорных дисков. Кроме того, в процессе возведения до устройства полов из низкомарочного бетона промежуточные своды-перекрытия очень чувствительны к временным статическим и подвижным нагрузкам, испытывают неравномерные деформации, приводящие к раскрытию трещин между отдельными захватками забетонированных сводов, и вибрации под воздействием мобильной малогабаритной техники, используемой при механизированной укладке монолитных бетонных полов, перемещении и монтаже инженерного оборудования.
Наличие унифицированной геометрии промежуточных сводов-перекрытий в части их толщины не соответствует увеличению напряженного состояния сводов с глубиной заложения сводов, а также в случае существенно отличающейся высоты этажей подземного объекта.
Недостатком открытого способа строительства односводчатой монолитной железобетонной обделки многоуровневого подземного объекта является отсутствие опорных штраб в "стенах в грунте", ограничивающих повороты пят пологих сводов и существенно снижающих их деформативность.
Основным недостатком полузакрытого способа строительства односводчатой монолитной железобетонной обделки многоуровневого подземного объекта является отсутствие временных подкрепляющих и закрепляющих промежуточных опор, позволяющих осуществлять регулирование напряженно-деформированного состояния сводов. Эти временные опоры не допускали бы значительных осадок верхних сводов-перекрытий после снятия опалубки и их загружения боковыми нагрузками и не позволяли бы произойти потере устойчивости нижним сводом-перекрытием в процессе разработки грунта в котловане под его защитой за счет явления выпора свода.
3. Сущность изобретения
3.1. Постановка технической задачи
Техническая задача в части устройства - обеспечить статическую и динамическую работу универсальной конструкции, для односводчатой многоуровневой станции метрополитена, как с боковыми, так и с островной пассажирской платформами, обеспечить расширение объемов и габаритов свободного рабочего подземного пространства станции метрополитена для повышения эффективности его использования для станций среднего и мелкого заложений и удобства пассажиров.
Техническая задача в части способа - обеспечить возведение станции метрополитена специальной универсальной конструкции с возможностью оптимального включения в работу конструкций возводимого сооружения, кроме того снизить трудоемкость, продолжительность и стоимость строительства станций метрополитена, повысить механизацию работ и безопасность строительства, создать возможность использования как открытого, так и полузакрытого способов строительства при сохранении универсального конструктивного решения.
3.2. Результат решения технической задачи
Технический результат в части устройства в том, что за счет повышения жесткости промежуточных сводов-перекрытий путем замены кругового одноцентрового наружного очертания на линейное горизонтальное, увеличения толщины сводов в зависимости от воспринимаемых ими напряжений, улучшена статическая и динамическая работа конструкции, в том числе для работы в качестве распорных конструкций (характерных для сооружений станций метрополитена). При этом сохранен унифицированный по геометрии опалубочный контур для всех сводов без исключения, что позволяет использовать унифицированную опалубку для возведения сводов. За счет использования вставок - прижимных стен между пятами вышележащих сводов и наружным горизонтальным очертанием нижележащих сводов достигается требуемое увеличение высоты в свету подземных этажей, необходимое для размещения над пассажирской платформой станционных сооружений метрополитена. Подбором радиусов многоцентрового внутреннего очертания и высоты пят сводов достигается требуемые для разнообразных типов односводчатых многоуровневых станций метрополитена пролеты сводов в свету для соответствия обделок станций требованиям по минимальной ширине пассажирских платформ, габаритам приближения строений и удобства пассажиров.
Технический результат в части открытого способа строительства в том, что за счет выполнения опорных штраб в "стенах в грунте" ограничиваются повороты пят пологих сводов-перекрытий и существенно снижается их деформативность (как в процессе возведения, так и в возведенном окончательно сооружении).
Технический результат в части полузакрытого способа строительства в том, что за счет использования временных металлических подпирающих и закрепляющих шелыги сводов колонн на щелевых фундаментах (бареттах) или свайных фундаментах осуществляется регулирование напряженно-деформированного состояния сводов. Временные металлические колонны ограничивают осадку верхних сводов-перекрытий после снятия опалубки и их загружения боковыми нагрузками и не допускают потерю устойчивости нижним сводом-перекрытием в процессе разработки грунта в котловане под его защитой за счет явления выпора свода.
Технический результат в части способов строительства в том, что при сохранении универсальности конструктивного решения возможно применение как открытого, так и полузакрытого способов строительства, габаритные размеры несущей односводчатой многоуровневой обделки станции метрополитена и специальные направляющие желоба, предусматриваемые в фундаментных плитах (лотках), позволяют обеспечить непрерывную проходку тоннелей с перемещением ТПМК через станцию без монтажа или демонтажа. Также возможно техническое решение с монтажом и демонтажем ТПМК. Снижаются трудоемкость, продолжительность и стоимость строительства станций метрополитена, повышается механизация работ и безопасность строительства.
3.3. Перечень фигур чертежей
На фиг.1 представлен поперечный разрез односводчатой многоуровневой станции метрополитена с двумя боковыми пассажирскими платформами и непрерьюной проходкой двухпутного тоннеля; на фиг.2÷17 - полузакрытый способ строительства односводчатой многоуровневой станции с непрерывной проходкой двухпутного тоннеля; на фиг.2 - Стадия 1 - открытая экскавация 1-го яруса котлована, возведение стен ограждения котлована методом "стена в грунте" и временных металлических колонн на щелевых фундаментах (бареттах) или свайных фундаментах; на фиг.3 - Стадия 2 - открытая экскавация 2-го яруса котлована, подготовка грунтового основания для возведения свода-покрытия; на фиг.4 - Стадия 3 - устройство гидроизоляции "стен в грунте" на - 1 этаже, возведения свода-покрытия с помощью унифицированной опалубки, опирающейся на подготовленное грунтовое основание; на фиг.5 - Стадия 4 - экскавация 3-го яруса котлована под защитой свода-покрытия, подготовка грунтового основания для возведения верхнего свода-перекрытия; на фиг.6 - Стадия 5 - устройство гидроизоляции "стен в грунте" на - 2 этаже, возведения верхнего свода-перекрытия с помощью унифицированной опалубки, опирающейся на подготовленное грунтовое основание, удаление временной металлической колонны на -1 этаже, гидроизоляция и обратная засыпка свода-покрытия; на фиг.7 - Стадия 6 - экскавация 4-го яруса котлована под защитой верхнего свода-перекрытия, подготовка грунтового основания для возведения нижнего свода-перекрытия; на фиг.8 - Стадия 7 - частичное устройство гидроизоляции "стен в грунте" на - 3 этаже, возведения нижнего свода-перекрытия с помощью унифицированной опалубки, опирающейся на подготовленное грунтовое основание, удаление временной металлической колонны на - 2 этаже; на фиг.9 - Стадия 8 - экскавация 5-го яруса котлована под защитой нижнего свода-перекрытия, установка временной анкерной крепи верхнего яруса; на фиг.10 - Стадия 9 - экскавация 6-го яруса котлована под защитой нижнего свода-перекрытия и анкерной крепи верхнего яруса, установка временной анкерной крепи среднего яруса; на фиг.11 - Стадия 10 - экскавация 7-го яруса котлована под защитой нижнего свода-перекрытия и анкерной крепи верхнего и среднего ярусов, установка временной анкерной крепи нижнего яруса; на фиг.12 - Стадия 11 - экскавация 8-го яруса котлована под защитой нижнего свода-перекрытия и анкерной крепи верхнего, среднего и нижнего ярусов; на фиг.13 - Стадия 12 - устройство дренажной щебеночной подушки, устройство гидроизоляции и возведение фундаментной плиты; на фиг.14 - Стадия 13 - поярусное исключение из работы временной анкерной крепи, устройство гидроизоляции "стен в грунте" на - 4 этаже, завершение гидроизоляции стен на - 3 этаже, возведение прижимных стен гидроизоляции, завершение удаления временной металлической колонны; на фиг.15 - Стадия 14 - вывод на станцию ТПМК (тоннелепроходческого механизированного комплекса), использовавшегося при проходке предшествующего перегонного тоннеля, перемещение ТПМК через станцию по направляющему желобу в фундаментной плите, вывод ТПМК со станции и начало проходки с помощью ТПМК последующего перегонного тоннеля; на фиг.16 - Стадия 15 - возведение стен и перекрытия на - 4 этаже; на фиг.17 - Стадия 16 - возведение стен и перекрытия платформы, завершение строительства станции; на фиг.18÷36 - открытый способ строительства односводчатой многоуровневой станции с непрерывной проходкой двухпутных тоннелей; на фиг.18 - Стадия 1a - открытая экскавация 1-го яруса котлована, возведение "стен в грунте" ограждения котлована; на фиг.19 - Стадия 2а - открытая экскавация 2-го яруса котлована, установка верхнего яруса временной металлической распорной крепи; на фиг.20 - Стадия 3а - открытая экскавация 3-го яруса котлована под защитой верхнего яруса временной металлической распорной крепи; на фиг.21 - Стадия 4а - установка среднего яруса