Стабилизационные меры на стадии эксплуатации - Строительство тоннелей

Расположенный в водоносных грунтах ниже уровня грунтовых вод тоннель в зависимости от его длины представляет собой локальную или протяженную преграду для воды в направлении ее движения. Перед тоннелем возникает подпор, а с противоположной стороны - понижение уровня грунтовых вод. Вследствие этого увеличивается одностороннее давление воды на стены и лоток тоннеля, повышается опасность его всплытия, возрастают скорости фильтрации, что может вызвать суффозию под лотком и осадки основания.

Характер обтекания водой тоннеля зависит от глубины его заложения, расположения в плане относительно направления водного потока и расстояния от лотка до водоупора. В наибольшей степени "эффект плотины" проявляется при эксплуатации многоярусных тоннелей, в состав которых входят конструкции, выполненные по технологии "стена в грунте", заглубленные ниже подошвы.

Если стены не заделаны в водоупор (рис. 34,а), то под тоннелем происходит возрастание скоростей фильтрации, что может привести к размыву грунта основания, особенно при близком залегании водоупора.

При заделке стен характер обтекания сооружения фильтрационным потоком изменяется и может произойти перелив воды через перекрытие тоннеля (см. рис. 34,б).

характер обтекания фильтрационным потоком тоннеля без заделки

Рис. 34 Характер обтекания фильтрационным потоком тоннеля без заделки (а) и с заделкой (б) стен в водоупор; 1 - уровень грунтовых вод с верховой стороны; 2 - тоннель; 3 - уровень грунтовых вод с низовой стороны; 4 - водопроницаемый грунт; 5 - водонепроницаемый грунт;6 - направление фильтрационного потока

С целью предотвращения подпора подземных вод перед тоннелем во избежание нарушений его конструкций принимают следующие меры: устраивают проемы в нижней части стен тоннеля;

    - прокладывают дюкеры-трубопроводы в стенах и лотковой части тоннеля с водоприемными и инфильтрационными трубами; - устраивают дренажную систему с удалением грунтовых вод вне или внутри тоннеля.

При заглублении несущих конструкций, выполненных по технологии "стена в грунте", в водоупор в них следует предусматривать проемы для пропуска потоков грунтовых вод (до 20%площади стен) или чередовать секции траншейных стен разной глубины (так называемая "гребенка"). На период строительства тоннеля грунт в проемах стен может быть заморожен.

В качестве примера такого решения можно привести опыт строительства и эксплуатации тоннелей в г. Эссене(Германия) [69]. В стенах из буровых свай были предусмотрены вертикальные зазоры шириной 1 м, занимающие около 12% площади стен.

Для сохранения режима подземных вод предусматривают систему продольных и поперечных дюкеров. В процессе строительства участка тоннелей метрополитена в г. Франкфурте-на-Майне(Германия) в водоносных грунтах под подошвой тоннеля были заложены продольные трубопроводы диаметром 0,15 м и длиной по 50 м, объединенные с поперечными дюкерами в виде заполненных гравием траншей глубиной 1,5 м и шириной 10 м. В траншеи уложены пять водопропускных труб диаметром 0,15 м.

В некоторых случаях для выравнивания уровней грунтовых вод по разные стороны от тоннеля поперечные дюкеры пропускают через сооружение и снабжают устройствами для регулирования давления воды (рис. 35). Весьма эффективным оказывается устройство дренажной системы в основании и по наружной поверхности стен тоннеля из слоя хорошо фильтрующего грунта или специальных дренирующих конструкций. В настоящее время созданы разнообразные одно - и многослойные дренирующие конструкции из синтетических материалов, в состав которых входят гидроизолирующий и фильтрующий слои. Наибольшее распространение получили фильтрующие мембраны из геотекстиля (полипропилена), пропускающие воду и задерживающие частицы грунта, предотвращая тем самым заиливание дренажной системы, вымывание и вынос грунта [70].

схема устройства для выравнивания уровней грунтовых вод по разные стороны подземного сооружения

Рис. 35 Схема устройства для выравнивания уровней грунтовых вод по разные стороны подземного сооружения: 1 - водопроводном труба; 2 - манометр; 3 - вентиль; 4 - оцинкованная дренажная трубка; 5 - стена тоннеля; 6 - фильтрующий материт; 7 - защитная поливинилхлоридная пленка; 8 - ил и торф; 9 - гравий; 10 - мелкозернистый песок; 11 - фундаментная плита

В Австрии, Швейцарии, Германии, Франции и других странах широко используют специальные ковровые материалы (энкамат, энкадрен и др.), которые крепятся дисковыми анкерами к изолируемой поверхности из расчета 1 - 4 анкера на 1 м2. Фильтрующую воду отводят по водосборным лоткам или трубам. Благодаря пространственному расположению волокон такие материалы обладают большой прочностью и пластичностью, сохраняя высокие дренирующие свойства в течение длительного времени.

Для обоснованного проектирования городских подземных сооружений мелкого заложения в водоносных грунтах наряду с детальными гидрогеологическими изысканиями необходимы исследования характера взаимодействия водного потока с тоннелем в процессе его строительства и эксплуатации.

В качестве методов исследований целесообразно использовать объемное математическое моделирование на основе численных методов, а также лабораторные и натурные наблюдения и измерения. По результатам исследований должны быть разработаны и обоснованы конкретные инженерные решения, обеспечивающие минимизацию нарушений тоннеля и городской среды и предотвращающие возникновение аварийных ситуаций.

На основе анализа данных современного опыта в качестве возможных стабилизационных мер на стадии строительства подземного сооружения следует рекомендовать:

    - применение различных систем искусственного водопонижения с компенсирующей доливкой воды в грунт; - подводную разработку грунта в котловане ниже уровня грунтовых вод и подводное бетонирование фундаментной плиты с разделением котлована на отдельные отсеки; - усиление фундаментной плиты буровыми анкерными сваями или грунтовыми анкерами; - устройство искусственного основания из закрепленного струйной цементацией грунта; - создание противофильтрационных завес ниже подошвы тоннеля по технологии "стена в грунте".

Стабилизационные меры на стадии эксплуатации тоннеля включают в себя:

    - устройство проемов в нижней части конструкций, выполненных по технологии "стена в грунте" (до 20%площади стен); - прокладку дюкеров-трубопроводов в стенах и лотковой части тоннеля с водоприемными и инфильтрационными трубами, - устройство дренажной системы в днище и стенах тоннеля из слоя фильтрующего грунта или синтетических дренирующих конструкций типа энкамата, энкадрена и др.

Приведенные выше положения затрагивают лишь некоторые аспекты важной и сложной проблемы взаимодействия тоннелей мелкого заложения с подземными водами. Актуальность проблемы обусловлена возрастающими объемами подземного строительства в г. Москве и других крупных городах России в условиях прогрессирующего подтопления территорий. В связи с этим возникает необходимость дальнейшего анализа и обобщения отечественного и зарубежного опыта в рассматриваемой области и проведения теоретических и экспериментальных исследований для выработки конкретных рекомендаций технического и экологического характера, которые должны найти отражение в соответствующих нормативных документах, регламентирующих вопросы проектирования, строительства и эксплуатации тоннелей мелкого заложения в водоносных грунтах.

Похожие статьи




Стабилизационные меры на стадии эксплуатации - Строительство тоннелей

Предыдущая | Следующая