Главная О компании Новости Современные объемно-планировочные решения и геотехнический мониторинг при строительстве Санкт-Петербургского метрополитена
 

Современные объемно-планировочные решения и геотехнический мониторинг при строительстве Санкт-Петербургского метрополитена

М. О. Лебедев, заведующий лабораторией, кандидат технических наук, доцент (ОАО "Ленметрогипротранс")

Д. А. Бойцов, начальник архитектурно-строительного отдела, кандидат архитектуры, доцент (ОАО "Ленметрогипротранс")

 

Санкт-Петербургский метрополитен по праву можно считать одним из символов современного научно-технического потенциала петербургских проектировщиков и строителей. Главной особенностью проектов, реализуемых здесь в настоящее время, является принципиально новый подход к решению архитектурных задач при создании подземных станционных комплексов.

Например, для станционных комплексов мелкого заложения, строящихся на северо-западном участке Невско-Василеостровской линии метро и на юго-восточном продолжении Фрунзенского радиуса в районе Дунайского проспекта, разработаны принципиаль­но новые объемно-планировочные решения и конструктивная схема, позволяющая реализовать максимально свободные и комфортные пространства для пассажиров в уровне подземных вестибюлей и посадочных платформ. Особенностями такой конструктивной схемы является многоярусность сооружения, позволяющая оптимально экс­плуатировать все подземное пространство, а также минимизация несущих опор, стен и колонн в пассажирской зоне.

Также заслуживают внимания подзем­ные вестибюли метрополитена, проекти­руемые и строящиеся в настоящее время в историческом центре Санкт-Петербурга. Их бережная интеграция в подземное пространство на территории сформиро­ванной исторической застройки выпол­няется в непосредственной близости от охраняемых памятников архитектуры и объ­ектов культурно-исторического наследия.

Неотъемлемой частью технологического процесса строительства является геотехни­ческий мониторинг, который позволяет в реальном времени получать информацию о состоянии системы и распределении усилий в проектируемых пространственных кон­струкциях, а также оценивать негативное влияние горных работ на безопасность при строительстве и своевременно предупреждать аварийные ситуации.

Развитие метрополитена глубокого заложения в центральной части Санкт-Петербурга и строительство новых участков метрополитена (но уже мелкого заложения) в спальных районах потребовали внедрения новых технологий, снижающих деформации дневной поверхности.

Особенно актуальны­ми эти требования стали для исторического центра города с наличием большого количе­ства зданий и сооружений, представляющих культурную ценность и являющихся па­мятниками архитектуры. В таких условиях требования нормативных документов по аб­солютным деформациям поверхности земли являются очень жесткими.

Инженерно-геологические условия строительства Санкт-Петербургского ме­трополитена являются весьма сложными. Верхние слои представлены четвертичными водонасыщенными отложениями, грунты совершенно неустойчивы. В этих грунтах располагаются подземные вестибюли и на­клонные тоннели. Ниже четвертичных от­ложений, на глубине 40-60 м находятся кембрийские (протерозойские) глины, в которых располагаются станционные ком­плексы и перегонные тоннели.

За последние два десятка лет были внедрены новые технологии как по onнизании работ, так и по конструктивным решениям крепей и обделок, учитывающие мировой опыт строительства подземных сооружений и разработанные специально для Санкт-Петербургского метрополитена институтом ОАО НИПИИ "Ленметрогипротранс".

Малоосадочные технологии строитель­ства были реализованы при строительстве эскалаторных тоннелей  на станци­ях «Обводный канал», «Адмиралтейская» и «Спасская», которые но классической технологии с замораживанием грунтов вы­зывали наибольшие деформации поверхно­сти. Также они были применены при строи­тельстве горизонтальных тоннелей на юго-восточном продолжении Фрунзенского радиуса.

В Санкт-Петербурге впервые в отече­ственном метростроении был построен двухпутный перегонный тоннель между бу­дущими станциями «Южная» - «Дунайский проспект» - «Проспект Славы» Фрунзен­ского радиуса. Он был создан при помощи тоннелепроходческого механизированного комплекса (ТПМК) с грунтопригрузом, трасса которого прошла в пределах четвер­тичных отложений.

Новые архитектурные формы, как пра­вило, связаны с разработкой конструктив­ных решений, отличных от типовых. Для уточнения расчетных схем и выполнения поверочных расчетов на помощь прихо­дят результаты геотехнического монито­ринга в части определения напряженно- деформированного состояния горных пород, крепей и обделок подземных сооружений.

Наилучшее представление о формирова­нии напряженно-деформированного состоя­ния крепей и обделок позволяет получить комплексное применение датчиков (деформометров) внутри конструкций и измерение Деформаций внутреннего контура начиная с момента их возведения.

На рис. 1 показано оснащение датчиками поперечного сечения станционного узла мелкого заложения, строящегося по новой для Санкт-Петербургского метрополитена технологии: строительство в открытом котловане с возведением постоянных несущих конструкций сверху вниз.