временной металлической распорной крепи; на фиг.22 - Стадия 5а - открытая экскавация 4-го яруса котлована под защитой среднего яруса временной металлической распорной крепи; на фиг.23 - Стадия 6а - установка нижнего яруса временной металлической распорной крепи; на фиг.24 - Стадия 7а - открытая экскавация 5-го яруса котлована под защитой нижнего яруса временной металлической распорной крепи, установка временной анкерной крепи верхнего яруса; на фиг.25 - Стадия 8а - открытая экскавация 6-го яруса котлована под защитой нижнего яруса временной металлической распорной крепи и анкерной крепи верхнего яруса, установка временной анкерной крепи среднего яруса; на фиг.26 - Стадия 9а - открытая экскавация 7-го яруса котлована под защитой нижнего яруса временной металлической распорной крепи и анкерной крепи верхнего и среднего ярусов, установка временной анкерной крепи нижнего яруса; на фиг.27 - Стадия 10а - открытая экскавация 8-го яруса котлована под защитой нижнего яруса временной металлической распорной крепи и анкерной крепи верхнего, среднего и нижнего ярусов; на фиг.28 - Стадия 11a - устройство дренажной щебеночной подушки, устройство гидроизоляции и возведение фундаментной плиты; на фиг.29 - Стадия 12а - устройство гидроизоляции "стен в грунте" на - 4 этаже и частично на - 3 этаже, возведение прижимных стен гидроизоляции; на фиг.30 - Стадия 13а - демонтаж временной металлической распорной крепи нижнего яруса, завершение устройства гидроизоляции "стен в грунте" на - 3 этаже, возведение нижнего свода-перекрытия с помощью инвентарной опалубки, опирающейся на фундаментную плиту; на фиг.31 - Стадия 14а - демонтаж временной металлической распорной крепи среднего яруса, установка временных металлических подпирающих нижний свод-перекрытие стоек, опирающихся на фундаментную плиту; на фиг.32 - Стадия 15а - устройство гидроизоляции "стен в грунте" на - 2 этаже, возведения верхнего свода-перекрытия с помощью унифицированной опалубки, опирающейся на нижний свод-перекрытие; на фиг.33 - Стадия 16а - демонтаж временной металлической распорной крепи верхнего яруса; на фиг.34 - Стадия 17 - установка временных металлических подпирающих верхний свод-перекрытие стоек, опирающихся на нижний свод-перекрытие, устройство гидроизоляции "стен в грунте" на - 1 этаже, возведения свода-покрытия с помощью унифицированной опалубки, опирающейся на верхний свод-перекрытие; на фиг.35 - Стадия 18 - демонтаж временных металлических подпирающих верхний и нижний своды-перекрытия стоек, вывод на станцию ТПМК (тоннелепроходческого механизированного комплекса), использовавшегося при проходке предшествующего перегонного тоннеля, перемещение ТПМК через станцию по направляющему желобу в фундаментной плите, вывод ТПМК со станции и начало проходки с помощью ТПМК последующего перегонного тоннеля; на фиг.36 - Стадия 19 - возведение стен и перекрытия на - 4 этаже, стен и перекрытия платформы, гидроизоляция и обратная засыпка свода-покрытия, завершение строительства станции; на фиг.37 - устройство строительного подъема свода-покрытия и сводов-перекрытий при их возведении на примере верхнего свода-перекрытия; на фиг.38 представлен поперечный разрез односводчатой многоуровневой станции метрополитена с островной пассажирской платформой и непрерывной проходкой двух однопутных тоннелей; на фиг.39 представлен поперечный разрез односводчатой многоуровневой станции метрополитена с островной пассажирской платформой и с прерываемой проходкой тоннелей (с монтажом и демонтажем тоннелепроходческих комплексов); на фиг.40 представлен характер эпюры изгибающих моментов (Эп.М) в верхнем своде-перекрытии на Стадии 6 (фиг.7) строительства полузакрытым способом; на фиг.41 представлен характер эпюры продольных сжимающих усилий (Эп.N) в верхнем своде-перекрытии на Стадии 6 (фиг.7) строительства полузакрытым способом; на фиг.42 представлен характер эпюры линейных вертикальных перемещений (Эп.δ) в верхнем своде-перекрытии на Стадии 6 (фиг.7) строительства полузакрытым способом; на фиг.43 представлен характер эпюры изгибающих моментов (Эп.М) в верхнем своде-перекрытии на Стадии 8 (фиг.9) строительства полузакрытым способом; на фиг.44 представлен характер эпюры продольных сжимающих усилий (Эп.N) в верхнем своде-перекрытии на Стадии 8 (фиг.9) строительства полузакрытым способом; на фиг.45 представлен характер эпюры линейных вертикальных перемещений (Эп.δ) в верхнем своде-перекрытии на Стадии 8 (фиг.9) строительства полузакрытым способом; на фиг.46 представлен характер эпюры изгибающих моментов (Эп.М) в нижнем своде-перекрытии на Стадии 11 (фиг.12) строительства полузакрытым способом; на фиг.47 представлен характер эпюры продольных сжимающих усилий (Эп.N) в нижнем своде-перекрытии на Стадии 11 (фиг.12) строительства полузакрытым способом; на фиг.48 представлен характер эпюры линейных вертикальных перемещений (Эп.δ) в нижнем своде-перекрытии на Стадии 11 (фиг.12) строительства полузакрытым способом;
на фиг.49 представлен характер эпюры изгибающих моментов (Эп.М) в нижнем своде-перекрытии на Стадии 16 (фиг.17) завершения строительства полузакрытым способом; на фиг.50 представлен характер эпюры продольных сжимающих усилий (Эп.N) в нижнем своде-перекрытии на Стадии 16 (фиг.17) завершения строительства полузакрытым способом; на фиг.51 представлен характер эпюры линейных вертикальных перемещений (Эп.δ) в нижнем своде-перекрытии на Стадии 16 (фиг.17) завершения строительства полузакрытым способом;
где 1 - платформенный участок станции; 2 - боковая пассажирская платформа; 2а - островная пассажирская платформа; 3 - уровень головок рельсов (УГР) на станции; 4 - ось пути; 4а - двухпутный тоннель; 5 - технический этаж; 6 - служебные и технические станционные сооружения, например, тягово-понизительная подстанция (ТПП); 7 - кабельный канал; 8 - вентиляционный канал; 9 - подплатформенное пространство; 10 - контур проема в торцевой стене станции; 11 - дно открытого котлована 1-го яруса; 12 - рабочая платформа для возведения "стен в грунте" и временных металлических колонн на щелевых фундаментах (бареттах) или свайных фундаментах; 13 - "стена в грунте"; 14 - щелевой фундамент ("баретта") или свайный фундамент; 15 - временная металлическая колонна на щелевом фундаменте (баретте) 14 или свайном фундаменте; 16 -подготовленное грунтовое основание на дне открытого котлована 2-го яруса; 17 - шарнирный узел опирания свода на временную металлическую колонну 15; 18 - унифицированная опалубка, опирающаяся на подготовленное грунтовое основание; 19 - внутренний унифицированный опалубочный контур сводов 20, 22 и 27; 20 - свод-покрытие; 20а - верхняя опорная пята свода-покрытия; 20в - нижняя опорная пята свода-покрытия; 21 - подготовленное грунтовое основание на дне котлована 3-го яруса; 22 - верхний свод-перекрытие; 22а - опорная пята верхнего свода-перекрытия; 13а - опорная штраба в "стене в грунте" 13 для опирания свода-перекрытия 22 и 27; 19а - опалубочный контур свода-покрытия 20 после его обжатия боковым давлением грунта и осадки; 19в - опалубочный контур верхнего свода-перекрытия 22 после его обжатия боковым давлением грунта и осадки; 19 с - опалубочный контур нижнего свода-перекрытия 27 после его обжатия боковым давлением грунта и выпора или осадки; Δ - строительный подъем свода на примере верхнего свода-перекрытия 22; 23 - прижимная стена гидроизоляции на - 1-ом этаже; 24 - гидроизоляция свода-покрытия 20; 25 - обратная засыпка свода-покрытия 20 дренирующим грунтом; 26 - подготовленное грунтовое основание на дне котлована 4-го яруса; 27 - нижний свод-перекрытие; 27а - опорная пята нижнего свода-перекрытия; 28 - дно котлована 5-го яруса; 29 - временный грунтовый буроинъекционный анкер; 30 - дно котлована 6-го яруса; 31 - шарнирный узел закрепления нижнего свода-перекрытия 27 на временной металлической колонне 15; 32 - дно котлована 7-го яруса; 33 - дно котлована 8-го яруса; 34 - опорная консоль для фундаментной плиты 36; 35 - гидроизоляция фундаментной плиты 36 по бетонной подготовке; 36 - фундаментная плита; 36а - направляющий желоб в фундаментной плите 36 для перемещения по станции ТПМК; 37 - гидроизоляция "стены в грунте" 13; 38 - прижимная стена гидроизоляции 37; 38а - арматурные выпуски под перекрытия - 4-го этажа и платформенного уровня; 39 - ТПМК, перемещаемый по направляющему желобу 36а в фундаментной плите 36 по станции; 40 - стены - 4-го этажа; 41 - перекрытие - 4го этажа; 42 - внутренний контур проема в торцевой "стене в грунте" после вывода ТПМК на станцию; 43 - перекрытие пассажирской платформы; 44 - контур проема в торцевой прижимной стене гидроизоляции на станции; 45 - обвязочная балка по верху "стены в грунте" 13; 46 - временная металлическая распорная крепь; 47 - дно открытого котлована 2-го яруса; 48 -дно открытого котлована 3-го яруса; 49 - дно открытого котлована 4-го яруса; 50 - инвентарная передвижная опалубка, опирающаяся на фундаментную плиту 36; 51 - временные металлические подпирающие нижний свод-перекрытие 27 стойки; 52 - унифицированная опалубка для возведения верхнего свода-перекрытия 22 на - 2-ом этаже, опирающаяся на нижний свод-перекрытие 27; 53 - временные металлические подпирающие верхний свод-перекрытие 22 стойки; 54 - унифицированная опалубка для возведения свода-покрытия 20 на - 1-ом этаже, опирающаяся на верхний свод-перекрытие 22.
12 4. Отличительные признаки
4.1. Односводчатая многоуровневая станция метрополитена устроена следующим образом.
