ТРЕХСВОДЧАТАЯ СТАНЦИЯ МЕТРОПОЛИТЕНА КОЛОННОГО ТИПА И СПОСОБЫ ЕЕ ВОЗВЕДЕНИЯ (УСТРОЙСТВО И СПОСОБЫ ЮРКЕВИЧА П.Б.)
THREE-ARCHED UNDERGROUND STATION OF COLUMN TYPE AND ITS ERECTION METHODS (YURKEVICH DEVICE AND METHODS)

1. Область техники
Изобретение относится к области строительства тоннелей, в частности к строительству трехсводчатых станций метрополитена колонного типа, в основном глубокого заложения. Возможно сооружение таких станций на мелком заложении полузакрытым и закрытым способами, также при последующем строительстве промежуточных станций метрополитена глубокого и мелкого заложений на новых действующих линиях без нарушения их эксплуатации.
2. Уровень техники
Основным конструктивным элементом трехсводчатой станции метрополитена является станционный тоннель кругового очертания. Различают боковые и средний станционные тоннели. В боковых станционных тоннелях, как правило, размещают пути для движения поездов метрополитена и боковые пассажирские платформы, в среднем - пассажирскую платформу среднего зала.
В зависимости от межосевых расстояний, принятых между боковыми и средним станционным тоннелями, взаимного положения станционных тоннелей по отношению к друг другу, а также способа формирования соединительных проходов между ними, различают станции метрополитена пилонного и колонного типа.
Известна трехсводчатая станция метрополитена пилонного типа, включающая два боковых станционных тоннеля, диаметр которых определяется из условий размещения в них как путей для движения поездов метрополитена, так и боковых пассажирских платформ, и один средний станционный тоннель для размещения пассажирской платформы среднего зала. Все три станционных тоннеля выполняются в одном уровне и параллельно друг другу не пересекаясь и с промежутками между ними, величина которых зависит от геологических и гидрогеологических условий, также из архитектурно-планировочных предпочтений. Трехсводчатые станции пилонного типа выполняются в обделке из чугунных тюбингов или из сборных железобетонных блоков равного и/или близкого для боковых и среднего станционных тоннелей диаметра (8,5 м и/или 9,5 м). Промежутки между боковыми и средним станционными тоннелями выполняются величиной от 0,65 м до 3 м в свету.
Для образования проходов между средним и боковыми станционными тоннелями в чугунные обделку боковых тоннелей с одной стороны и в обделку среднего тоннеля с двух сторон в процессе сооружения тоннелей вмонтированы специальные рамы, воспринимающие усилия от размыкаемых в зонах проходов колец обделки. Для трехсводчатых станций из сборных железобетонных блоков специальные рамы выполняются из монолитного железобетона ["Тоннели и метрополитены". Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г., изд. 2-е перераб. и доп. Москва, "Транспорт", 1975 г., стр.418-425].
Благодаря круговому очертанию каждого из боковых и среднего станционных тоннелей, составляющих обделку трехсводчатой станции метрополитена пилонного типа, она хорошо сопротивляется воздействию разнообразных сочетаний горного и гидростатического давлений, поэтому станции этого типа можно возводить в самых разных геологических и гидрогеологических условиях.
Особенностями объемно-планировочного решения трехсводчатых станций метрополитена пилонного типа являются размещение под боковыми пассажирскими платформами кабельных каналов, а под пассажирской платформой среднего зала - части служебных помещений и вентиляционного канала.
Известна система вентиляции трехсводчатой станции метрополитена пилонного типа, включающая подачу свежего воздуха с поверхности земли по вентиляционной шахте под платформу среднего зала, откуда воздух через пространство под боковыми платформами подается на движущиеся поезда метрополитена в боковые станционные тоннели и распределяется ими (летний режим на приток). Для зимнего режима аналогичным образом производится удаление (вытяжка) загрязненного воздуха на станциях. Таким образом, вентиляция всех трех станционных тоннелей оказывается связанной ["Тоннели и метрополитены". Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г., изд. 2-е перераб. и доп. Москва, "Транспорт", 1975 г., стр.473].
Как известно, трехсводчатые станции метрополитена пилонного типа сооружаются горным способом с помощью эректоров или немеханизированных проходческих щитов. Проходка станционных тоннелей в устойчивых прочных породах глухим забоем производится с помощью эректоров буровзрывным способом. Проходка станционных тоннелей в смешанных породах (крепких устойчивых в сочетании с неустойчивыми) производится с помощью немеханизированных проходческих щитов. В случае использования немеханизированных проходческих щитов для возведения трехсводчатых станций пилонного типа требуется предварительное устройство специальных шести монтажно-щитовых и демонтажно-щитовых камер горным способом, поскольку диаметры перегонных тоннелей, связующих станции метрополитена друг с другом и используемых только для движения поездов, значительно меньше диаметров станционных тоннелей, используемых как для движения поездов, так и размещения боковых пассажирских платформ. В случае использования эректорной проходки устройство монтажно-щитовых и демонтажно-щитовых камер не требуется ["Тоннели и метрополитены". Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г., изд. 2-е перераб. и доп. Москва, "Транспорт", 1975 г., стр.508-519].
К ответственным и трудоемким работам при сооружении трехсводчатых станций пилонного типа относится сооружение проходов между боковыми и средним станционными тоннелями.
Недостатками конструктивного решения трехсводчатых станций метрополитена пилонного типа в чугунной тюбинговой обделке являются большое количество типов чугунных тюбингов и болтовых соединений, значительный расход дорогостоящего чугуна, часто не оправданный действующими нагрузками. Недостатками конструктивного решения трехсводчатых станций метрополитена пилонного типа в сборной железобетонной обделке являются необходимость выполнения специальных монолитных железобетонных рам усиления проходов между смежными станционными тоннелями или необходимость предварительного сооружения монолитных железобетонных опорных пилонов в продольных штольнях, также сооружаемых трудоемким горным способом.
Недостатками способа строительства трехсводчатых станций метрополитена пилонного типа являются высокая трудоемкость и продолжительность строительства, низкая механизация горнопроходческих работ при сооружении станционных тоннелей и проходов между ними. К существенному недостатку способа строительства трехсводчатых станций метрополитена пилонного типа относится также повышенное требование по точности возведения станционных тоннелей в пределах проходов, т.к. контуры размыкаемых проемов среднего и боковых станционных тоннелей должны точно совпадать.
Недостатком объемно-планировочного решения трехсводчатых станций метрополитена пилонного типа, являющимся следствием конструктивного решения станций и способа их строительства, служит невысокая эффективность использования горных выработок, в которых размещаются станции. Объем боковых и среднего станционных тоннелей получается завышенным, в то же время разместить основные технологические помещения станции в подплатформенном пространстве не удается (понизительная трансформаторная подстанция и станционная венткамера все равно располагаются в отдельных помещениях в уровне платформы, что увеличивает общую длину станции).
Недостатком принятой системы вентиляции трехсводчатых станций метрополитена пилонного типа является необходимость завышенного объема воздухообмена и невозможность использования локальной вентиляции на станциях. По этой причине в летнее время на многих станциях метрополитена очень душно и поезда метрополитена нового поколения были вынуждены оснастить локальной системой кондиционирования воздуха. Повышенный температурный режим на станциях в этом случае все равно понизить не удается и находится на станциях метрополитена в режиме ожидания поезда некомфортно.
Известна колонная трехсводчатая станция метрополитена без боковых платформ [Патент RU №2410495 (МПК E02D 29/00], включающая средний зал с пассажирской платформой, боковые тоннели перегонного диаметра со стенами-колоннами и опорные элементы с шарнирными соединениями.
Недостатками конструктивного решения трехсводчатых станций метрополитена этого типа являются установка стен-колонн с шагом, который равен шагу дверей в вагонах поезда, и отсутствие затяжек, воспринимающих усилия распора свода среднего станционного тоннеля, что приводит к деформациям обделки станции.
Известна трехсводчатая станция метрополитена колонного типа, включающая два боковых станционных тоннеля, диаметр которых определяется из условий размещения в них как путей для движения поездов метрополитена, так и боковых пассажирских платформ, и один средний станционный тоннель для размещения пассажирской платформы среднего зала. Все три станционных тоннеля выполняются параллельно друг другу и пересекаясь в зонах установки колонн, но боковые и средний тоннели могут располагаться как в одном, так и в разных уровнях. Пролет свода среднего зала определяется исходя из требуемых по интенсивности пассажиропотоков размеров пассажирской платформы, а также из архитектурно-планировочных предпочтений ["Тоннели и метрополитены". Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г., изд. 2-е перераб. и доп. Москва, "Транспорт", 1975 г., стр.425-433].
