Контрфорсные конструкции, возводимые по технологии "стена в грунте" - Строительство тоннелей

При строительстве тоннелей широко используется прогрессивная технология "стена в грунте". Траншейные стены из монолитного, сборного и сборно-монолитного железобетона толщиной 0,5 - 0,8 м и более и глубиной до 25 - 30 м и более могут выполнять функции временного ограждения котлованов, а также входить в состав постоянной конструкции тоннеля, возводимого котлованным или траншейным (полуоткрытым)способом [18].

С применением технологии "стена в грунте" построены многочисленные подземные и заглубленные сооружения в крупнейших городах нашей страны и за рубежом. Ограждающие конструкции, возводимые по технологии "стена в грунте", при глубине котлована до 4 - 5 м могут работать консольно, а при большей глубине требуют усиления в виде распорной или анкерной крепи.

Установка распределительных поясов, расстрелов, раскосов, подкосов и грунтовых анкеров существенно осложняет и удлиняет процесс производства работ и повышает стоимость строительства.

В связи с этим при большой глубине траншейных стен и повышенном боковом давлении грунта весьма эффективно применение контрфорсных стен ребристой конструкции. Такие стены из монолитного, сборного или сборно-монолитного железобетона, возводимые на поверхности земли или в открытых котлованах, находят применение в транспортном и гидротехническом строительстве. Однако устройство заглубленных контрфорсных стен в траншеях под глинистым раствором требует применения специального оборудования и технологии работ.

Необходимо разработать траншею с чередующимися местными уширениями для устройства ребер жесткости, объединенных с основной конструкцией стены. Для этого могут быть использованы различные способы разработки траншей, основанные на применении трехчелюстного грейфера, гидрофрезы или двухчелюстного грейфера в сочетании с буровой установкой.

Трехчелюстной грейфер разработан и применяется итальянской фирмой Soilmec Drilling and Foundation Equipment в двух модификациях: BH-N иBH-S, отличающихся размерами и массой. Грейфер BH-N позволяет разрабатывать траншеи для контрфорсных стен длиной 2- 3 м и шириной 0,5 - 0,8 м, а грейфер BH-N - длиной 3,00 - 3,65 м и шириной 0,8 - 1,0 м. Таким образом, шаг ребер жесткости вдоль основной стены будет изменяться от 2,00 до 3,65 м.

Закрепленные на моноблоке съемные челюсти грейфера выполнены в двух вариантах: с прямыми и полуцилиндрическими кромками и изготовлены из высокопрочной противоударной и износоустойчивой стали, а зубья армированы твердым сплавом. Моноблок может быть оснащен двухчелюстным грейфером для образования прямоугольной в плане траншеи, а также трехчелюстным грейфером для устройства контрфорсных стен.

Предусмотрено принудительное закрытие челюстей грейфера гидравлическими цилиндрами двойного действия с усилием 72 и 97 т и крутящим моментом до 95 и 145 тм.

Вертикальность разрабатываемой траншеи обеспечивается внешними и внутренними направляющими, закрепленными на моноблоке, который, в свою очередь, крепится на жесткой штанге базовой машины на гусеничном ходу.

Предусмотрена электронная система контроля за положением ковша грейфера в плане и профиле с выдачей информации на пульт управления в кабине оператора. Основные характеристики грейферного оборудования приведены в таблице.

Наименование показателей	Грейфер BH-N	Грейфер BH-S
Двухчелюстной	Трехчелюстной	Двухчелюстной	Трехчелюстной
Ширина разработки, м	0,5 - 1,0	0,5 - 0,8	0,8 - 1,2	0,8 - 1,0
Раскрытие челюстей, м	2,0 - 3,0	2,0 - 3,0	2,0 - 4,0	3,0 - 3,65
Максимальная глубина разработки, м	48	36	56	48
Максимальная грузоподъемность крана, т	45	50	75	75
Размеры челюстей грейфера, м	0,8Ч2,5	0,8Ч2,5Ч1,3	0,8Ч3,5	0,8Ч3,5Ч2,0
Масса грейфера, т	5,6	9,6	6,3	11,0
Вместимость ковша грейфера, м3	1,2	1,8	1,7	2,3

Рассмотренное выше грейферное оборудование успешно используется для создания постоянных несущих конструкций, выполненных по технологии "стена в грунте", временных ограждающих стен, причальных стенок и др.