Односводчатая многоуровневая станция метрополитена (фиг.1) с двумя боковыми пассажирскими платформами (2) и непрерывной проходкой двухпутного тоннеля (4а) или первого типа выполнена с размещением всех необходимых пассажирских, технологических и служебных помещений в общем объеме вертикальной выработки, вместо значительной обратной засыпки которой, над боковыми пассажирскими платформами (2) и путями движения поездов располагаются технический этаж (5), станционные сооружения (6), например, тягово-понизительная подстанция (ТПП) и/или венткамера, а под ними - подплатформенное пространство (9), кабельные (7) и вентиляционные (8) каналы.
Односводчатая многоуровневая станция метрополитена (фиг.38) с островной пассажирской платформой (2а) и непрерывной проходкой двух однопутных тоннелей (4в) или второго типа выполнена с размещением всех необходимых пассажирских, технологических и служебных помещений в общем объеме вертикальной выработки, вместо значительной обратной засыпки которой, над островной пассажирской платформой (2а) и путями движения поездов располагаются технический этаж (5), станционные сооружения (6), например, тягово-понизительная подстанция (ТПП) и/или венткамера, а под нею - подплатформенное пространство (9).
Односводчатая многоуровневая станция метрополитена (фиг.39) с островной пассажирской платформой (2а) и прерываемой проходкой двух однопутных тоннелей 4в с монтажом и демонтажем тоннелепроходческих комплексов (ТПМК) или третьего типа выполнена с размещением всех необходимых пассажирских, технологических и служебных помещений в общем объеме вертикальной выработки, вместо значительной обратной засыпки которой, над островной пассажирской платформой (2а) и путями движения поездов располагаются технический этаж (5), станционные сооружения (6), например, тягово-понизительная подстанция (ТПП) и/или венткамера, а под нею - подплатформенное пространство (9).
Внутренние опалубочные контуры (19) всех сводов (20, 22 и 27) односводчатой многоуровневой станции для каждого из перечисленных выше трех типов в процессе их возведения приняты унифицированными.
Таким образом, односводчатая станция метрополитена с учетом применения известных из принятого автором за наиболее близкое техническое решение признаков может быть охарактеризована следующей совокупностью признаков:
Односводчатая многоуровневая станция метрополитена характеризуется наличием конструктивно связанных (для обеспечения единого конструктивного решения сооружения) внешних стен (13), фундаментной плиты (36), покрытия (20) и перекрытий (22, 27), выполненных в виде сводов (20, 22 и 27), внутренних несущих конструкций (23, 38, 40, 41, 43), которые размещены, как правило, выше уровня пассажирских платформ (2, 2а) и выполнены (для обеспечения работы по восприятию нагрузок большепролетного перекрытия) в виде пологих бесшарнирных сводов-перекрытий (22 и 27) кругового многоцентрового внутреннего унифицированного (для всех сводов) очертания (19) и наружного линейного горизонтального очертания, шарнирно опирающихся на внешние стены (13), (возведенные, как правило, способом "стена в грунте"), и снабженные развитыми пятами (20в, 22а, 27а), (в свою очередь шарнирно опирающимися друг на друга (также и на прижимные стены гидроизоляции (23, 38)), причем опорные пяты (20в, 22а, 27а) увеличивают стрелку подъема свода и воспринимают боковые нагрузки, передаваемые со стен (как правило «стен в грунте») на своды по многошарнирной схеме), станция содержит (для обеспечения и реализации назначения объекта), пассажирские боковые платформы (2) или островную платформу (2а), технический этаж (5), служебные и технические станционные сооружения (6).
Толщина в шелыге сводов-перекрытий и свода-покрытия определяется силовым воздействием и требуемой несущей способностью.
Узлы шарнирного опирания пологих бесшарнирных сводов-перекрытий на внешние стены, (возводимые, как правило, способом "стена в грунте"), в штрабах выполнены с возможностью ограничения угловых перемещенияй развитых опорных пят сводов-перекрытий (что существенно снижает деформативность сводов.)
Узлы шарнирного опирания пологих бесшарнирных сводов-перекрытий на внешние стены, (возводимые, как правило, способом "стена в грунте"), выполнены в виде консолей, жестко связанных с внешними стенами и встраиваемых внутрь развитых опорных пят.
Свод-покрытие и своды-перекрытия в период строительства выполняют со строительным подъемом или спуском для компенсации основных осадок или выпора сводов с унифицированным внутренним опалубочным контуром кругового многоцентрового очертания.
Фундаментная плита выполнена с направляющими желобом или желобами кругового очертания для перемещения тоннелепроходческих комплексов (ТПМК) без монтажа и демонтажа.
4.2. Сооружение возводится и работает следующим образом.
В процессе возведения и в окончательно возведенном сооружении с целью компенсации основной деформации от собственного веса при полузакрытом способе строительства односводчатой многоуровневой станции свод-покрытие (20) и верхний свод-перекрытие (22) выполняются с использованием унифицированной опалубки (18) со строительным расчетным подъемом Δ, что отражено на фиг.37 на примере верхнего свода-покрытия (22). Нижний свод-перекрытие (27) выполняется с использованием унифицированной опалубки (18) со строительным спуском (-Δ) вместо строительного подъема, что позволяет компенсировать явление "выпора" в процессе обжатия боковым давлением грунта и последующего удаления временных металлических колонн (15) на щелевых фундаментах (бареттах) 14 или свайных фундаментах. Это позволяет применить одну и ту же опалубку для каждого из сводов.
С целью компенсации основной деформации от собственного веса при открытом способе строительства односводчатой многоуровневой станции все своды, включая нижний свод-перекрытие (27), верхний свод-перекрытие (22) и свод-покрытие (20) выполняются с использованием инвентарной передвижной опалубки (50), опирающейся на фундаментную плиту (36), и унифицированной опалубки (52 и 54), отличающейся для верхнего свода-перекрытия (22) и свода-покрытия (20) только высотой опорных стоек, со строительным расчетным подъемом Δ, что отражено на фиг.37 на примере верхнего свода-покрытия (22).
Это обстоятельство даже при использовании двух типов опалубок (50 и 52,54) позволяет получить одну и ту же опалубочную геометрию для каждого из сводов.
После снятия опалубки, демонтажа временной подпирающей металлической колонны или стоек, обжатия боковым давлением грунта и осадки или выпора и в результате перераспределения напряжений и деформаций своды приобретают новый опалубочный контур - 19а для свода-покрытия (20), 19в - для верхнего свода-перекрытия (22), 19с - для нижнего свода-перекрытия (27).
Свод-покрытие (20) посредством верхних опорных пят (20а) жестко соединяется со "стенами в грунте" (13) и опирается шарнирно своими нижними опорными пятами (20в), увеличивающими стрелку подъема свода, на верхний свод-перекрытие (22) и/или прижимные стены (23), причем нижние опорные пяты (20в) воспринимают боковые нагрузки, передаваемые со "стен в грунте" на свод, по многошарнирной схеме. При этом нижние опорные пяты (20в) отделены от "стен в грунте" (13) слоем гидроизоляции (37).
Верхний свод-перекрытие (22) посредством предварительно гидроизолированных опорных штраб (13а) шарнирно опирается на "стене в грунте" (13) и опорными пятами (22а), увеличивающими стрелку подъема свода, на нижний свод-перекрытие (27), причем опорные пяты (22а) воспринимают боковые нагрузки, передаваемые со "стен в грунте" на свод, по многошарнирной схеме. При этом опорные пяты (22а) отделены от "стен в грунте" (13) слоем гидроизоляции (37) и посредством арматурных выпусков шарнирно связаны с участками прижимных стен (23) на - 1-ом этаже и/или с опорными пятами (20в) вышерасположенного свода-покрытия (20) и нижним сводом-перекрытием (27).
Нижний свод-перекрытие (27) посредством предварительно гидроизолированных опорных штраб (13а) шарнирно опирается на "стене в грунте" (13) и опорными пятами (27а), увеличивающими стрелку подъема свода, на прижимные стены (38), причем опорные пяты (27а) воспринимают боковые нагрузки, передаваемые со "стен в грунте" на свод, по многошарнирной схеме. При этом опорные пяты (27а) отделены от "стен в грунте" (13) слоем гидроизоляции (37) и посредством арматурных выпусков шарнирно связаны с опорными пятами (22в) вышерасположенного свода-перекрытия (22) и нижерасположенными участками прижимных стен (38) на - 3-ем этаже.
Пролет сводов в свету для односводчатой многоуровневой станции определен из условий соблюдения требований ГОСТ 23961-80 "Метрополитены. Габариты приближения строений, оборудования и подвижного состава" и СП 120.13330.2012 Актуализированная редакция СНиП 32-02-2003 "Метрополитены" и для станции первого типа (фиг.1) из условий размещения двух сдвоенных путей для движения поездов и двух боковых пассажирских платформ, для станции второго типа (фиг.38) из условий размещения двух раздельных путей и островной пассажирской платформы между ними, а также непрерывной проходки однопутных тоннелей с перемещением ТПМК по фундаментной плите (36) по направляющему желобу (36а) до возведения прижимных стен (38) гидроизоляции (37), а для станции третьего типа (фиг.39) - из условий размещения двух раздельных путей и островной пассажирской платформы между ними, а также с прерываемой проходкой двух однопутных тоннелей (с монтажом и демонтажем ТПМК).
Высота в свету между нижним сводом-перекрытием (27) и фундаментной плитой (36) для станции метрополитена первого типа определена из условий беспрепятственного и безопасного перемещения по направляющему желобу (36а) в фундаментной плите (36) ТПМК (39), (фиг.15 и 35), использующегося при непрерывной проходке двухпутного тоннеля (4а), со строительным зазором не менее 0,5 м.