Трехсводчатые станции колонного типа выполняются в обделке из чугунных тюбингов или из сборных железобетонных блоков равного и/или близкого для боковых и среднего станционных тоннелей диаметра (8,5 м и/или 9,5 м).
В зависимости от особенностей конструкции и технологии возведения трехсводчатые станции метрополитена колонного типа могут иметь цельные колонны или полуколонны, объединяемые в процессе строительства в единые колонны.
Конструкция станции колонного типа, принятая заявителем в качестве наиболее близкого аналога в части устройства, состоит из двух боковых станционных тоннелей кругового очертания с разомкнутыми обделками из чугунных тюбингов, двух продольных аркад из высокопрочной стали, расположенных внутри боковых тоннелей и опирающегося на них через специально предусмотренные фасонные чугунные тюбинги свода среднего тоннеля (зала). Разомкнутые обделки боковых станционных тоннелей замыкаются в среднем тоннеле плоской монолитной железобетонной плитой. Известная трехсводчатая станция метрополитена колонного типа включает боковые станционные тоннели из сборных обделок кругового очертания, средний станционный тоннель с постоянной арочной обделкой свода с затяжкой и плоским лотком, опорные конструкции из колон и внутренних продольных неразрезных перемычек на колоннах, установленных в объеме боковых станционных тоннелей, и пассажирскую платформу ["Тоннели и метрополитены". Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г., изд. 2-е перераб. и доп. Москва, "Транспорт", 1975 г., стр.425-429, рис.444,447].
Для размыкания обделок кругового очертания колонных станций при их сооружении в боковых тоннелях временно устанавливаются чугунные тюбинги или сборные железобетонные блоки, демонтируемые в процессе возведения среднего тоннеля.
В зависимости от геологических и гидрогеологических условий строительства в качестве конструкций, воспринимающих равнодействующие распоров разомкнутых обделок боковых станционных тоннелей и свода среднего тоннеля, могут использоваться монолитные железобетонные плиты и своды, а также металлические прямолинейные и криволинейные балки. Отсутствие вышеупомянутых постоянных дополнительных распорных элементов для разомкнутых сводов боковых и среднего станционных тоннелей характерно лишь для строительства в условиях устойчивых прочных пород.
Особенностями объемно-планировочного решения трехсводчатых станций метрополитена колонного типа, также как и пилонного, являются размещение под боковыми пассажирскими платформами кабельных каналов, а под пассажирской платформой среднего зала - части служебных помещений и вентиляционного канала. Для станций колонного типа с плоским монолитным железобетонным лотком среднего тоннеля вентиляционные каналы и служебные помещения под пассажирской платформой среднего зала не размещаются.
Система вентиляции трехсводчатой станции метрополитена колонного типа полностью аналогична системе вентиляции станции пилонного типа.
Как известно, трехсводчатые станции метрополитена колонного типа, также как и станции пилонного типа, сооружаются горным способом с помощью эректоров или немеханизированных проходческих щитов. Проходка станционных тоннелей в устойчивых крепких породах производится с помощью эректоров буровзрывным способом, проходка станционных тоннелей в смешанных породах немеханизированными щитами и полущитами.
Как и для известных станций пилонного типа, в случае использования немеханизированных проходческих щитов для возведения трехсводчатых станций колонного типа требуется предварительное устройство специальных монтажно-щитовых и демонтажно-щитовых камер горным способом. В случае использования эректорной проходки устройство монтажно-щитовых и демонтажно-щитовых камер не требуется ["Тоннели и метрополитены". Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г., изд. 2-е перераб. и доп. Москва, "Транспорт", 1975 г., стр.519-522].
Известно, что трехсводчатые станции колонного типа возводятся в следующем порядке: параллельная проходка боковых станционных тоннелей с опережением одного из них на 25-30 м и возведением чугунной тюбинговой обделки, возведение в боковых тоннелях внутренних несущих конструкций (монолитных железобетонных лотков и продольных аркад из высокопрочной стали), проходка калотты (верха) среднего тоннеля, разработка ядра и удаление чугунных тюбингов боковых тоннелей в зонах размыкания, разработка штроссы (низа ядра) и бетонирование лотка среднего тоннеля.
В случае применения распорок и затяжек в своде среднего станционного тоннеля их монтаж при работе по этой схеме производят вслед за проходкой полущитом среднего тоннеля с использованием калотты. Во избежание смещения верхних опорных узлов во время разработки породы при строительстве среднего станционного тоннеля, установку временных или постоянных распорок в среднем станционном тоннеле и временных затяжек - в боковых станционных тоннелях следует выполнять быстро и тщательно.
Недостатками конструктивного решения трехсводчатых станций метрополитена колонного типа в чугунной тюбинговой обделке, как и станций пилонного типа, являются большое количество типов чугунных тюбингов и болтовых соединений, значительный расход дорогостоящего чугуна, недостаточная жесткость криволинейных постоянных распорок в средних станционных тоннелях в случаях их использования.
Как и для станций пилонного типа, недостатками способов строительства трехсводчатых станций метрополитена колонного типа являются многоэтапность, высокая трудоемкость и продолжительность строительства, а также низкая механизация горнопроходческих работ при сооружении станционных тоннелей.
Основным недостатком способов строительства трехсводчатых станций метрополитена колонного типа является чрезвычайно высокие требования, предъявляемые по точности монтажа тюбингов сводов трех станционных тоннелей, объединяемых вместе.
Недостатки объемно-планировочных решений трехсводчатых станций метрополитена колонного типа полностью аналогичны недостаткам объемно-планировочных решений трехсводчатых станций пилонного типа.
Недостатки принятой системы вентиляции трехсводчатых станций метрополитена колонного типа также полностью аналогичны недостаткам системы вентиляции трехсводчатых станций пилонного типа.
Известна также трехсводчатая станция метрополитена стенового типа, относящаяся к станциям колонного типа по уровню техники и принятая заявителем в качестве наиболее близкого аналога в части способа строительства, включающая два боковых станционных тоннеля, диаметр которых определяется из условий размещения в них только путей для движения поездов метрополитена без размещения боковых пассажирских платформ, и один средний станционный тоннель для размещения пассажирской платформы. Все три станционных тоннеля выполняются параллельно друг другу и пересекаясь в зонах установки внутренних стен, но боковые и средний тоннели - в разных уровнях. Способ возведения трехсводчатой станции метрополитена включает возведение непрерывной проходкой боковых станционных тоннелей при возведении перегонных тоннелей между станциями, возведение опорных конструкций для возведения среднего станционного тоннеля, состоящих из продольных неразрезных перемычек и стен, возведение среднего станционного тоннеля с постоянной арочной обделкой свода и пассажирской платформой ["Тоннели и метрополитены". Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г., изд. 2-е перераб. и доп. Москва, "Транспорт", 1975 г., стр.431-432, рис.453, 454, стр.523-524, рис.556, 557].
Обделка среднего тоннеля на станции этого типа состоит из верхнего и нижнего сводов, очерченных различными радиусами и собираемых из сборных железобетонных блоков ребристого (верхний свод) и сплошного (нижний - обратный свод) сечений. Обделки боковых станционных тоннелей наружным диаметром 5,5 м из сборных железобетонных блоков ребристого сечения со стороны среднего станционного тоннеля (зала) разомкнуты и опираются на продольные перемычки и стенки, собираемые из чугунных фасонных тюбингов. На эти же перемычки и стенки опираются своды среднего станционного тоннеля.
Особенностями объемно-планировочного решения трехсводчатых станций метрополитена стенового типа служат проемы в несущих внутренних стенах, число и расположение которых совпадают с числом и расположением дверей в вагонах поездов метрополитена. Для образования проемов чугунные стенки, несущие основные нагрузки от горного давления, выполняются в виде рам, состоящих из верхних и нижних перемычек и стоек-простенков между ними.
В каждом проходе устраивают раздвижные двери, изолирующие средний станционный тоннель от боковых станционных тоннелей и открывающиеся только на время стоянки поездов для посадки и высадки пассажиров. Раздвижные двери на роликах перемещаются по консолям платформ и располагаются за простенками со стороны боковых станционных тоннелей. Станция этого типа отличается значительным уменьшением объемов работ по сравнению с другими известными трехсводчатыми станциями пилонного и колонного типов.