Контрфорсные конструкции, возводимые по технологии "стена в грунте", могут быть выполнены из монолитного, сборного и сборно-монолитного железобетона. В первом случае в каждую захватку траншеи опускают Т-образные арматурные каркасы, а затем осуществляют бетонирование (рис. 8,а). Возможно опускание в траншею сборных железобетонных элементов таврового сечения без объединения между собой (рис. 8,б) или с омоноличиванием вертикальных стыков (рис. 8, в).

Рис. 8 Контрфорсные конструкции, выполненные по технологии "стена вгрунте" а - монолитная; б - сборная; в - сборно-монолитная;1 - контур траншеи; 2 - арматурный каркас; 3 - монолитный бетон; 4 - сборные железобетонные блоки; 5 - цементно-песчаный раствор; 6 - участок омоноличивания

Контрфорсные конструкции, выполненные по технологии "стена в грунте" из монолитного железобетона, применяли на строительстве тоннелей метрополитена в г. г. Риме и Брюсселе, национального стадиона в г. Каракасе, гидротехнических сооружений в Мехико-Сити.

Вторая технология предусматривает разработку траншей гидрофрезой - буровой машиной, состоящей из стального корпуса с направляющими, гидромоторами и реверсной системой циркуляции глинистого раствора. Две фрезы с твердосплавными резцами вращаются в противоположные стороны, разрабатывая грунт, который перемешивается с глинистым раствором и выдается по шлангам на поверхность [19].

Гидрофреза подвешивается на тяжелом гусеничном кране и может работать в широком диапазоне грунтовых условий: от слабых несвязных до крепких скальных грунтов прочностью при сжатии до 50 - 100 МПа. Темпы разработки грунта зависят от его твердости и изменяются от 20 м3/ч в несвязных до 1 м3/ч в крепких скальных грунтах.

К достоинствам гидрофрезы относятся ее высокая производительность и точность разработки траншеи в плане и профиле, исключение многократного подъема и опускания в процессе разработки грунта (в отличие от грейферного оборудования), минимальные переборы грунта, возможность фрезерования свежеуложенного бетона соседних захваток траншеи на толщину в несколько сантиметров для обеспечения качественного сопряжения соседних участков стен. Кроме того, следует отметить отсутствие вибрации и ударов, что делает этот агрегат эффективным для работы в городских условиях.

Французской фирмой "Солетанш" разработано стандартное оборудование гидрофрез для устройства стен различной глубины (до 125 м) и ширины (0,63; 0,8; 1,0; 1,2; 1,5 м) при длине разработки 2,4 м [20].

Основные характеристики гидрофрезы приведены ниже.

Стандартная глубина разработки, м 30

Максимальная глубина разработки, м 125

Скорость вращения фрез, мин-1 10- 20

Диаметр фрез, мм 1200

Максимальный вращающий момент, кг?м 3800

Производительность циркуляционного насоса, м3/ч 300

Высота корпуса, м 15

Масса агрегата, т 16- 20

Потребляемая мощность, кВт 270

Разработка грунта гидрофрезой ведется захватками по 6 м в три этапа. Вначале разрабатывают крайние участки траншеи шириной по 2,4 м, а затем промежуточный грунтовый цели к шириной 1,2 м.

В разработанную траншею опускают один или два арматурных каркаса и методом вертикально-перемещающейся трубы или напорного бетонирования возводят участок стены.

При разработке промежуточных захваток между ранее возведенными участками стены бетон соседних захваток срезают фрезами.

Гидрофрезу применяли для устройства траншейных стен ряда подземных и гидротехнических сооружений во Франции, Бельгии, Англии, Австралии, Венгрии, США и других странах.

В частности, с использованием гидрофрезы в 1987 г. были возведены стены монтажной щитовой камеры в г. Сангатте (Франция) при строительстве подводного тоннеля под проливом Ла-Манш. Камера в виде колодца диаметром 58 м и глубиной 21 м была ограждена траншейными стенами толщиной 0,6 м, глубиной до 60 м и общей площадью28920 м2 [20].