Высота в свету между нижним сводом-перекрытием (27) и фундаментной плитой (36) для станции метрополитена второго типа определена из условий беспрепятственного и безопасного перемещения по направляющим желобам (36а) в фундаментной плите (36) ТПМК (фиг.38), использующегося при непрерывной проходке непрерывной проходкой двух однопутных тоннелей (4а), со строительным зазором не менее 0,5 м, а также с учетом требуемого заглубления УГР (3) и архитектурных предпочтений, диктуемых высотой платформенного участка (1) от пола островной пассажирской платформы (2а).
Высота в свету между нижним сводом-перекрытием (27) и фундаментной плитой (36) для станции метрополитена третьего типа определена с учетом требуемого заглубления УГР (3) и архитектурных предпочтений, диктуемых высотой платформенного участка (1) от пола островной пассажирской платформы (2а).
Односводчатая многоуровневая станция метрополитена (фиг.17 и 36) первого типа выполняются полностью в монолитном железобетоне с объединением несущих конструкций платформенного участка (1), технического этажа (5), станционных сооружений (6), кабельных (7) и вентиляционных (8) каналов и подплатформенных пространств (9) ниже боковых пассажирских платформ (2) и включает:
- внешние стены, возводимые в грунтовых выемках методом "стена в грунте" (13);
- щелевые фундаменты ("баретты") или свайные фундаменты (14) при полузакрытом способе строительства, использовавшиеся для временного подпирания или закрепления с помощью промежуточных временных металлических погружных колонн (15) сводов (20, 22 и 27), возведенных в грунтовых выемках, и использующиеся для снижения требуемой жесткости фундаментной плиты (36) и противодействия всплытию станции под воздействием высокого гидростатического давления;
- свод-покрытие (20) с жестким соединением его верхних пят (20а) со "стенами в грунте" (13) и опиранием шарнирно своими нижними опорными пятами (20в) на верхний свод-перекрытие (22) и прижимные стены (23), причем нижние опорные пяты (20в) воспринимают боковые нагрузки, передаваемые со "стен в грунте" на свод, по многошарнирной схеме;
- верхний свод-перекрытие (22) посредством опорных штраб (13а) шарнирно опирающийся на "стене в грунте" (13) и опорными пятами (22а) на нижний свод-перекрытие (27), причем опорные пяты (22а) воспринимают боковые нагрузки, передаваемые со "стен в грунте" на свод, по многошарнирной схеме;
- участок прижимной стены (23) гидроизоляции (37) на - 1 этаже, связанный шарнирно посредством арматурных выпусков с нижними опорными пятами (20в) свода-покрытия (20) и верхним сводом-перекрытием (22);
- нижний свод-перекрытие (27) посредством опорных штраб (13а) шарнирно опирающийся на "стене в грунте" (13) и опорными пятами (27а) на ниж-прижимные стены (38) гидроизоляции (37) на -3-ем этаже, причем опорные пяты (27а) воспринимают боковые нагрузки, передаваемые со "стен в грунте" на свод, по многошарнирной схеме;
- опорные консоли (34), жестко связанные со "стенами в грунте" (13) для шарнирного опирания фундаментной плиты (36);
- фундаментную плиту (36) с внешней гидроизоляцией (35) и направляющим желобом (36а) для перемещения по станции ТПМК (39) при непрерывной проходке тоннеля (4а);
- прижимные стены (38) гидроизоляции стен (37) на - 3-ем и -4-ом этажах, жестко связанные посредством арматурных выпусков с фундаментной плитой (36) и шарнирно с опорными пятами (27а) нижнего свода-перекрытия (27);
- стены (40) - 4-го этажа, жестко связанные посредством арматурных выпусков с фундаментной плитой (36) и перекрытием (41) - 4-го этажа;
- перекрытие (41) - 4-го этажа, являющееся основанием двух путей движения поездов метрополитена, жестко связанное посредством арматурных выпусков со стенами (40) на - 4-ом этаже и прижимными стенами (38) гидроизоляции (37) стен;
- стены (40) на - 3-ем этаже, жестко связанные посредством арматурных выпусков с аналогичными стенами на - 4-ом этаже и перекрытием (41);
- два перекрытия (43) пассажирской платформы, жестко связанные посредством арматурных выпусков со стенами (40) на - 3-ем этаже и прижимными стенами (38) гидроизоляции (37) стен.
Односводчатая многоуровневая станция метрополитена (фиг.38) второго типа выполняются полностью в монолитном железобетоне с объединением несущих конструкций платформенного участка (1), технического этажа (5), станционных сооружений (6) и подплатформенных пространств (9) ниже островной пассажирской платформы (2а) и включает:
- внешние стены, возводимые в грунтовых выемках методом "стена в грунте" (13);
- щелевые фундаменты ("баретты") или свайные фундаменты (14) при полузакрытом способе строительства, использовавшиеся для временного подпирания или закрепления с помощью промежуточных временных металлических погружных колонн (15) сводов (20, 22 и 27), возведенных в грунтовых выемках, и использующиеся для снижения требуемой жесткости фундаментной плиты (36) и противодействия всплытию станции под воздействием высокого гидростатического давления;
- свод-покрытие (20) с жестким соединением его верхних пят (20а) со "стенами в грунте" (13) и опиранием шарнирно своими нижними опорными пятами (20в) на верхний свод-перекрытие (22), причем нижние опорные пяты (20в) воспринимают боковые нагрузки, передаваемые со "стен в грунте" на свод, по многошарнирной схеме;
- верхний свод-перекрытие (22) посредством опорных штраб (13 а) шарнирно опирающийся на "стене в грунте" (13) и опорными пятами (22а) на нижний свод-перекрытие (27), причем опорные пяты (22а) воспринимают боковые нагрузки, передаваемые со "стен в грунте" на свод, по многошарнирной схеме;
- нижний свод-перекрытие (27) посредством опорных штраб (13 а) шарнирно опирающийся на "стене в грунте" (13) и опорными пятами (27а) на ниж-прижимные стены (38) гидроизоляции (37) на - 3-ем этаже, причем опорные пяты (27а) воспринимают боковые нагрузки, передаваемые со "стен в грунте" на свод, по многошарнирной схеме;
- опорные консоли (34), жестко связанные со "стенами в грунте" (13) для шарнирного опирания фундаментной плиты (36);
- фундаментную плиту (36) с внешней гидроизоляцией (35) и направляющими желобами (36а) для перемещения по станции ТПМК (39) при непрерывной проходке двух однопутных тоннелей (4в);
- прижимные стены (38) гидроизоляции стен (37) на - 3-ем этаже, жестко связанные посредством арматурных выпусков с фундаментной плитой (36) и шарнирно с опорными пятами (27а) нижнего свода-перекрытия (27);
- стены (40) - 3-го этажа, жестко связанные посредством арматурных выпусков с фундаментной плитой (36) и перекрытием (43) пассажирской платформы;
- перекрытие пассажирской платформы (43), жестко связанное посредством арматурных выпусков со стенами (40) на - 3-ем этаже.
Односводчатая многоуровневая станция метрополитена (фиг.39) третьего типа выполняются полностью в монолитном железобетоне с объединением несущих конструкций платформенного участка (1), технического этажа (5), станционных сооружений (6) и подплатформенных пространств (9) ниже островной пассажирской платформы (2а) и аналогична по своему составу несущих конструкций станции метрополитена второго типа. Отличие состоит в том, что фундаментная плита (36) не имеет направляющих желобов (36а) для перемещения по станции ТПМК (39), поскольку станция возводится с прерываемой проходкой двух однопутных тоннелей (4в) или с монтажом и демонтажем ТПМК (39).
Односводчатая многоуровневая станция метрополитена выполнятся с непрерывной гидроизоляцией (37) стен и гидроизоляцией (35) фундаментной плиты и отдельной гидроизоляцией (24) свода-покрытия (20), выводимой за "стены в грунте" ниже уровня стыков верхних пят (20а) свода-покрытия (20). Рабочие швы поверху "стен в грунте" и низу верхних пят (20а) свода-покрытия (20) уплотняются специальными набухающими гидропрокладками и инъекционным способом.
Несмотря на то, что каждый из сводов односводчатой многоуровневой станции выполняется из обычного железобетона за счет регулирования деформаций и напряжений достигается снижение их осадок или выпора в шелыге:
- после завершения возведения сводов (20, 22 или 27) и снятия унифицированной опалубки за счет временного подпирания или закрепления сводов металлическими колоннами (15) или подпирающими стойками (53, 51) ограничиваются их деформации (осадки или выпоры);
- затем при полузакрытом способе строительства станции поярусно и чередующимся с возведением сводов порядке разрабатываются под защитой подпираемых сводов (20 и 22) и закрепляемого (27) последующие ярусы котлована, вызывающие ограниченные деформации "стен в грунте" (13) и передачу посредством опорных пят сводов (20в, 22а, 27а) усилий на собственно своды (20, 22 и 27) или в подкрепленных и закрепленных сводах возникают напряжения раньше их основных деформаций;
- схожим образом при открытом способе строительства станции по мере возведения вышерасположенных сводов, подкрепленных подпирающими стойками (53, 51), и демонтажа вышерасположенных ярусов временной металлической распорной крепи, вызывающих ограниченные деформации "стен в грунте" (13) и передачу посредством опорных пят сводов (20в, 22а, 27а) усилий на собственно своды (20, 22 и 27), в подкрепленных сводах возникают напряжения раньше их основных деформаций;
- далее за счет поярусного удаления (срезки) временно подкрепляющих своды (20 и 22) и закрепляющих (27) металлических колонн (15) или подпирающих стоек (53, 51) происходит деформация сводов (20, 22 и 27) на величину близкую к величине строительного подъема или спуска высотой Δ в шелыге.