Система вентиляции трехсводчатой станции метрополитена стенового типа аналогична системе вентиляции станций пилонного и колонного типов, однако из-за изолированности среднего станционного тоннеля (зала) от боковых станционных тоннелей посредством закрывающихся раздвижных дверей требуется дополнительная отдельная вентиляция среднего зала, что создает более благоприятные комфортные условия для пассажиров.
Известно, что для трехсводчатой станции метрополитена стенового типа, принятой заявителем в качестве наиболее близкого аналога в части способа строительства, боковые станционные тоннели сооружаются методом непрерывной проходки с помощью тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК) совместно с перегонными тоннелями между станциями, поскольку для их сооружения используется сборная железобетонная обделка тоннелей одного диаметра.
Однако из-за того, что принятые для станции этого типа фасонные чугунные тюбинги перемычек значительно выступают за пределы кругового очертания станционных тоннелей, до начала проходки среднего станционного тоннеля приходится производить немеханизированную весьма трудоемкую работу по переборке колец сборной железобетонной обделки с доработкой породы в зонах установки перемычек (демонтажу части сборных железобетонных блоков и замене их на фасонные чугунные тюбинги перемычек). После переборки обделки боковых станционных тоннелей и установки фасонных чугунных тюбингов перемычек с помощью тюбингоукладчика монтируются продольные чугунные стены в виде рам.
Проходка среднего станционного тоннеля при сооружении станции метрополитена данного типа производится с помощью немеханизированного щита, имеющего форму в поперечном сечении двухглавой заклепки. Для запуска такого щита в работу требуется устройство весьма трудоемкой монтажно-щитовой камеры со сводом из монолитного железобетона над средним станционным тоннелем и временной забутовкой участков боковых станционных тоннелей в пределах монтажной камеры. В процессе проходки среднего станционного тоннеля с помощью такого немеханизированного щита требуется усиление боковых станционных тоннелей изнутри временными рамными опорными конструкциями, также устанавливать временные чугунные тюбинги нижнего (обратного) свода и горизонтальные временные металлические распорки в уровнях верхних и нижних чугунных фасонных тюбингов-перемычек (непосредственно у забоя в зоне монтажа обделки) для предотвращения смещений боковых тоннелей во время щитовой проходки среднего тоннеля на полное сечение. Временные чугунные тюбинги обратного свода в последствие заменяются на сборные железобетонные сплошнотелые блоки путем переборки обделки обратного свода.
Недостатками конструктивного решения трехсводчатых станций метрополитена стенового типа в сборной железобетонной обделке являются нестандартная ширина колец обделки боковых станционных тоннелей, подчиненная такому относительно случайному обстоятельству, как расположение дверей в вагонах поездов метрополитена, что не позволяет применять на линии вагоны новой конструкции, форма фасонных чугунных тюбингов перемычек, выступающих за габариты боковых тоннелей, сооружаемых с помощью ТПМК, разнотипность блоков верхнего и нижнего сводов среднего станционного в дополнение к блокам боковых станционных тоннелей. Вследствие упомянутых конструктивных недостатков пропускная способность линии метрополитена снижается на 1-2 пары поездов в сутки при предельной пропускной способности - не более 40 пар поездов в час.
Недостатками способа строительства трехсводчатых станций метрополитена стенового типа являются необходимость устройства трудоемкой монтажно-щитовой камеры для монтажа и запуска немеханизированного щита, необходимость монтажа и демонтажа временных металлических горизонтальных распорок и усиления боковых станционных тоннелей изнутри временными рамными опорными конструкциями в зоне работы щита.
Недостатком способа строительства трехсводчатых станций метрополитена стенового типа является также высокие требования, предъявляемые по точности монтажа сборных железобетонных блоков сводов трех станционных тоннелей, объединяемых вместе.
Недостатком объемно-планировочного решения трехсводчатых станций метрополитена стенового типа, являющимся следствием конструктивного решения станций и способа их строительства, служит невысокая эффективность использования горной выработки среднего станционного тоннеля. Объем среднего станционного тоннеля получается завышенным, в то же время разместить основные технологические помещения станции в подплатформенном пространстве не удается (понизительная трансформаторная подстанция и станционная венткамера все равно располагаются в отдельных помещениях в уровне платформы, что увеличивает общую длину станции).
Недостатки принятой системы вентиляции трехсводчатых станций метрополитена стенового типа аналогичны недостаткам системы вентиляции трехсводчатых станций пилонного и колонного типов. Дополнительно к существующей системе вентиляции через подплатформенное пространство требуется вентиляция пассажирской платформы, изолированной от боковых станционных тоннелей стенами и раздвижными дверями.
Общими недостатками всех известных решений трехсводчатых станций колонного типа, в том числе принятых за прототипы в части устройства и способа строительства, являются: необходимость предварительного сооружения монтажно-щитовых камер, высокие требования по точности возведения боковых и среднего станционных тоннелей по отношению друг к другу из-за необходимости объединения всех трех сводов с помощью болтовых соединений, слабая механизация, высокие трудоемкость, стоимость и продолжительность строительства, невысокая эффективность использования подземного пространства и завышенные строительные объемы, требующие вентиляции, невозможность или сложность организации локальной системы вентиляции и кондиционирования воздуха в пассажирских средних залах станций, преимущества известных устройств и способов возведения трехсводчатых станций метрополитена колонного типа глубокого заложения не могут быть использованы для возведения станций мелкого заложения.
3. Сущность изобретения
3.1. Постановка технической задачи
Техническая задача в части устройства - за счет конструктивных решений снизить требования по точности возведения боковых и среднего тоннелей трехсводчатой станции метрополитена по отношению друг к другу, повысить эффективность использования подземного пространства, уменьшить строительный объем станции, улучшить статическую работу конструкции, создать условия для локальной вентиляции и кондиционирования среднего пассажирского зала, повысить безопасность для пассажиров, разработать универсальную конструкцию станции, применимую на строительстве метрополитенов глубокого и мелкого заложений, а также при последующем строительстве промежуточных станций метрополитена глубокого и мелкого заложений на новых действующих линиях метрополитена без нарушения их эксплуатации.
Техническая задача в части способа - снизить трудоемкость, продолжительность и стоимость строительства станций метрополитена глубокого заложения, повысить механизацию работ, создать возможность использования основных элементов способа при возведении станций метрополитена мелкого заложения закрытым или полузакрытым способами, также при последующем строительстве промежуточных станций метрополитена глубокого и мелкого заложений на новых действующих линиях метрополитена без нарушения их эксплуатации.
3.2. Результат решения технической задачи
Технический результат в части устройства в том, что за счет использования постоянной монолитной железобетонной обделки свода среднего станционного тоннеля снижены требования по точности возведения обделок станционных тоннелей по отношению друг к другу; за счет уменьшения диаметра боковых станционных тоннелей по отношению к среднему станционному тоннелю существенно уменьшен строительный объем станции; за счет использования в среднем станционном тоннеле монолитного железобетонного балочного или кессанированного плоского перекрытия под обделкой свода и над пассажирской платформой размещены вентиляционные и кабельные каналы, что позволило повысить эффективность использования подземного пространства и создать условия для локальной вентиляции и кондиционирования пассажирской платформы, что повышает комфортность условий для пассажиров; за счет использования балочного или кессанированного плоского перекрытия над пассажирской платформой в качестве затяжки для свода среднего станционного тоннеля и распорки для боковых станционных тоннелей улучшена статическая работа конструкции на стадии строительства и эксплуатации; за счет размещения колонн и раздвижных перегородок по краям пассажирской платформы повышена безопасность для пассажиров; за счет разработки универсальной конструкции станции создана возможность ее применения на строительстве метрополитенов глубокого и мелкого заложений, а также при последующем строительстве промежуточных станций метрополитена глубокого и мелкого заложений на новых действующих линиях метрополитена без нарушения их эксплуатации.