Гидрофрезу германской фирмы "Бауэр" применили для вскрытия траншеи при строительстве в г. Москве подземной автостоянки на площади Революции и ограждения монтажной щитовой камеры Лефортовского автодорожного тоннеля [21,22].Камера размером в плане 50,3Ч24,3 м имела ограждающие конструкции, выполненные по технологии "стена в грунте" шириной 0,75 м, возводимые в траншеях, которые разрабатывали захватками длиной 6,3 - 6,4 м в три прохода гидрофрезы длиной 2,2 м (крайние) и 1,9 - 2,0 м (средняя).

Предлагаемая технология работ по возведению контрфорсных траншейных стен с применением гидрофрезы показана на рис. 9.

Рис. 9 Контрфорсные стены, устраиваемые с применением гидрофрезы: 1 - контур траншеи; 2 - глинистый раствор; 3 - арматурные каркасы; 4 - монолитный железобетон

На I этапе гидрофрезой разрабатывают продольные захватки траншеи первой очереди длиной порядка 6 м за три прохода, а на II этапе - поперечные захватки за один проход гидрофрезы. После того, как участки траншеи с выступами для ребер жесткости разработаны, в них опускают арматурные каркасы (III этап) и бетонируют стены (IV этап). Аналогичным образом разрабатывают и возводят промежуточные участки стен между ранее возведенными стенами.

Третья технология устройства контрфорсных конструкций, выполненных по технологии "стена в грунте", предусматривает разработку продольных захваток траншей грейферным оборудованием с последующим разбуриванием скважин диаметром 0,6 - 1,0 м буровым агрегатом для образования ребер жесткости полуцилиндрического очертания.

Технологическая последовательность производства работ, предполагающая разработку прямых участков траншеи (Iэтап), бурение скважин (IIэтап), опускание арматурных каркасов (III этап) и бетонирование стен (IV этап) вначале в основных, а затем в промежуточных захватках показана на рис.10.

Для бурения скважин под глинистым раствором можно использовать стандартное отечественное оборудование со шнековым буром или роторной желонкой (СО-2, СО-1200, МБС-1,7, МСО-1 и др.)или буровые станки зарубежных фирм "Баде" и "Зальгиттер" (Германия), "Беното"(Франция),BSP,"Мак-Алпайн" (Англия), "Соилмек" (Италия), "Като" (Япония) и др. Технические характеристики буровых агрегатов приведены в специальной литературе [23].

Выбор той или иной технологии возведения контрфорсных конструкций, выполненных по технологии "стена в грунте", зависит от степени разрабатываемости грунтов, глубины траншеи и наличия у подрядчика специализированного оборудования.

Применение в городском подземном строительстве таких контрфорсных конструкций в качестве несущих или несущее-ограждающих конструкций, обладающих повышенной несущей способностью и жесткостью, позволяет во многих случаях отказаться от трудоемких в возведении и дорогостоящих усиливающих элементов. Эти конструкции могут входить в состав постоянной конструкции подземного сооружения, воспринимая не только значительное горизонтальное давление грунта, но и вертикальные нагрузки от массы зданий, верхнего и промежуточных перекрытий подземного сооружения.

Для установления рациональных геометрических и конструктивных параметров контрфорсных конструкций, выполненных по технологии "стена в грунте", а также их прочностно-деформационных характеристик необходимо, в первую очередь, выполнить исследования пространственного напряженно-деформированного состояния стен во взаимодействии С Грунтовым массивом на различных этапах строительства и эксплуатации подземного сооружения.

Рис. 10 Контрфорсные стены, устраиваемые с применением грейферов и буровых агрегатов: 1 - контур траншеи; 2 - глинистый раствор; 3 - буровая скважина; 4 - арматурный каркас; 5- монолитный железобетон

По результатам исследований надлежит разработать рекомендации для проектирования и строительства таких стен в составе зданий и подземных сооружений, возводимых в г. Москве и других крупных городах России.

Контрфорсные конструкции, возводимые по технологии "стена в грунте" - Строительство тоннелей

Похожие статьи