4.3. Особенности способа возведения
Регулирование напряженно-деформированного состояния достигается тем, что напряженное состояние в сводах (20, 22 и 27) возникает раньше, чем они получают основные деформации от собственного веса. В итоге существенно снижаются суммарные деформации сводов (20, 22 и 27), накопленные за весь период строительства, при этом за счет податливости сводов и контролируемого изменения их геометрии происходит снижение суммарного напряженного состояния сводов (20, 22 и 27). В результате по несущей способности и по допустимым прогибам сводов (20, 22 и 27) требуется существенно меньшая их жесткость и материалоемкость.
При полузакрытом способе строительства в процессе поярусной разработки грунта в котловане под защитой сводов (20, 22 и 27) происходит ограниченная деформация внешних "стен в грунте" (13) внутрь котлована с обмятием гидроизоляции (37) стен и передачей через развитые опорные пяты (20в, 22а, 27а) боковых нагрузок (от давления грунта, гидростатического давления, временных и кратковременных строительных нагрузок и т.д.) на своды (20, 22 и 27). В результате в сводах (20, 22 и 27) возникают изгибающие усилия (моменты М) с внецентренным сжатием.
За счет временного подпирания или закрепления сводов (20, 22 и 27) металлическими колоннами (15) на щелевых фундаментах ("бареттах") или свайных фундаментах (14) шелыги сводов (20, 22 и 27) не имеют возможности получения линейных вертикальных перемещений (осадок) после снятия унифицированной опалубки (18) под воздействием собственного веса раньше момента приложения боковых нагрузок. В противном случае своды (20, 22 и 27), незагруженные внешними боковыми нагрузками, получили бы существенные осадки под воздействием собственного веса и за счет обмятая гидроизоляции (37) "стен в грунте" (13), создающие увеличенные эксцентриситеты приложения продольных нормальных сжимающих усилий (N) при загружении боковыми нагрузками и, следовательно, дополнительные изгибающие усилия (моменты М) в шелыгах.
При открытом способе строительства в процессе поярусного демонтажа временной металлической распорной крепи (46) над нижележащими возведенными сводами (сначала 27, затем 22) и обратной засыпке свода-покрытия (20) происходит ограниченная деформация внешних "стен в грунте" (13) внутрь котлована с обмятием гидроизоляции (37) стен и передачей через развитые опорные пяты (27а, 22а, 20в) боковых нагрузок (от давления грунта, гидростатического давления, временных и кратковременных строительных нагрузок и т.д.) на своды (27, 22 и 20). В результате в сводах (20, 22 и 27) возникают изгибающие усилия (моменты М) с внецентренным сжатием.
За счет временного подпирания сводов (27 и 22) металлическими подпирающими стойками (51, 53) шелыги сводов (27 и 22) не имеют возможности получения линейных вертикальных перемещений (осадок) после снятия унифицированных по геометрии опалубок (50 и 52) под воздействием собственного веса раньше момента приложения боковых нагрузок. В противном случае своды (27 и 22), незагруженные внешними боковыми нагрузками, получили бы существенные осадки под воздействием собственного веса и за счет обмятая гидроизоляции (37) "стен в грунте" (13), создающие увеличенные эксцентриситеты приложения продольных нормальных сжимающих усилий (N) при загружении боковыми нагрузками и, следовательно, дополнительные изгибающие усилия (моменты М) в шелыгах.
5. Пример реализации.
В зависимости от условий и целесообразности односводчатая многоуровневая станция метрополитена может возводиться полузакрытым (фиг.2-17) или открытым (фиг.18-36) способами.
Возведение односводчатой многоуровневой станции метрополитена при любом нижеописанном способе строительства начинают с подготовительных работ, включающих вынос инженерных коммуникаций, пересадку деревьев и снос строений, попадающих в зону строительных работ, далее выполняют планировочную срезку грунта или открытую экскавацию 1-го яруса котлована, на дне (11) которого устраивают временную рабочую платформу (12) для выполнения последующих работ.
С уровня рабочей платформы при полузакрытом способе строительства станции выполняют внешние стены (13) в грунтовых выемках методом "стена в грунте" ("стены в грунте") и временные металлические колонны (15) на щелевых фундаментах (14, бареттах) или свайных фундаментах.
Далее осуществляют разработку грунта в вертикальной грунтовой выработке (котловане) 2-го яруса, возводят свод-покрытие (20) и поярусно разрабатывают котлован 3-го и 4-го ярусов одинаковой высоты, чередуя эту разработку с возведением верхнего свода-перекрытия (22) и нижнего свода-перекрытия (27) с помощью унифицированной (по геометрии всех сводов) опалубки, опирающейся на подготовленные грунтовые основания.
Свод-покрытие (20) и верхний свод-перекрытие (22) в процессе поярусной разработки грунта в котловане подпираются, а нижний свод-перекрытие (27) закрепляется временными металлическими колоннами (15) на щелевых фундаментах (14, бареттах) или свайных фундаментах. Срезка подпирающих и закрепляющих временных металлических колонн (15) производится поэтажно для каждого вышерасположенного свода после возведения нижерасположенного, а для нижнего свода-перекрытия (27) - после возведения фундаментной плиты (36) и прижимных стен (38).
Возведению каждого из сводов (20, 22 и 27) предшествует гидроизоляция (37) "стен в грунте" (13) в зонах нижних опорных пят (20в, 22а, 27а) и опорных штраб (13а).
Под защитой вышерасположенных сводов (20, 22 и 27) разрабатывается котлован 5÷8 ярусов с чередованием с установкой трех ярусов временных грунтовых буроинъекционных анкеров (29).
Затем выполняется гидроизоляция (35) и возведение фундаментной плиты (36), далее выполняется гидроизоляция (37) "стен в грунте" (13) на - 3-ем и - 4-ом этажах, возводятся прижимные стены (38). После возведения фундаментной плиты (36) и до выполнения поэтажной (сначала на - 4-ом, затем на - 3-ем этажах) гидроизоляции (37) "стен в грунте" (13) и возведения прижимных стен (38), срезаются и исключаются из работы временные грунтовые буроинъекционные анкеры (29).
На завершающем этапе строительства станции через станцию по направляющему желобу (36а) в фундаментной плите (36) перемещается ТПМК (39), использовавшийся при сооружении предшествующего перегонного тоннеля (4а) для сооружения последующего, затем возводятся стены (40) - 4-го этажа, перекрытие (41) - 4-го этажа, стены (40) - 3-его этажа и перекрытия (43) боковых пассажирских платформ.
Полузакрытый способ возведения односводчатой многоуровневой станции метрополитена приводится на фиг.2-17 и отображается Стадиями 1-16.
На Стадии 1 (фиг.2) с уровня рабочей платформы (12) возводятся в грунтовых выемках внешние стены методом "стена в грунте" (13) и промежуточные временные металлические колонны (15) на щелевых фундаментах (бареттах) или свайных фундаментах.
На Стадии 2 (фиг.3) выполняется открытая экскавация 2-го яруса котлована, а также подготовка грунтового основания (16) для возведения свода-покрытия (20) заключающаяся во втрамбовывании в дно котлована (11) щебня твердых пород и укладки по нему слоя низкомарочного бетона требуемой толщины.
На Стадии 3 (фиг.4) выполняется устройство гидроизоляции (37) "стен в грунте" (13) на - 1-ом этаже, возводится свод-покрытие (20) с помощью унифицированной опалубки (18), опирающейся на подготовленное грунтовое основание 2-го яруса экскавации (16) и формирующей внутренний унифицированный (первичный, т.е. до осадки) опалубочный контур (19) свода-покрытия (20). При этом свод-покрытие (20) посредством верхних опорных пят (20а) с помощью арматурных выпусков жестко соединяется со "стенами в грунте" (13), а нижние опорные пяты (20в) свода слоем гидроизоляции (37) стен отделяются от "стен в грунте" (13). Для регулирования напряженно-деформированного состояния свода-покрытия (20) в шелыге свод подпирается временными металлическими колоннами (15), устраиваемыми в грунтовых выемках на щелевых фундаментах (14, бареттах) или свайных фундаментах. Узел опирания (17) свода-покрытия (20) на временную металлическую колонну (15) выполняется шарнирным.
На Стадии 4 (фиг.5) снимается унифицированная опалубка (18), готовый свод-покрытие (20) получает первичный унифицированный для всех сводов внутренний опалубочный контур (19), изменению которого за счет деформации препятствуют временные металлические подпирающие колонны (15) посредством шарнирных узлов (17). Выполняется экскавация 3-го яруса котлована под защитой свода-покрытия (20), а также подготовка грунтового основания 3-го яруса экскавации (21) для возведения верхнего свода-перекрытия (22). Подготовка грунтового основания 3-го яруса экскавации производится аналогичным 2-ому ярусу образом. Во время экскавации 3-го яруса происходит ограниченная деформация "стен в грунте" (13) внутрь котлована, обжатие свода-покрытия (20) с помощью верхних пят (20а) и нижних пят (20в) и возникновения в нем напряжений без осадок в шелыге. Временным подпиранием свода-покрытия (20) с помощью металлических подпирающих колонн (15) с шарнирными узлами (17) осуществляется регулирование его напряженно-деформированного состояния.