Технический результат в части способа в том, что за счет установки в объеме боковых станционных тоннелей уменьшенного диаметра опорных конструкций для свода среднего станционного тоннеля в виде временно металлических колонн и временных металлических стеновых панелей габаритные размеры продольных неразрезных перемычек на колоннах удалось минимизировать и выполнить их внутренними; в свою очередь, использование внутренних продольных неразрезных перемычек позволило возводить боковые станционные тоннели способом непрерывной проходки совместно с перегонными тоннелями между станциями с использованием ТПМК без последующей переборки сборных блоков колец обделок для установки перемычек; во время механизированной разработки породы в калотте при сооружении среднего станционного тоннеля под защитой первичной набрызг-бетонной обделки свода армирующие металлические арки опираются непосредственно на боковые станционные тоннели с опорными конструкциями внутри, поэтому не требуется возведение дополнительных опорных конструкций; после возведения внешних продольных неразрезных опорных балок и постоянной обделки свода среднего станционного тоннеля из монолитного железобетона конструкции балок и собственно свода сами служат внешними перемычками и позволяют безопасно демонтировать опорные временные металлические стеновые панели; за счет установки временно металлических затяжек свода (являющихся одновременно распорками для боковых станционных тоннелей и в дальнейшем - жестким армированием плоского перекрытия) исключается использование временной металлической распорной крепи во время механизированной разработки породы в штроссе; за счет разработки породы в штроссе отступающим порядком под защитой постоянной обделки свода с временно металлическими затяжками создаются условия для параллельного непрерывного возведения монолитных железобетонного лотка, колонн, внутренних продольных неразрезных перемычек на колоннах и плоского перекрытия захватками, аналогичными по длине разработки штроссы и кратными продольному шагу колонн.
В результате вышеперечисленных мер достигается высокая степень механизации работ, существенное снижение трудоемкости, продолжительности и стоимости строительства станций метрополитена глубокого заложения.
Предложен способ, основные элементы которого могут быть использованы на строительстве трехсводчатых станций метрополитена мелкого заложения закрытым или полузакрытым способами, также при последующем строительстве промежуточных станций метрополитена глубокого и мелкого заложений на новых действующих линиях метрополитена без нарушения их эксплуатации.
Перечень фигур чертежей
На фиг.1 представлен поперечный разрез трехсводчатой станции метрополитена колонного типа глубокого заложения, возводимой в устойчивых прочных породах; на фиг.2 - сечение "1-1" на фиг.1 в уровне пассажирской платформы станции метрополитена; на фиг.3-15 - технологическая последовательность возведения трехсводчатой станции метрополитена колонного типа глубокого заложения; на фиг.3 - Стадия 1 - возведение первого бокового станционного тоннеля с помощью тоннелепроходческого механизированного комплекса (ТПМК); на фиг.4 - Стадия 2 - возведение монолитного железобетонного лотка, установка внутренних продольных временно металлических неразрезных перемычек, временно металлических колонн и панелей временных стен в первом боковом станционном тоннеле, возведение второго бокового станционного тоннеля с помощью ТПМК; на фиг.5 - Стадия 3 - возведение монолитного железобетонного лотка, установка внутренних продольных временно металлических неразрезных перемычек, временно металлических колонн и панелей временных стен во втором боковом станционном тоннеле; на фиг.6 - сечение "2-2" на фиг.5 для Стадии 3; на фиг.7 - Стадия 4 - разработка калотты под защитой первичной набрызг-бетонной обделки свода при возведении среднего станционного тоннеля, армирующие металлические арки которой оперты на боковые станционные тоннели; на фиг.8 - Стадия 5 - возведение постоянной монолитной железобетонной арочной обделки свода среднего станционного тоннеля; на фиг.9 - сечение "3-3" на фиг.7 для Стадии 4; на фиг.10 - сечение "4-4" на фиг.8 для Стадии 5; на фиг.11 - Стадия 6 - разработка штроссы под защитой постоянной обделки свода с прямолинейными временно металлическими затяжками из профильной стали, являющимися одновременно распорками для боковых станционных тоннелей; на фиг.12 - Стадия 7 - демонтаж сборных блоков обделок боковых станционных тоннелей в зонах размыкания, демонтаж временных металлических стеновых панелей внутри боковых станционных тоннелей, возведение монолитного железобетонного лотка, обетонирова-ние временно металлических колонн и внутренних продольных неразрезных перемычек, обетонирование прямолинейных временно металлических затяжек свода и возведение плоского перекрытия среднего станционного тоннеля (все работы ведутся параллельно и захватками, кратными шагу колонн); на фиг.13 - сечение "5-5" на фиг.11 для Стадии 6; на фиг.14 - сечение "6-6" на фиг.12 для Стадии 7; на фиг.15 - Стадия 8 - завершение строительства трехсводчатой станции метрополитена колонного типа (отделочные работы и установка раздвижных (светопрозрачных) перегородок на консолях пассажирской платформы); на фиг.16 представлен поперечный разрез трехсводчатой станции метрополитена колонного типа глубокого заложения, возводимой в устойчивых мягких породах под защитой опережающего экрана из забуриваемых металлических труб; на фиг.17 представлен поперечный разрез трехсводчатой станции метрополитена колонного типа мелкого заложения, возводимой полузакрытым способом с закреплением откосов отрываемого открытого котлована временной нагельной и набрызг-бетонной крепью; на фиг.18 представлен поперечный разрез трехсводчатой станции метрополитена колонного типа мелкого заложения, возводимой закрытым способом под защитой опережающего экрана из выполняемых по технологии струйной цементации ("jet-grouting") грунтоцементных колонн, армированных металлическими трубами;
где 1 - боковой станционный тоннель; 2 - средний станционный тоннель; 3 - пассажирская платформа; 4 - кабельный канал; 5 - вентиляционный канал; 6 - монолитная железобетонная колонна; 7 - раздвижная (светопрозрачная) перегородка; 8 - ось бокового станционного тоннеля; 9 - ось пути; 10 - уровень головок рельсов (УГР) на станции; 11 - сборная обделка бокового станционного тоннеля из стандартных блоков; 11а -сборный дополнительный блок типа "а"; 11б - сборный дополнительный блок типа "б"; 11в - сборный дополнительный блок типа "в"; 11г - сборный дополнительный блок типа "г"; 11д - сборный дополнительный блок типа "д"; 12 - монолитный железобетонный лоток бокового станционного тоннеля; 13 - внутренняя продольная (временно металлическая) неразрезная перемычка; 14 - временно металлическая колонна; 15 - временная металлическая стеновая панель; 2а - калотта среднего станционного тоннеля; 16 - армирующие металлические арки (из двутавров) первичной набрызг-бетонной обделки свода; 17 - первичная набрызг-бетонная обделка свода среднего станционного тоннеля; 18 -внешняя продольная (монолитная железобетонная) опорная балка свода среднего станционного тоннеля; 19 - гидроизоляция свода среднего станционного тоннеля; 20 -постоянная (монолитная железобетонная) арочная обделка свода среднего станционного тоннеля; 21 - передвижная металлическая опалубка; 26 - штросса среднего станционного тоннеля; 22 - временно металлические прямолинейные затяжками из профильной стали, являющиеся одновременно распорками для боковых станционных тоннелей; 23 -бетонная подготовка; 24 - гидроизоляция лотка среднего станционного тоннеля; 25 -монолитный железобетонный лоток среднего станционного тоннеля; 26 - монолитное железобетонное балочное или кессонированное плоское перекрытие среднего станционного тоннеля, возведенное путем обетонирования временно металлических затяжек 22; 6 - постоянная монолитная железобетонная колонна, возведенная путем обетонирования временно металлической колонны 14; 27 - монолитные железобетонные внутренние стены-подвески; 28 - внутренняя продольная неразрезная монолитная железобетонная перемычка, возведенная путем обетонирования временно металлической перемычки 13; 29 - путевой бетон; 30 - опережающий (защитный) экран из забуриваемых металлических труб; 31 - дневная поверхность земли; 32 - открытый котлован; 33 - временная нагельная крепь грунтового откоса; 34 - временная набрызг-бетонная крепь грунтового откоса; 35 - обратная засыпка дренирующим грунтом; 36 - опережающий (защитный) экран из секущихся грунтоцементных колонн, выполняемых по технологии струйной цементации ("jet-grouting") и армированных металлическими трубами.
3.3. Отличительные признаки
Трехсводчатая станция метрополитена колонного типа, в отличие от известной, выполнена с опорными конструкциями в виде колонн (6) и внутренних продольных неразрезных перемычек (28) на колоннах, установленных по краям пассажирской платформы (3), снаружи боковых станционных тоннелей (1) установлены внешние продольные неразрезные опорные балки (18).