Рис. 1. Схема размещения датчиков в несущих конструкциях станции мелкого заложения:

1- «стена в грунте»; 2 - несущие конструкции; 3 - датчики

Сама технология не нова, по ней уже давно возводятся заглубленные части зданий и сооружений, но с учетом размеров станционного узла (180 м в длину и 40 м в ширину) и проходки двухпутного перегонного тоннеля через тело станции в процесее ее строительства этот пример является уникальным.

Станция колонного типа представляет собой многопролетную рамную монолитную конструкцию: т.е. в одном строительном объеме, ограниченном «стеной в грунте», расположены и платформенная часть станции, а также все технологические помещения, кроме подземных переходов, лестничных спусков и вентиляционных каналов.

Сооружение этого типа станции начи­нается с возведения ограждающих кон­струкций по периметру станционного узла. Ограждающие конструкции соору­жаются методом «стена в грунте». При этом участки «стены в грунте», через кото­рые предполагается проходка тоннеля, выполняются с арматурой из композитных материалов для возможно­сти вырезки указанного участка режущим органом ТПМК.

Внутри ограждающих конструкций со­оружаются два ряда свай-колонн, для чего под защитой обсадной инвентарной трубы бурят­ся скважины диаметром 1 м. В скважины опу­скается арматурный каркас, в который в зоне размещения постоянного участка колонны установлена металлическая труба. Скважина бетонируется, обсадная труба извлекается.

После завершения работ по сооружению ограждающих конструкций и свай-колонн, а также после прохода ТПМК через тело станции производится разработка грунта с последовательным возведением несущих конструкций.

На рис. 2 представлены графики фор­мирования усилий одного из узлов кон­струкции перекрытия, по которым можно проследить все технологические этапы по­следующей разработки грунта на нижних этажах станции и возведения строительных конструкций (рис. 3).

Рис. 2. Характерный график формирования усилий в конструкции перекрытия в сжатой и растянутой зоне бетона

Рис. 3. Возведение несущих конструкций станции мелкого заложения

Для протяженных подземных сооруже­ний, таких, например, как перегонные тон­нели, сопоставление величин напряжений в обделке с деформациями внутреннего контура для конкретного сечения позволя­ет с меньшими затратами оценить несущую способность на остальных участках тоннеля, ограничиваясь только контролем деформа­ций внутреннего контура.

Так, для двухпутного перегонного тон­неля, о котором было упомянуто выше, проведение геотехнического мониторинга позволило назначать наиболее оптималь­ные технологические параметры ведения ТПМК с грунтопригрузом для безаварий­
ной проходки по всей трассе. В зону влия­ния строительства попадали КАД (коль­цевая автодорога), ж/д пути, здания и сооружения, трамвайные пути и автомо­бильные дороги.

Геотехнический мониторинг решал сле­дующие задачи:

-   контроль напряженно-деформирован­ного состояния обделки;

-   прогноз инженерно-геологических и гидрогеологических условий впереди забоя;

-   контроль качества заполнения заобде- лочного пространства;

-   автоматизированный мониторинг де­формаций вмещающего массива;

-   определение фактических деформа­ционно- прочностных свойств вмещающего массива;

-   геодезический контроль деформации поверхности;

-   мониторинг зданий и сооружений в зоне влияния строительства.

Для достоверного и достаточного определения напряженно-деформированного состояния системы «обделка - вмещающий массив» по трассе тоннеля датчики в обделке (рис. 4а) были размещены во всех литологических разностях, пересекаемых тоннелем. Полученные результаты исследований (рис. 4) подтвердили правильность проект­ных решений.

Рис. 4. (а) Схема размещения датчиков в обделке двухпдтного перегонного тоннеля;

(б) характерный график формирования усолов в обделке на внешнем о внутреннем контуре

Рассмотренный метод исследований был реализован при строительстве многих под­земных сооружений с внедрением новых конструктивных, объемно-планировочных и технологических решений. Это строи­тельство наклонных тоннелей Санкт- Петербургского метрополитена при помощи ТПМК: второй вестибюль станции «Спор­тивная»; комбинированная технология за­крепления грунтов и монолитная железобе­тонная обделка наклонного тоннеля станции «Звенигородская»; строительство горизон­тальных выработок с косвенным армиро­ванием лба забоя и внедрением набрызг- бетонных обделок и др.

Результаты исследований напряженно- деформированного состояния системы «обделка - вмещающий массив», выполняе­мых в рамках геотехнического мониторин­га. ложатся в основу поверочных расчетов строительных конструкций для корректи­ровки их геометрических и конструктивных параметров и технологии строительства, а также являются одним из важнейших факторов для снижения строительных рисков и рисков при эксплуатации.

 

 

Опубликовано в журнале "Вестник. Зодчий. 21 век" № 2(59)/2016