На Стадии 5 (фиг.6) выполняется устройство гидроизоляции (37) "стен в грунте" (13) на - 2 этаже, возводится верхний свод-перекрытие (22) с помощью унифицированной опалубки (18), опирающейся на подготовленное грунтовое основание 3-го яруса экскавации (21) и формирующей внутренний унифицированный (первичный, т.е. до осадки) опалубочный контур (19) верхнего свода-перекрытия (22). Далее возводятся прижимные стены (23) на - 1-ом этаже, связывающие посредством арматурных выпусков свод-покрытие (20) и верхний свод-перекрытие (22) шарнирно. При этом верхний свод-перекрытие (22) с помощью опорных штраб (13а) шарнирно опирается через слой гидроизоляции (37) на "стены в грунте" (13), а нижние опорные пяты (22а) свода слоем гидроизоляции (37) стен отделяются от "стен в грунте" (13). Для регулирования напряженно-деформированного состояния верхнего свода-перекрытия (22) в шелыге свод подпирается временными металлическими колоннами (15), устраиваемыми в грунтовых выемках на щелевых фундаментах (14, бареттах) или свайных фундаментах. Узел опирания (17) верхнего свода-перекрытия (22) на временную металлическую колонну (15) выполняется шарнирным. Далее на - 1-ом этаже удаляются (срезаются) части металлических колонн (15), временно подпиравших свод-покрытие (20) на предыдущих Стадиях 4 и 5, по верху свода-покрытия (20) выполняется гидроизоляция (24), производится обратная засыпка (25) дренирующим грунтом. При этом свод-покрытие (20) получает деформации и приобретает вторичный (деформированный) опалубочный контур (19а).
На Стадии 6 (фиг.7) снимается унифицированная опалубка (18), готовый верхний свод-перекрытие (22) получает первичный унифицированный для всех сводов внутренний опалубочный контур (19), изменению которого за счет деформации препятствуют временные металлические подпирающие колонны (15) посредством шарнирных узлов (17). Выполняется экскавация 4-го яруса котлована под защитой верхнего свода-перекрытия (22), а также подготовка грунтового основания 4-го яруса экскавации (26) для возведения нижнего свода-перекрытия (27). Подготовка грунтового основания 4-го яруса экскавации производится аналогичным 2-ому ярусу образом. Во время экскавации 4-го яруса происходит ограниченная деформация "стен в грунте" (13) внутрь котлована, обжатие верхнего свода-перекрытия (22) с помощью пят (22а) и возникновения в нем напряжений без осадок в шелыге. Временным подпиранием верхнего свода-перекрытия (22) с помощью металлических подпирающих колонн (15) с шарнирными узлами (17) осуществляется регулирование его напряженно-деформированного состояния.
На Стадии 7 (фиг.8) выполняется устройство гидроизоляции (37) "стен в грунте" (13) на - 3 этаже, возводится нижний свод-перекрытие (27) с помощью унифицированной опалубки (18), опирающейся на подготовленное грунтовое основание 4-го яруса экскавации (26) и формирующей внутренний унифицированный (первичный, т.е. до деформации) опалубочный контур (19) нижнего свода-перекрытия (27). При этом нижний свод-перекрытие (27) с помощью опорных штраб (13а) шарнирно опирается через слой гидроизоляции (37) на "стены в грунте" (13), а нижние опорные пяты (27а) свода слоем гидроизоляции (37) стен отделяются от "стен в грунте" (13). Для регулирования напряженно-деформированного состояния нижнего свода-перекрытия (27) в шелыге свод подпирается временными металлическими колоннами (15), устраиваемыми в грунтовых выемках на щелевых фундаментах (14, бареттах) или свайных фундаментах. Узел опирания (17) нижнего свода-перекрытия (27) на временную металлическую колонну (15) выполняется шарнирным. Далее на - 2-ом этаже удаляются (срезаются) части металлических колонн (15), временно подпиравших верхний свод-перекрытие (22) на предыдущих Стадиях 5 и 6. При этом верхний свод-перекрытие (22) получает деформации и приобретает вторичный (деформированный) опалубочный контур (19в).
На Стадии 8 (фиг.9) снимается унифицированная опалубка (18), готовый нижний свод-перекрытие (27) получает первичный унифицированный для всех сводов внутренний опалубочный контур (19), изменению которого за счет деформации препятствуют временные металлические подпирающие колонны (15) посредством шарнирных узлов (17). Выполняется экскавация 5-го яруса котлована (28) под защитой нижнего свода-перекрытия (27), а также установка верхнего яруса временных грунтовых буроинъекционных анкеров (29). Во время экскавации 5-го яруса начинается ограниченная деформация "стен в грунте" (13) внутрь котлована, обжатие нижнего свода-перекрытия (27) с помощью пят (27а) и возникновения в нем напряжений без выпора в шелыге. Временным закреплением нижнего свода-перекрытия (27) с помощью металлических подпирающих колонн (15) с шарнирными узлами (31) начинается регулирование его напряженно-деформированного состояния.
Для предотвращения явления выпора нижнего свода-перекрытия (27) и потери им устойчивости в процессе экскавации последующих ярусов котлована в шелыге этот свод закрепляется сверху шарнирными узлами (31) закрепления нижнего свода-перекрытия (27) на временных металлических колоннах (15).
На Стадии 9 (фиг.10) выполняется экскавация 6-го яруса котлована (30) под защитой нижнего свода-перекрытия (27), а также установка среднего яруса временных грунтовых буроинъекционных анкеров (29). Во время экскавации 6-го яруса продолжается ограниченная деформация "стен в грунте" (13) внутрь котлована, обжатие нижнего свода-перекрытия (27) с помощью пят (27а) и возникновение в нем дополнительных напряжений без выпора в шелыге. Временным закреплением нижнего свода-перекрытия (27) с помощью металлических подпирающих колонн (15) с шарнирными узлами (31) продолжается регулирование его напряженно-деформированного состояния.
На Стадии 10 (фиг.11) выполняется экскавация 7-го яруса котлована (32) под защитой нижнего свода-перекрытия (27), а также установка нижнего яруса временных грунтовых буроинъекционных анкеров (29). Во время экскавации 7-го яруса продолжается ограниченная деформация "стен в грунте" (13) внутрь котлована, обжатие нижнего свода-перекрытия (27) с помощью пят (27а) и возникновение в нем дополнительных напряжений без выпора в шелыге. Временным закреплением нижнего свода-перекрытия (27) с помощью металлических подпирающих колонн (15) с шарнирными узлами (31) продолжается регулирование его напряженно-деформированного состояния.
На Стадии 11 (фиг.12) выполняется экскавация 8-го яруса котлована (33) под защитой нижнего свода-перекрытия (27), а также устройство опорных консолей (34) для опирания фундаментной плиты (36). Во время экскавации 8-го яруса завершается ограниченная деформация "стен в грунте" (13) внутрь котлована, обжатие нижнего свода-перекрытия (27) с помощью пят (27а) и возникновение в нем дополнительных напряжений без выпора в шелыге. Временным закреплением нижнего свода-перекрытия (27) с помощью металлических подпирающих колонн (15) с шарнирными узлами (31) завершается регулирование его напряженно-деформированного состояния.
На Стадии 12 (фиг.13) выполняется бетонная подготовка и гидроизоляция (35) фундаментной плиты (36), затем возводится фундаментная плита (36) с направляющим желобом (36а) для перемещения ТПМК через станцию. Путем срезки головной части исключаются из работы временные грунтовые буроинъекционные анкеры (29) нижнего яруса.
На Стадии 13 (фиг.14) путем срезки головной части исключаются из работы временные грунтовые буроинъекционные анкеры (29) среднего яруса, выполняется гидроизоляция (37) стен, возводятся прижимные стены (38) на - 4-ом этаже с арматурными выпусками (38а) для перекрытия - 4го этажа (41).
На Стадии 14 (фиг.15) путем срезки головной части исключаются из работы временные грунтовые буроинъекционные анкеры (29) верхнего яруса, выполняется гидроизоляция (37) стен, возводятся прижимные стены (38) на - 3-ем этаже, окончательно удаляются (срезаются) металлические колонны (15), временно закреплявшие нижний свод-перекрытие (27) на предыдущих Стадиях 7-14. При этом нижний свод-перекрытие (27) деформируется и приобретает вторичный (деформированный) опалубочный контур (19с). По направляющему желобу (36а) в фундаментной плите (36) перемещается ТПМК (39) через станцию для продолжения проходки тоннеля (4а).
На Стадии 15 (фиг.16) возводятся стены - 4-го этажа (40) и перекрытие (41) над ним. Внутренний контур проема (42) в торцевой "стене в грунте" после вывода ТПМК на станцию имеет округлое очертание.
На Стадии 16 (фиг.17) возводятся стены - 3-го этажа (40) и перекрытия (43) боковых пассажирских платформ. Возводятся торцевые прижимные стены (38) гидроизоляции (37), контур проема (44) в торцевой прижимной стене (38) гидроизоляции (37) принимает требуемую форму. Производится отделка станции метрополитена и оснащение оборудованием с последующей приемкой в эксплуатацию.
С уровня рабочей платформы при открытом способе строительства сводчатой многоуровневой станции выполняют внешние стены (13) в грунтовых выемках методом "стена в грунте" ("стены в грунте").
Далее осуществляют разработку грунта в вертикальной грунтовой выработке (котловане) 2-го яруса и последующих с - 3-го по 8-ой ярусы, чередуя ее с установкой временной металлической распорной крепи (46) и временных грунтовых буроинъекционных анкеров, выполняют опорные консоли (34) и возводят фундаментную плиту (36), прижимные стены (38), нижний свод-перекрытие (27), затем верхний свод-перекрытие (22) и свод-покрытие (20) с помощью инвентарной передвижной опалубки (50) и унифицированной опалубки (52) для возведения верхнего свода-перекрытия (22) и аналогичной опалубки (54) для возведения свода-покрытия (20). Все опалубки (50, 52 и 54) унифицированы по геометрии сводов. При этом инвентарная передвижная опалубка (50) опирается на фундаментную плиту (36), а унифицированные опалубки (52, 54) для возведения верхнего свода-перекрытия (22) и свода-покрытия (20) опираются на нижерасположенный возведенный ранее свод, временно подпираемый подпирающими стойками (51, затем 53).