Постоянная арочная обделка свода (20) среднего станционного тоннеля (1) выполнена из монолитного железобетона, опирается на боковые станционные тоннели (1) через внешние продольные неразрезные опорные балки (18) из монолитного железобетона, в нижней части обделки свода размещено монолитное железобетонное балочное или кессонированное плоское перекрытие (26), связанное с обделкой свода и армированное металлическими прямолинейными затяжками (22) из профильной стали в качестве жесткого армирования и дополнительно стержневой металлической арматурой. Постоянная арочная обделка свода (20) среднего станционного тоннеля (1) может быть выполнена также из сборных железобетонных блоков или чугунных тюбингов или их сочетания с монолитными железобетонными вставками. Внешние продольные неразрезные опорные балки (18) могут быть выполнены также из сборных железобетонных блоков или чугунных тюбингов или их сочетания с монолитными железобетонными вставками.
Колонны (6) станции выполнены монолитными железобетонными с жесткой арматурой в виде металлического балочного, усиленного ребрами жесткости, или трубного стержня (14), или из сборных железобетонных блоков. Станция по краям пассажирской платформы (3) снабжена ограждающими конструкциями в виде раздвижных (светопрозрачных) перегородок (7).
В частности, элементы устройства отличаются от известного технического решения в следующем:
- боковые станционные тоннели (1) выполняются наружным диаметром полностью аналогичным, что и перегонные тоннели, и включают как стандартные сборные железобетонные блоки или чугунные тюбинги (11) обделки, использующиеся для возведения перегонных тоннелей, так и дополнительные серийно изготавливаемые (11а, 11б, 11в, 11г и 11д), не выступающие за круговое очертание стандартных колец обделки;
- дополнительные сборные железобетонные блоки (11б и 11д) обделок боковых станционных тоннелей (1), изготавливаемые для подкрепления верхних и нижних узлов размыкания, включают металлические закладные детали для закрепления к ним нижней и верхней внутренних продольных (временно металлических) неразрезных перемычек (13); в случае использования чугунной тюбинговой обделки блоки типов 11б и 11д изготавливаются в виде фасонных чугунных тюбингов с отверстиями для выполнения болтовых соединений с внутренними продольными неразрезными перемычками (13);
- на период строительства до момента размыкания и возведения монолитного железобетонного лотка (25) среднего станционного тоннеля (2) опорные несущие конструкции внутри боковых станционных тоннелей (1) выполняются металлическими и включают внутренние нижние и верхние продольные неразрезные перемычки (13) и колонны (14), также съемные стеновые панели (15), объединяемые между собой посредством болтовых соединений;
- на период строительства до момента возведения монолитного железобетонного лотка (25) среднего станционного тоннеля (2) монолитная железобетонная арочная обделка свода (20) выполняется с временно металлическими прямолинейными затяжками из профильной стали (22), являющимися распорками для боковых станционных тоннелей (1) одновременно;
- функции основных верхних продольных несущих неразрезных перемычек в обделке станции выполняют внешние продольные неразрезные монолитные железобетонные опорные балки (18) постоянной монолитной железобетонной обделки свода (20) и пространственная оболочка собственно обделки свода (20);
- постоянными колоннами станции служат монолитные железобетонные колонны (6), включающие жесткое армирование в виде временно металлических колонн (14), постоянными верхними внутренними продольными перемычками служат монолитные железобетонные неразрезные перемычки (28), включающие жесткое армирование в виде временно металлических перемычек (13);
- постоянной затяжкой монолитной железобетонной обделки арочного свода (20) среднего станционного тоннеля (2) служит монолитное железобетонное балочное или кессонированное плоское перекрытие (26) пассажирской платформы (3), включающее в качестве жесткого армирования временно металлические прямолинейные затяжки из профильной стали (22) и являющееся постоянной распоркой для боковых станционных тоннелей (1) одновременно;
- монолитные железобетонные внутренние стены-подвески (27) с жестким металлическим армированием позволяют уменьшить свободную длину монолитного железобетонного балочного или кессонированного плоского перекрытия (26) и облегчить его конструкцию;
- трехсводчатая станция колонного типа включает раздвижные светопрозрачные перегородки (7), устанавливаемые по краям пассажирской платформы (3) для обеспечения безопасности пассажиров, кабельные (4) и вентиляционный (5) каналы над пассажирской платформой (3), что обеспечивает удобства вентиляции, создает условия для кондиционирования воздуха на пассажирской платформе (3) с целью повышения комфорта пассажиров;
- конструктивное решение станции универсально и может быть применено для возведения станций глубокого и мелкого заложений, в том числе при последующем строительстве промежуточных станций метрополитена на новых действующих линиях без нарушения их эксплуатации.
В части способа в отличие от известного, опорные конструкции, состоящие из продольных неразрезных перемычек (13, 28), колонн (14, 6) и временных металлических панелей стен (15) возводят в объеме возведенных боковых станционных тоннелей (1), постоянную арочную обделку свода (20) среднего станционного тоннеля (2) возводят по мере разработки породы в калотте (2а) для закрытого способа возведения или в открытом котловане для полузакрытого способа возведения между боковыми станционными тоннелями (1) с опиранием на боковые станционные тоннели через внешние продольные неразрезные опорные балки (18), породу в штроссе (2а) разрабатывают под защитой постоянной арочной обделки свода (20) среднего станционного тоннеля (2) с металлическими прямолинейными затяжками из профильной стали (22) или монолитного железобетонного балочного или кессонированного плоского перекрытия (26), являющимися одновременно распорками для боковых станционных тоннелей (1), и монолитного железобетонного лотка (25), возводимого параллельно с разработкой породы в штроссе (26).
В частности отличия способа от известного технического решения: - опорные конструкции, состоящие из внутренних продольных неразрезных перемычек (13) и колонн (14), выполняют временно металлическими на период возведения постоянной арочной обделки свода (20) среднего станционного тоннеля (2), обетонируют их на завершающей стадии возведения и включают в работу в качестве жесткого армирования постоянных монолитных железобетонных внутренних продольных перемычек (28) и колонн (6) на стадии эксплуатации;
- при закрытом способе возведения постоянной монолитной железобетонной арочной обделки свода (20) среднего станционного тоннеля (2) станции глубокого заложения в устойчивых прочных породах по мере разработки калотты (2а) захватками предварительно выполняют первичную набрызг-бетонную обделку свода (17), армирующие металлические арки (16) которой оперты на боковые станционные тоннели (1), подкрепленные изнутри опорными металлическими конструкциями, постоянную монолитную железобетонную обделку свода (20) возводят с помощью передвижной металлической опалубки (21), опертой на дно разработанной калотты (2а);
- при закрытом способе возведения постоянной монолитной железобетонной арочной обделки свода (20) среднего станционного тоннеля станции (2) глубокого заложения в устойчивых мягких породах по мере разработки калотты (2а) захватками предварительно выполняют защитный экран (30), затем первичную набрызг-бетонную обделку свода (17), армирующие металлические арки (16) которой оперты на боковые станционные тоннели (1), подкрепленные изнутри опорными металлическими конструкциями, постоянную монолитную железобетонную обделку свода (20) возводят с помощью передвижной металлической опалубки (21), опертой на дно разработанной калотты (2а);
- параллельно с разработкой породы в штроссе (2а) над внешними продольными опорными неразрезными балками (18) устанавливают прямолинейные временно металлические затяжки (22) постоянной обделки свода (20) среднего станционного тоннеля (2), являющиеся одновременно распорками для боковых станционных тоннелей (1) и в дальнейшем - жестким армированием балочного или кессонированного плоского перекрытия (26), демонтируют для повторного использования временные металлические стеновые панели (15) при размыкании обделок боковых станционных тоннелей (1), возводят монолитные железобетонный лоток (25), постоянные колонны (6), внутренние продольные неразрезные перемычки (28) и плоское перекрытие над пассажирской платформой (26), причем все перечисленные работы при сооружении среднего станционного тоннеля выполняют захватками, кратными продольному шагу колонн;
- предложенный способ возведения станции метрополитена глубокого заложения с небольшими изменениями применим при возведении станции метрополитена мелкого заложения закрытым и полузакрытым способами.
При закрытом способе возведения в устойчивых прочных породах постоянную арочную обделку свода (20) среднего станционного тоннеля (2) станции глубокого заложения возможно выполнить также из сборных железобетонных блоков и/или из чугунных тюбингов и возвести по мере разработки калотты захватками.
Трехсводчатая станция метрополитена колонного типа устроена следующим образом.