Возведению нижнего свода-перекрытия (27) предшествует гидроизоляция (35) и возведение фундаментной плиты (36), гидроизоляция (37) "стен в грунте" (13) и в зонах нижних опорных пят (27а) и опорных штраб (13а), также возведение прижимных стен (38).
Возведению верхнего свода-перекрытия (22) также предшествует гидроизоляция (37) "стен в грунте" (13) и в зонах нижних опорных пят (22а) и опорных штраб (13а). Возведению свода-покрытия (20) предшествует гидроизоляция (37) "стен в грунте" (13) и в зонах нижних опорных пят (20а) и опорных штраб (13а), также возведение прижимных стен (23).
На завершающем этапе строительства станции через станцию по направляющему желобу (36а) в фундаментной плите (36) перемещается ТПМК (39), использовавшийся при сооружении предшествующего перегонного тоннеля (4а) для сооружения последующего, затем возводятся стены (40) - 4-го этажа, перекрытие (41) - 4-го этажа, стены (40) - 3-его этажа и перекрытия (43) боковых пассажирских платформ.
Открытый способ возведения односводчатой многоуровневой станции метрополитена приводится на фиг.18-36 и отображается Стадиями 1а-16а.
На Стадии 1а (фиг.18) с уровня рабочей платформы (12) возводятся в грунтовых выемках внешние стены методом "стена в грунте" (13).
На Стадии 2а (фиг.19) возводятся монолитные ж.б. обвязочные балки (45) по верху "стен в грунте" (13), выполняется экскавация 2-го яруса котлована (47) и устанавливается верхний ярус временной металлической распорной крепи (46).
На Стадии 3а (фиг.20) выполняется экскавация 3-го яруса котлована (48) под защитой верхнего яруса временной металлической распорной крепи (46).
На Стадии 4а (фиг.21) устанавливается средний ярус временной металлической распорной крепи (46).
На Стадии 5а (фиг.22) выполняется экскавация 4-го яруса котлована (49) под защитой среднего яруса временной металлической распорной крепи (46).
На Стадии 6а (фиг.23) устанавливается нижний ярус временной металлической распорной крепи (46).
На Стадии 7а (фиг.24) выполняется экскавация 5-го яруса котлована (28) под защитой среднего яруса временной металлической распорной крепи (46) и установка верхнего яруса временных грунтовых буроинъекционных анкеров (29).
На Стадии 8а (фиг.25) выполняется экскавация 6-го яруса котлована (30) под защитой среднего яруса временной металлической распорной крепи (46) и верхнего яруса временных грунтовых буроинъекционных анкеров (29). Устанавливается средний ярус временных грунтовых буроинъекционных анкеров (29).
На Стадии 9а (фиг.26) выполняется экскавация 7-го яруса котлована (32) под защитой среднего яруса временной металлической распорной крепи (46), верхнего и среднего ярусов временных грунтовых буроинъекционных анкеров (29). Устанавливается нижний ярус временных грунтовых буроинъекционных анкеров (29).
На Стадии 10а (фиг.27) выполняется экскавация 8-го яруса котлована (33) под защитой трех ярусов временной металлической распорной крепи (46) и трех ярусов временных грунтовых буроинъекционных анкеров (29). Выполняется устройство опорных консолей (34) для опирания фундаментной плиты (36).
На Стадии 11а (фиг.28) выполняется бетонная подготовка и гидроизоляция (35) фундаментной плиты (36), затем возводится фундаментная плита (36) с направляющим желобом (36а) для перемещения ТПМК через станцию. Путем срезки головной части исключаются из работы временные грунтовые буроинъекционные анкеры (29) нижнего яруса.
На Стадии 12а (фиг.29) путем срезки головной части исключаются из работы временные грунтовые буроинъекционные анкеры (29) нижнего и среднего ярусов, выполняется гидроизоляция (37) стен и возводятся прижимные стены (38) на - 4-ом этаже с арматурными выпусками (38а) для перекрытия - 4го этажа (41).
На Стадии 13а (фиг.30) путем срезки головной части исключаются из работы временные грунтовые буроинъекционные анкеры (29) верхнего яруса, выполняется гидроизоляция (37) стен, возводятся прижимные стены (38) на - 3-ем этаже, демонтируется нижний ярус временной металлической распорной крепи (46). Далее с помощью инвентарной передвижной опалубки (50), опирающейся на фундаментную плиту (36) возводится нижний свод-перекрытие (27), формирующей внутренний унифицированный (первичный, т.е. до деформации) опалубочный контур (19) нижнего свода-перекрытия (27). При этом нижний свод-перекрытие (27) с помощью опорных штраб (13а) шарнирно опирается через слой гидроизоляции (37) на "стены в грунте" (13), а нижние опорные пяты (27а) свода слоем гидроизоляции (37) стен отделяются от "стен в грунте" (13).
На Стадии 14а (фиг.31) для регулирования напряженно-деформированного состояния нижнего свода-перекрытия (27) в процессе передвижки опалубки (50) устанавливаются подпирающие свод временные металлические стойки (51), опирающиеся на фундаментную плиту (36). Далее демонтируется средний ярус временной металлической распорной крепи (46). Во время демонтажа среднего яруса временной металлической распорной крепи (46) начинается ограниченная деформация "стен в грунте" (13) внутрь котлована, обжатие нижнего свода-перекрытия (27) и возникновения в нем напряжений без осадок в шелыге. Временным подпиранием нижнего свода-перекрытия (27) с помощью металлических подпирающих стоек (51) осуществляется регулирование его напряженно-деформированного состояния.
На Стадии 15а (фиг.32) выполняется устройство гидроизоляции (37) "стен в грунте" (13) на - 2-ом этаже, возводится верхний свод-перекрытие (22) с помощью унифицированной опалубки (52), опирающейся на нижний свод-перекрытие (27) и формирующей внутренний унифицированный (первичный, т.е. до деформации) опалубочный контур (19) верхнего свода-перекрытия (22). При этом нижний свод-перекрытие (27) подпирается временными металлическими стойками (51) для регулирования его напряженно-деформированного состояния. С помощью опорных штраб (13а) шарнирно через слой гидроизоляции (37) верхний свод-перекрытие (22) опирается на "стены в грунте" (13) и посредством опорных пят (22а) шарнирно на нижний свод-перекрытие (27).
На Стадии 16а (фиг.33) для регулирования напряженно-деформированного состояния верхнего свода-перекрытия (22) в процессе демонтажа унифицированной опалубки (52) устанавливаются подпирающие свод временные металлические стойки (53), опирающиеся на нижний свод-перекрытие (27). Далее демонтируется верхний ярус временной металлической распорной крепи (46). Во время демонтажа верхнего яруса временной металлической распорной крепи (46) начинается ограниченная деформация "стен в грунте" (13) внутрь котлована, обжатие верхнего свода-перекрытия (27) и возникновения в нем напряжений без осадок в шелыге. Временным подпиранием верхнего свода-перекрытия (22) с помощью металлических подпирающих стоек (53) осуществляется регулирование его напряженно-деформированного состояния.
На Стадии 17а (фиг.34) выполняется устройство гидроизоляции (37) "стен в грунте" (13) на - 1-ом этаже, возводится свод-покрытие (20) с помощью унифицированной опалубки (54), опирающейся на верхний свод-перекрытие (22) и формирующей внутренний унифицированный (первичный, т.е. до деформации) опалубочный контур (19) свода-покрытия (20). При этом верхний свод-перекрытие (22) подпирается временными металлическими стойками (53) для регулирования его напряженно-деформированного состояния. Посредством верхних опорных пят (20а) с помощью арматурных выпусков свод-покрытие (20) жестко соединяется со "стенами в грунте" (13) и посредством нижних опорных пят (20в) шарнирно с верхним сводом-перекрытием (22).
На Стадии 18а (фиг.35) демонтируются унифицированная опалубка (54), затем подпирающие верхний свод-перекрытие (22) временные металлические стойки (53), затем подпирающие нижний свод-перекрытие (27) временные металлические стойки (51). При этом свод-покрытие (20), верхний свод-перекрытие (22) и нижний свод-перекрытие (27) получают осадки и приобретают вторичный (деформированный) опалубочный контур (19а, 19в и 19 с соответственно). По направляющему желобу (36а) в фундаментной плите (36) перемещается ТПМК (39) через станцию для продолжения проходки тоннеля (4а).
На Стадии 19а (фиг.36) возводятся стены (40) и перекрытие - 4-го этажа, затем стены (40) и перекрытия (43) боковых пассажирских платформ. Возводятся торцевые прижимные стены (38) гидроизоляции (37), контур проема (44) в торцевой прижимной стене(38) гидроизоляции (37) принимает требуемую форму. Производится гидроизоляция свода-покрытия (20) и обратная засыпка станции дренирующим грунтом (25), затем отделка станции метрополитена и оснащение оборудованием с последующей приемкой в эксплуатацию.
Аналогичным образом полузакрытым или открытым способами возводят односводчатую многоуровневую станцию метрополитена с островной пассажирской платформой и непрерывной проходкой двух однопутных тоннелей (фиг.38) или второго типа и односводчатую многоуровневую станцию метрополитена с островной пассажирской платформой и с прерываемой проходкой тоннелей (фиг.39) с монтажом и демонтажем тоннелепроходческих комплексов или третьего типа.
Таким образом, способ возведения односводчатой многоуровневой станции метрополитена с учетом применения известных из принятого автором за наиболее близкое техническое решение признаков может быть охарактеризован следующей совокупностью признаков:
Осуществляют возведение монолитных или сборно-монолитных железобетонных свода-покрытия (20) и промежуточных сводов-перекрытий (22, 27), опирающихся на внешние стены (13), возводимые способом "стена в грунте", друг на друга и прижимные стены гидроизоляции (23, 38) посредством развитых опорных пят (20в, 22а, 27а), возведение фундаментной плиты (36), внутренних стен (40) и перекрытий (41, 43), (для включения в работу по восприятию нагрузок большепролетного перекрытия) при возведении сводов применяется унифицированная по внутреннему опалубочному контуру опалубка или монтажная тележка, устанавливаемая со строительным подъемом или спуском.
При полузакрытом способе для регулирования напряженно-деформированного состояния сводов (путем ограничения деформаций "стен в грунте" (13) внутрь котлована в процессе строительства с обжатием сводов с помощью развитых пят (20в, 22а, 27а) и возникновением в сводах напряжений до их основных осадок или выпора в шелыге и повышения безопасности строительства свод-покрытие (20) и промежуточные своды-перекрытия (22, 27) временно подпираются или закрепляются с помощью металлических колонн (15) на щелевых фундаментах (14, бареттах) или свайных фундаментах.
При открытом способе для регулирования напряженно-деформированного состояния сводов (путем ограничения деформаций "стен в грунте" (13) внутрь котлована в процессе строительства с обжатием сводов с помощью развитых пят (20в, 22а, 27а) и возникновением в сводах напряжений до их основных осадок в шелыге) и повышения безопасности строительства промежуточные своды-перекрытия (22, 27) и свод-покрытие (20) временно подпирают металлическими стойками (51, 53).
Постоянная конструкция фундаментной плиты используется в качестве ложа для перемещения тоннеле проходческого комплекса (ТПМК) без его монтажа и демонтажа при проходке двухпутного тоннеля и выполняется с направляющим желобом во время строительства станции с боковыми пассажирскими платформами.
Постоянная конструкция фундаментной плиты используется в качестве ложа для перемещения тоннелепроходческих комплексов (ТПМК) без их монтажа и демонтажа при проходке двух однопутных тоннелей и выполняется с направляющими желобами во время строительства станции с островной пассажирской платформой.
Регулирование напряженно-деформированного состояния сводов в процессе возведения односводчатой многоуровневой станции метрополитена отражено на фиг.40-51 на примере верхнего свода-перекрытия (22) и нижнего свода-перекрытия (27) при полузакрытом способе строительства.
На фиг.40, соответствующей Стадии 6 на фиг.7, отражен характер эпюры изгибающих моментов (Эп.М) в верхнем своде-перекрытии (22), временно подпертом с помощью металлических колонн (15) с шарнирными узлами (17). Во время экскавации 4-го яруса под воздействием ограниченной деформации "стен в грунте" (13) внутрь котлована происходит обжатие верхнего свода-перекрытия (22) боковыми нагрузками с помощью пят (22а) и возникновения в нем изгибающих моментов М без осадок в шелыге. При этом собственный вес свода служит пригрузом, существенно уменьшающим величину изгибающих моментов М собственно в своде, что наглядно видно по характеру Эп.М.
На фиг.41 отражен характер эпюры продольных нормальных сжимающих усилий (Эп.N) в верхнем своде-перекрытии (22), соответствующей той же Стадии 6 на фиг.7. Вид этой эпюры подтверждает, что подпирание верхнего свода-перекрытия (22) с помощью металлических колонн (15) с шарнирными узлами (17) на ее характере не отражается.
На фиг.42 отражен характер эпюры линейных вертикальных перемещений (Эп.δ) в верхнем своде-перекрытии (22), соответствующей все той же Стадии 6 на фиг.7. Вид этой эпюры подтверждает, что подпирание верхнего свода-перекрытия (22) с помощью металлических колонн (15) с шарнирными узлами (17) существенно отражается на ее характере и верхний свод-перекрытие (22) в шелыге осадок не получает. Величины же вертикальных деформаций развитых пят (22а) свода под воздействием боковых нагрузок и деформаций собственно верхнего свода-перекрытия (22) под воздействием его собственного веса невелики.
На фиг.43, соответствующей Стадии 8 на фиг.9, отражен характер эпюры изгибающих моментов (Эп.М) в верхнем своде-перекрытии (22) после удаления на -2-ом этаже временных металлических подпирающих колонн (15) и возведения нижнего свода-перекрытия (27), являющегося для верхнего свода-перекрытия (22) своеобразной затяжкой. Вид этой эпюры подтверждает, что за счет регулирования напряженно-деформированного состояния верхнего свода-перекрытия (22), существенно снижается пролетный изгибающий момент М в шелыге, что снижает необходимую толщину и материалоемкость свода.
На фиг.44 отражен характер эпюры продольных нормальных сжимающих усилий (Эп.N) в верхнем своде-перекрытии (22), соответствующей той же Стадии 8 на фиг.9 после удаления на - 2-ом этаже временных металлических подпирающих колонн (15). Вид этой эпюры показывает, что удаление подпиравших верхний свод-перекрытие (22) временных металлических колонн (15) с шарнирными узлами (17) на ее характере не отражается, а рост значений происходит за счет приращения бокового давления после экскавации 5-го яруса котлована (28).
На фиг.45 отражен характер эпюры линейных вертикальных перемещений (Эп.5) в верхнем своде-перекрытии (22), соответствующей все той же Стадии 8 на фиг.9. Вид этой эпюры подтверждает, что за счет регулирования напряженно-деформированного состояния верхнего свода-перекрытия (22) существенно снижаются линейные вертикальные перемещения свода (осадки), особенно в шелыге.
На фиг.46, соответствующей Стадии 11 на фиг.12, отражен характер эпюры изгибающих моментов (Эп.М) в нижнем своде-перекрытии (27), временно закрепленном с помощью металлических колонн (15) с шарнирными узлами (31). Во время экскавации последнего 8-го яруса под воздействием ограниченной деформации "стен в грунте" (13) внутрь котлована завершается обжатие нижнего свода-перекрытия (27) боковыми нагрузками с помощью пят (27а) и возникновения в нем изгибающих моментов М без осадок в шелыге. При этом собственного веса свода недостаточно для пригруза и противодействия выпору и потери устойчивости нижнего свода-перекрытия (27) под воздействием большого бокового давления. Временные металлические колонны (15) с закрепляющими шарнирными узлами (31) на щелевых фундаментах (14, бареттах) или свайных фундаментах позволяют осуществить регулирование напряженно-деформированного состояния или, как анкерные сваи полностью исключают на данной опасной стадии строительства выпоры нижнего свода-перекрытия (27) в шелыге и исключают потерю им устойчивости. Вид этой эпюры показывает, что за счет регулирования напряженно-деформированного состояния нижнего свода-перекрытия (27), существенно снижаются опорные изгибающие моменты М, временно возникает небольшой пролетный изгибающий момент М, подтверждающий работу временных металлических колонн (15) с шарнирными узлами (31) в качестве закрепляющих, удерживающих от потери устойчивости сводом конструкций.
На фиг.47 отражен характер эпюры продольных нормальных сжимающих усилий (Эп.N) в нижнем своде-перекрытии (27), соответствующей той же Стадии 11 на фиг.12 после завершения разработки котлована. Вид этой эпюры подтверждает, что закрепление нижнего свода-перекрытия (27) с помощью металлических колонн (15) с шарнирными узлами (31) на ее характере не отражается, а рост значений происходит за счет приращения бокового давления по мере экскавации с 6-го по 8-ой ярусы котлована.
На фиг.48 отражен характер эпюры линейных вертикальных перемещений (Эп.5) в нижнем своде-перекрытии (27), соответствующей все той же Стадии 11 на фиг.12. Вид этой эпюры подтверждает, что закрепление нижнего свода-перекрытия (27) с помощью металлических колонн (15) с шарнирными узлами (31) существенно отражается на ее характере и нижний свод-перекрытие (27) в шелыге выпора не получает. Величины же вертикальных деформаций развитых пят (27а) свода под воздействием боковых нагрузок и деформаций собственно нижнего свода-перекрытия (27) под воздействием его собственного веса невелики.
На фиг.49, соответствующей Стадии 16 на фиг.17, отражен характер эпюры изгибающих моментов (Эп.М) в нижнем своде-перекрытии (27) после удаления на - 3-ем и - 4-ом этажах временных металлических закрепляющих колонн (15) и завершения строительства станции. Вид этой эпюры подтверждает, что за счет регулирования напряженно-деформированного состояния нижнего свода-перекрытия (27), существенно снижаются как пролетный, так и опорные изгибающие моменты М, что снижает необходимую толщину и материалоемкость свода.
На фиг.50 отражен характер эпюры продольных нормальных сжимающих усилий (Эп.N) в нижнем своде-перекрытии (27), соответствующей той же Стадии 16 на фиг.17 или стадии завершения строительства станции. Вид этой эпюры подтверждает, что закрепление нижнего свода-перекрытия (27) с помощью металлических колонн (15) с шарнирными узлами (31) на ее характере не отражается, а небольшой рост значений происходит за счет исключения из работы временных буроинъекционных анкеров (29), возведения прижимных стен (38) и обратной засыпки (24) свода-покрытия (20).
На фиг.51 отражен характер эпюры линейных вертикальных перемещений (Эп.8) в нижнем своде-перекрытии (27), соответствующей все той же Стадии 16 на фиг.17. Вид этой эпюры подтверждает, что за счет регулирования напряженно-деформированного состояния нижнего свода-перекрытия (27) существенно снижаются линейные вертикальные перемещения свода (выпоры), особенно в шелыге, исключается потеря нижним сводом-перекрытием (27) устойчивости под воздействием больших боковых нагрузок.