Трехсводчатая станция метрополитена колонного типа (фиг.1, 2) выполнена из параллельных и пересекающихся боковых станционных тоннелей кругового очертания и среднего станционного тоннеля арочного очертания, зоны пересечения которых подкреплены двумя рядами колонн, устанавливаемых в боковых станционных тоннелях по краям пассажирской платформы, устраиваемой непосредственно на лотке среднего станционного тоннеля без устройства подплатформенного пространства. Станция метрополитена оснащена светопрозрачными раздвижными перегородками, обеспечивающими безопасность пассажиров и удобства эксплуатации станции и устанавливаемыми на консолях пассажирской платформы за колоннами, которые не привязаны к положению дверей в вагонах поездов, т.к. расстояния между колоннами в свету вдоль платформы принято с большим запасом по отношению к дверным проемам в вагонах.
Трехсводчатая станция метрополитена колонного типа (фиг.1, 2) включает боковые станционные тоннели (1), средний станционный тоннель (2), пассажирскую платформу (3), кабельные каналы (4) и вентиляционный канал (5) над пассажирской платформой (3), два ряда колонн (6) и светопрозрачные раздвижные перегородки (7), устанавливаемые за колоннами по краю пассажирской платформы (3).
Диаметры боковых станционных тоннелей (1) определены из условий размещения в них путей (9) для движения поездов с учетом возведения их способом непрерывной проходки вместе с перегонными тоннелями между станциями на линии метрополитена. Для обеспечения требуемых габаритов приближения строений, оборудования и подвижного состава метрополитена (ГОСТ 23961-80) оси путей (9) смещены по отношению к осям боковых тоннелей (8) на расчетную величину в противоположные от пассажирской платформы (3) стороны, а уровень головок рельсов (10) расположен ниже уровня пассажирской платформы (3).
Пролет арочного свода среднего станционного тоннеля (2) определен из условия размещения в нем пассажирской платформы (3) требуемого габарита, стрелка подъема свода - из условий размещения над пассажирской платформой кабельных (4) и вентиляционного (5) каналов требуемого поперечного сечения.
Трехсводчатая станция метрополитена колонного типа (фиг.15) выполняются с объединением несущих конструкций двух боковых (1) и одного среднего (2) станционных тоннелей и включает:
- сборную (железобетонную или чугунную тюбинговую) обделку боковых станционных тоннелей (1) как из стандартных блоков (11), так и из серийных дополнительных блоков (11а, 11б и 11д), изготавливаемых для строительства колонной станции метрополитена этого типа;
- монолитные железобетонные лотки (12) внутри боковых станционных тоннелей (1);
- монолитный железобетонный лоток (25) среднего станционного тоннеля
(2);
- монолитные железобетонные колонны (6), возводимые путем омоноличи-вания временно металлических колонн (14, фиг.12) и устанавливаемые по краям пассажирской платформы (3);
- внутренние продольные монолитные железобетонные перемычки (28), возводимые путем омоноличивания внутренних продольных (временно металлических) перемычек (13, фиг.12);
- первичную набрызг-бетонную обделку (17), армированную металлическими арками из двутавров (16);
- внешние продольные монолитные железобетонные опорные балки (18) свода среднего станционного тоннеля (2);
- постоянную монолитную железобетонную арочную обделку свода (20) среднего станционного тоннеля (2);
- монолитное железобетонное балочное или кессонированное плоское перекрытие (26) среднего станционного тоннеля (2), возведенное путем обетонирования временно металлических прямолинейных затяжек из профильной стали (22);
- монолитные железобетонные внутренние стены-подвески (27). Трехсводчатая станция метрополитена колонного типа выполняется с гидроизоляцией (24) лотка (25) и гидроизоляцией (19) постоянной монолитной железобетонной арочной обделки свода (20) среднего станционного тоннеля (2). Гидроизоляция (24) лотка (25) выполняется по бетонной подготовке (23), гидроизоляция (19) обделки арочного свода (20) - по первичной набрызг-бетонной обделке (17). Для гидроизоляции используются мембраны, изготавливаемые из геосинтетических материалов.
Сборные блоки обделок боковых станционных тоннелей (1) могут быть выполнены из железобетона или в виде чугунных тюбингов. Сборные железобетонные блоки обделок изготавливаются из бетона высокой водонепроницаемости. Кольцевые и радиальные стыки блоков в обделках из блоков обоих типов уплотняются герметизирующими прокладками из геосинтетических материалов. Соединение блоков в кольцах, как и между отдельными кольцами, предусмотрено болтовыми.
После проходки боковых станционных тоннелей (1, фиг.3 - первый боковой тоннель; 1, фиг.4 - второй боковой тоннель) сборная обделка тоннелей включает стандартные блоки (11) и серийно изготавливаемые дополнительные блоки (11а, 11б, 11в, 11г и 11д).
За исключением дополнительных блоков типов 11в и 11г, устанавливаемых в зонах последующего размыкания обделки боковых станционных тоннелей (1), все остальные сборные блоки могут устанавливаться с перевязкой радиальных стыков в кольцах вдоль тоннелей. Чередованием установки дополнительных блоков типов 11в и 11г между собой может быть выполнена частичная перевязка радиальных стыков обделки боковых тоннелей (1) в зонах размыкания. Таким образом, достигается повышение пространственной жесткости обделок боковых станционных тоннелей (1). Сборные железобетонные дополнительные блоки типа 11б при изготовлении снабжаются на внутренней лицевой поверхности закладными металлическими деталями, блоки типа 11д - аналогичными закладными деталями, как на внутренней лицевой поверхности, так и на внешней, объединяемыми между собой анкерными устройствами. Все закладные детали выполняются из высокопрочной стали. Сборные дополнительные блоки типов 11б и 11д в виде чугунных тюбингов выполняются фасонными с горизонтальными площадками для опирания внутренних продольных неразрезных перемычек (13) и снабжаются отверстиями для выполнения болтовых соединений.
Способ возведения трехсводчатой станции метрополитена колонного типа на примере реализации.
Способ возведения трехсводчатой станции метрополитена колонного типа относится к закрытым способам (без вскрытия дневной поверхности земли) сооружения станций в основном глубокого заложения, включает непрерывную проходку боковых станционных тоннелей совместно с перегонными, совмещает операции возведения несущих конструкций и разработки горизонтальной горной выработки, позволяет осуществить безопасно строительство станции с высокой степенью механизации работ и минимальными деформациями боковых станционных тоннелей в процессе возведения среднего станционного тоннеля. Основные элементы способа могут быть использованы также при возведении трехсводчатых станций метрополитена мелкого заложения полузакрытым и закрытым способами, а также при последующем строительстве промежуточных станций метрополитена глубокого и мелкого заложений на новых действующих линиях метрополитена без нарушения их эксплуатации.
Возведение трехсводчатой станции метрополитена колонного типа начинают с непрерывной проходки боковых станционных тоннелей (1) после завершения проходки предшествующих на линии метрополитена перегонных тоннелей без демонтажа и нового монтажа, использовавшегося при проходке перегонных тоннелей, ТПМК (тоннелепроходческих механизированных комплексов). После проходки боковых станционных тоннелей (1) также без демонтажа ТПМК начинается проходка последующих за рассматриваемой станцией метрополитена перегонных тоннелей.
Как только проходка последующих перегонных тоннелей на линии метрополитена достигнет перегонной вентиляционной камеры с вентиляционным шахтным стволом, ведущим на поверхность, транспортировка сборных железобетонных блоков или чугунных тюбингов (использующихся для монтажа обделки перегонных тоннелей) и разработанной породы из забоев через пройденные боковые станционные тоннели (1) прекращается. Следом начинаются работы внутри боковых станционных тоннелей (1) по подготовке возведения среднего станционного тоннеля (2).
Подготовительные работы по возведению среднего станционного тоннеля (2) внутри боковых станционных тоннелей (1) включают:
- бетонирование монолитных железобетонных лотков (12);
- монтаж внутренних продольных (временно металлических) неразрезных перемычек (13);
- установку временно металлических колонн (14) и временных металлических стеновых панелей (15).
Возведение среднего станционного тоннеля (2) включает следующие работы:
- разработку калотты (2а) захватками расчетной длины с помощью горнопроходческого комбайна избирательного действия;
- установку металлических арок из двутавров (16) армирования первичной набрызг-бетонной обделки свода (17);
- возведение первичной набрызг-бетонной обделки свода (17);
- бетонирование внешних продольных (монолитных железобетонных) опорных балок (18) свода среднего станционного тоннеля (2);
- гидроизоляцию (19) свода;
- возведение постоянной монолитной железобетонной арочной обделки (20) свода среднего станционного тоннеля (2);
- разработку штроссы (26) захватками, кратными по длине шагу временно металлических колонн (14), с помощью горнопроходческого оборудования с параллельной установкой временно металлических прямолинейных затяжек из профильной стали (22), являющихся одновременно распорками для боковых станционных тоннелей (1);
- демонтаж сборных дополнительных блоков типов 11в и 11г обделок боковых станционных тоннелей (1) в зонах размыкания захватками, кратными по длине шагу временно металлических колонн (14);
- гидроизоляция (24) лотка (25) среднего станционного тоннеля (2) захватками, кратными по длине шагу временно металлических колонн (14);
- демонтаж временных металлических стеновых панелей (15) внутри боковых станционных тоннелей (1) захватками, кратными по длине шагу временно металлических колонн (14);
- возведение монолитного железобетонного лотка (25) захватками кратными по длине шагу временно металлических колонн (14);
- возведение монолитных железобетонных колонн (6) путем обетонирования временно металлических колонн (14) захватками, кратными по длине шагу их шагу;
- возведение внутренних продольных монолитных железобетонных неразрезных перемычек (28) путем обетонирования внутренних временно металлических неразрезных перемычек (13) захватками, кратными по длине шагу колонн (6);
- возведение монолитного железобетонного балочного или кессонированного плоского перекрытия (26) с обетонированием временно металлических прямолинейных затяжек из профильной стали (22) захватками, кратными по длине шагу колонн (6);
- возведение монолитных железобетонных внутренних стен-подвесок;
- отделочные работы, монтаж инженерного оборудования и установка раздвижных светопрозрачных перегородок (7).
Способ возведения трехсводчатой станции метрополитена колонного типа приводится на фиг.3-15 и отображается Стадиями 1-8.
При непрерывной проходке первого бокового станционного тоннеля (1), что отражено на фиг.3 и соответствует Стадии 1 строительства, сборную обделку бокового станционного тоннеля собирают из стандартных блоков (11) и серийно изготавливаемых для строительства колонной станции метрополитена дополнительных блоков (11а, 11б, 11в, 11г и 11д). Стандартные сборные блоки (11) используются также для сооружения перегонных тоннелей.
Из аналогичных стандартных (11) и дополнительных (11а, 11б, 11в, 11г и 11д) сборных блоков возводят второй боковой станционный тоннель (1) способом непрерывной проходки (фиг.4, Стадия 2). На Стадии 2 в завершенном первом боковом станционном тоннеле (1) возводится монолитный железобетонный лоток (12), закрепляемый жестко от сползания к сборному блоку типа 11б. Для сборного железобетонного блока типа 11б закрепление осуществляется посредством электродуговой приварки внутренней (нижней) продольной неразрезной (временно металлической) перемычки, аналогичной внутренней (верхней) продольной (временно металлической) перемычке (13), к металлическим закладным деталям в блоках типа 11б. Поскольку нижние продольные временно металлические перемычки полностью аналогичны верхним (13) на фиг.4 и последующих фиг.5, 7, 8, 11-14 нижние продольные (временно металлические) перемычки условно не показаны. Армирование монолитного железобетонного лотка (12) бокового станционного тоннеля (1) в свою очередь закрепляется к нижней металлической перемычке.
В случае выполнения дополнительных блоков типа 11б в виде чугунных фасонных тюбингов закрепление монолитного железобетонного лотка (12) производится с помощью продольной нижней (временно металлической) неразрезной перемычки, прикрепляемой к блокам типа 11б болтовыми соединениями.
С возведением монолитного железобетонного лотка (12) и обетонированием (нижней) временно металлической перемычки создается надежное опирание временно металлических колонн (14) и временных металлических стеновых панелей (15) на монолитный железобетонный лоток (12) внутри первого бокового станционного тоннеля (1).
Далее посредством приварки электродуговой сваркой к закладным деталям на внутренней лицевой поверхности дополнительных сборных железобетонных блоков обделки типа 11д бокового станционного тоннеля (1) закрепляется внутренняя (верхняя) продольная (временно металлическая) неразрезная перемычка (13), обеспечивающая равномерную передачу горного давления на временно металлические колонны (14) и временные металлические стеновые панели (15). Затем монтируются временно металлические колонны (14) и временные металлические стеновые панели (15).
В случае выполнения дополнительных блоков типа 11д в виде чугунных фасонных тюбингов закрепление внутренней (верхней) продольной (временно металлической) неразрезной перемычки (13) на дополнительных блоках типа 11д выполняется с помощью болтовых соединений.
Узлы соединений временно металлических колонн (14) и временных металлических стеновых панелей (15) с монолитным железобетонным лотком (12) и внутренней продольной (верхней) временно металлической неразрезной перемычкой (13) приняты шарнирными с уменьшенными площадками передачи продольных сжимающих усилий. Временно металлические колонны (14) и временные металлические стеновые панели (15) устанавливаются с зазорами по отношению к монолитному железобетонному лотку (12) и внутренней (верхней) временно металлической перемычке (13). Нижний зазор заливается фибробетоном, верхний - зачеканивается им.
Здесь и далее металлические конструкции подразделяются на временно металлические и временные. Временно металлическиеконструкции являются постоянными в конструкции трехсводчатой колонной станции метрополитена, на соответствующих стадиях строительства обетонируются и служат жестким армированием постоянных несущих монолитных железобетонных конструкций (колонн, внутренних (верхних) перемычек и плоского перекрытия). Временные металлическиеконструкции являются временными и демонтируются на соответствующих стадиях строительства.
На Стадии 3 (фиг.5 и 6) возводится монолитный железобетонный лоток (12), монтируется и закрепляется внутренняя продольная (временно металлическая) неразрезная перемычка (13), монтируются временно металлические колонны (14) и временные металлические стеновые панели (15) внутри второго бокового станционного тоннеля (1). Эти виды работ во втором боковом станционном тоннеле (1) полностью аналогичны работам в первом боковом станционном тоннеле.
Использование временных металлических стеновых панелей (15) для заполнения пространства между временно металлическими колоннами (14) позволяет равномерно распределять горное давление, передаваемое на обделки боковых станционных тоннелей (1) первичной набрызг-бетонной обделкой свода (17) на промежуточных стадиях строительства (Стадии 2-5, фиг.4-10). Временные металлические стеновые панели (15) необходимы до возведения внешних продольных (монолитных железобетонных) опорных балок (18) и постоянной обделки свода (20) среднего станционного тоннеля (2), чтобы существенно уменьшить жесткость внутренних продольных (временно металлических) неразрезных перемычек (13) и ограничить их габариты внутренним контуром стандартной обделки перегонных и станционных тоннелей кругового очертания.
Возведение среднего станционного тоннеля (2) начинают с разработки калотты (2а) под защитой первичной набрызг-бетонной обделки (17), армированной металлическими арками из двутавров (16), что отражено на фиг.7 и 9 (Стадия 4). Разработку породы в забое калотты (2а) ведут наступающим порядком с помощью горнопроходческого комбайна избирательного действия захватками расчетной длины, которые следом временно подкрепляется металлическими арками из двутавров (16). Металлические арки из двутавров (16) шарнирно опираются на сборные блоки типа 11д обделок боковых станционных тоннелей (1), в свою очередь подкрепленные внутренними продольными (временно металлическими) неразрезными перемычками (13), временно металлическими колоннами (14) и временными металлическими стеновыми панелями (15). Сборные железобетонные блоки типа 11д при изготовлении снабжаются закладными металлическими деталями, как на внутренней лицевой поверхности, так и на внешней, объединяемыми между собой анкерными устройствами. Сборные блоки в виде чугунных тюбингов типа 11д изготавливаются фасонными с отверстиями для выполнения болтовых соединений.
Металлические арки из двутавров (16) прикрепляются к металлическим закладным деталям на внешней лицевой поверхности сборных железобетонных блоков типа 11д боковых станционных тоннелей (1) электродуговой сваркой таким образом, чтобы сформировать их шарнирное соединение, не позволяющее вовлекать обделку боковых станционных тоннелей (1) в изгиб при деформации подкрепляющих металлических арок (16). По поверхности обнаженной выработки калотты (2а), временно подкрепленной металлическими арками из двутавров (16) наносится слой набрызг-бетона расчетной толщины, формирующий вместе первичную набрызг-бетонную обделку свода среднего станционного тоннеля (2). При необходимости, кроме подкрепляющих металлических арок из двутавров (16), для повышения устойчивости породного массива может применяться дополнительно анкерная крепь.
При использовании сборных блоков типа 11д в виде чугунных фасонных тюбингов металлические арки из двутавров (16) закрепляются к ним шарнирно с помощью болтовых соединений и привариваемых по месту к металлическим аркам (16) рихтующих опорных уголков.
После стабилизации деформаций первичной набрызг-бетонной обделки свода (17) на Стадии 5 (фиг.8 и 10) бетонируются внешние продольные монолитные железобетонные опорные балки (18) и выполняется гидроизоляция (19) свода среднего станционного тоннеля (2) из геосинтетических мембран. Затем с помощью передвижной металлической опалубки (21) возводится постоянная монолитная железобетонная арочная обделка свода (20) среднего станционного тоннеля (2). Армирование внешних продольных монолитных железобетонных опорных балок (18) постоянной обделки свода (20) закрепляется электросварным способом к металлическим закладным деталям в сборных железобетонных блоках или с помощью болтовых соединений для фасонных чугунных тюбингов типа 11д обделок боковых станционных тоннелей (1).
На Стадии 6 (фиг.11 и 13) после полного завершения проходки калотты (2а) и возведения постоянной монолитной железобетонной арочной обделки свода (20) среднего станционного тоннеля (2) отступающим порядком с помощью горнопроходческого оборудования разрабатывается штросса (26) захватками, кратными по длине шагу временно металлических колонн (14). Параллельно следом устанавливаются временно металлические прямолинейные затяжки из профильной стали (22), являющиеся одновременно распорками для боковых станционных тоннелей (1). Установка временно металлических прямолинейных затяжек/распорок (22) минимизирует деформации сборных обделок боковых станционных тоннелей (1), оголяемых в процессе разработки штроссы (26). Для закрепления временно металлических затяжек/распорок (22) на пятах монолитного железобетонного свода (20) при возведении последнего предусматривается установка специальных металлических закладных деталей.
По мере разработки штроссы (26) на Стадии 7 (фиг.12 и 14) отступающим порядком и захватками, кратными по длине шагу временно металлических колонн (14), производится размыкание сборных обделок боковых станционных тоннелей (1) с демонтажем дополнительных сборных блоков типов 11в и 11г и следом - временных металлических стеновых панелей (15) для повторного их использования.
Сразу же после размыкания сборных обделок боковых станционных тоннелей (1) аналогичными захватками по длине производится гидроизоляция (24) и возведение монолитного железобетонного лотка (25) среднего станционного тоннеля (2), а также укладывается путевой бетон (29) в боковых станционных тоннелях (1). Плоский монолитный железобетонный лоток (25) среднего станционного тоннеля (2), расположенный выше монолитных железобетонных лотков (12) боковых станционных тоннелей (1), исключает их подработку и дополнительно ограничивает деформации обделок боковых станционных тоннелей (1). Монолитный железобетонный лоток (25) среднего станционного тоннеля (2) заходит в оба боковых станционных тоннеля (1) и жестко омоноличивает временно металлические колонны (14), к которым до бетонирования лотка (25) привариваются анкерующие металлические элементы.
Гидроизоляции (24) и возведению монолитного железобетонного лотка (25) предшествует устройство монолитной бетонной подготовки (23). Размыкание обделок боковых станционных тоннелей и демонтаж временных металлических стеновых панелей (15) выполняется только после устройства бетонной подготовки (23).
Параллельно с возведением лотка (25) среднего станционного тоннеля (2) и следом за ним захватками, кратными по длине шагу временно металлических колонн (14), производится возведение монолитных железобетонных постоянных колонн (6) путем омоноличивания временно металлических колонн (14) и монолитных железобетонных внутренних неразрезных перемычек (28) путем омоноличивания временно металлических неразрезных продольных перемычек (13). Параллельно с перечисленными видами работ также возводится монолитное железобетонное балочное или кессонированное плоское перекрытие (26) среднего станционного тоннеля (2) путем омоноличивания временно металлических прямолинейных затяжек из профильной стали (22), являвшихся одновременно распорками для боковых станционных тоннелей (1) на предыдущих стадиях строительства.
Наличие внешних продольных неразрезных монолитных железобетонных опорных балок (18) и собственно постоянной обделки монолитного железобетонного арочного свода (20) в виде пространственной оболочки позволяют полностью заменить работу внутренних продольных (временно металлических) неразрезных перемычек (13) на наиболее ответственной Стадии 7 строительства.
На Стадии 8 (фиг.15) завершается строительство трехсводчатой станции метрополитена колонного типа, выполняются отделочные работы и установка светопрозрачных раздвижных перегородок (7) на консолях пассажирской платформы.
В случае строительства трехсводчатых станций метрополитена рассматриваемого колонного типа глубокого заложения в мягких устойчивых необводненных породах, например в глинах (фиг.16), для обеспечения устойчивости породного массива во время разработки калотты (2а) может применяться опережающий защитный экран из забуриваемых металлических труб (30) в виде "зонтика", выполняемого до разработки последующей захватки калотты (2а) и установки металлических подкрепляющих арок из двутавров (16). Вся остальная последовательность выполнения предшествующих и последующих работ при возведении трехсводчатой станции метрополитена колонного типа полностью сохраняется.
Принципиальные технические решения рассматриваемой трехсводчатой станции колонного типа с небольшими изменениями в технологии строительства могут быть использованы при строительстве станции мелкого заложения полузакрытым способом (фиг.17). Отличия состоят исключительно в последовательности возведения монолитного железобетонного свода (20) среднего станционного тоннеля (2).
Для возведения свода (20) среднего станционного тоннеля (2) после завершения возведения боковых станционных тоннелей (1), монолитных железобетонных лотков (12), монтажа внутренних (временно металлических) неразрезных перемычек (13), временно металлических колонн (14) и временных металлических стеновых панелей (15), над и между боковыми станционными тоннелями (1) производится разработка котлована (32) трапециевидного сечения открытым способом.
Устойчивость откосов в период разработки грунта обеспечивается нагельным (33) и набрызг-бетонным (34) креплением. Монолитный железобетонный свод (20) может возводиться как на передвижной металлической опалубке, опирающейся на промежуточную отметку дна котлована, так и безопалубочным способом. В любом из этих случаев требуется выполнение монолитной бетонной подготовки по грунту. После набора бетоном свода (20) не менее 40% проектной прочности по его внешней поверхности выполняется гидроизоляция (19) и ее защита, а после набора бетоном 100% проектной прочности производится обратная засыпка дренирующим грунтом (35). Дальнейшие работы по возведению трехсводчатой станции метрополитена мелкого заложения полузакрытым способом аналогичны принятым при возведении станции глубокого заложения закрытым способом.
На линиях мелкого заложения, при необходимости, трехсводчатые станции метрополитена рассматриваемого колонного типа могут быть возведены и полностью закрытым способом (фиг.18). Как и при строительстве станций метрополитена глубокого заложения в мягких устойчивых необводненных породах, например в глинах (фиг.16), станции метрополитена мелкого заложения могут быть возведены под защитой опережающего экрана. Отличие состоит в том, что требуется выполнение более надежного и мощного защитного экрана, например, из грунтоцементных колонн (36), устраиваемых по технологии струйной цементации (jet-grouting) и армированных металлическими трубами. В качестве экрана могут быть использованы также залавливаемые металлические трубы или пройденные последовательно микротоннели.
В случае строительства новых линий метрополитена глубокого и мелкого заложений, для которых по условиям сложившейся градостроительной ситуации не требуется на момент пуска в эксплуатацию возводить промежуточные станции, заранее может быть предусмотрено последующее с годами строительство таких станций без нарушения эксплуатации линий. Для этого при строительстве перегонных тоннелей в зоне будущих промежуточных станций сборные обделки следует выполнить с дополнительными блоками типов 11а, 11б, 11в, 11г и 11д, установить нижние продольные временно металлические неразрезные перемычки и забетонировать лотки (12).
В дальнейшем на действующих линиях метрополитена в ночное время будут установлены внутренние (верхние) временно металлические перемычки (13), временно металлические колонны (14) и временные металлические стеновые панели (15). Работы по возведению средних станционных тоннелей (2) на строительстве промежуточных станций глубокого или мелкого заложений выполняются без перерывов в эксплуатации линий вышеописанными закрытыми или полузакрытым способами.