Проектирование подземных сооружений. Проектирование транспортных подземных сооружений Экологические требования при проектировании и устройстве оснований, фундаментов, подземных и заглубленных сооружений

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

К транспортным подземным сооружениям относят автодорожные, железнодорожные, пешеходные, судоходные тоннели, тоннели метрополитена, подземные стоянки автомобилей и гаражи, подземные заводы и морские базы. В зависимости от глубины заложения от поверхности Н различают тоннели мелкого (Н< 10 м) и глубокого (Н > 10-20 м) заложения. По месту расположения тоннели подразделяют на горные, подводные и городские.

Более подробно рассмотрим авто- и железнодорожные тоннели, проектирование которых осуществляют на основании указаний СИиП

II-14-78 «Тоннели железнодорожные и автодорожные». Одним из основных требований при проектировании транспортных тоннелей является обеспечение пропуска транспорта с заданной интенсивностью и скоростью. Это требование обеспечивают соблюдением установленных габаритов в поперечном сечении тоннеля. Иными словами, для определения размеров сечения тоннеля в свету необходимо построить габарит приближения строений. Он представляет собой условный перпендикулярный

к оси пути контур, внутрь которого не должны попадать никакие части сооружений и устройств.

Для автодорожных тоннелей ширину проезжей части - основную характеристику габарита - назначают равной 7 («Г-7») или 8 («Г-8») м в зависимости от категории дороги, рода транспорта, длины тоннеля и местных условий. Ширина полосы проезда принята для дорог I и II категорий 3,75, III категории - 3,5 и IV категории - 3 м. С обеих сторон проезжей части устраивают защитные полосы шириной и высотой 0,25 м, а для обеспечения безопасности обслуживающего персонала - односторонний тротуар шириной 1 м. При интенсивности движения пешеходов свыше 1000 человек в час предусматривают строительство тротуаров с двух сторон.

При проектировании транспортного тоннеля определяющим параметром является его пропускная способность. Основные нормативные размеры автодорожного тоннеля приведены на рис. 1.6.

При расположении тоннеля на горизонтальной кривой радиусом 700 м и меньше необходимо предусматривать соответствующее уширение проезжей части, бордюрной полосы и габарита проезда. Рекомендуемые значения уширения в зависимости от радиуса кривой:

На железных дорогах при проектировании используют габарит «С» приближения строений при колее 1520 (1524) мм с шириной междупутья на прямой 4100 мм (рис. 1.7). Высоту Нт габарита и его ширину bт поверху назначают в зависимости от конструкции подвески контактного провода. В сети с напряжением 1,5-25 кВ для контактной подвески с несущим тросом принимают Нт = 6400 мм (bт - 2040 мм), без несущего троса Нт = 6250 мм (Ьт = 2240 мм).

На кривых участках пути габарит приближения строений должен быть увеличен с учетом выноса концов и середины вагона в стороны от оси пути и его наклона, обусловленного возвышением наружного рельса, которое назначают в зависимости от наибольшей скорости движения, допускаемой на кривой данного радиуса.

Форму поперечного сечения транспортных тоннелей принимают в зависимости от горно-геологических условий их заложения по аналогии с гидротехническими тоннелями (см. рис. 1.5 и табл, 1.5). В относительно устойчивых породах при преобладании вертикальных нагрузок наиболее рациональной является подъемистая подковообразная форма. В слабых неустойчивых водоносных породах, оказывающих значительное всестороннее давление, и при большом гидростатическом давлении наиболее экономичной считают круговую форму обделки. Существенное влияние на выбор формы обделки оказывает технология строительства. Так, например, даже при относительно благоприятных инженерно-геологичес-кихусловиях, если предусмотрено применение проходческих щитов, принимают круговую форму обделки.

При отсутствии кругового горного давления или при незначительной его величине стены подковообразной обделки могут проектировать, а свод очерчивать по круговой (однопутные железнодорожные тоннели) или трехцентровой коробовой кривой (двухпутные железно- и автодорожные тоннели). Преимущества прямых вертикальных стен с точки зрения производства работ достаточно очевидны. Вместе с тем их очень часто заменяют криволинейным внутренним очертанием в связи с образованием во многих случаях продольных трещин в местах сопряжения свода с прямыми стенами.

В породах, оказывающих на обделку значительное боковое давление, а также склонных к пучению, необходим замкнутый контур обделки с обратным сводом или усиленной плоской лотковой плитой.

Рис. 1.6. Габариты автодорожного тоннеля: с односторонним (а) и двусторонним (б) расположением тротуаров:
R - радиус внутреннего очертания тоннеля

Таблица 1.6

Конструкция	Класс бетона (не ниже)	Конструкция	Класс бетона (не ниже)
Железобетонные блоки обдел	ВЗО	Портал	В15
Ки сплошные или ребристые		Бетонный слой верхнего
Монолитная бетонная и желе	В15	Строения пути	В12,5
Зобетонная обделка		Бетонное основание пути и
Обделка из набрызгбетона	В22.5-В25	Заполнение лотка	В7,5

При выборе материала для обделки необходимо исходить из наличия местных строительных материалов с учетом максимальной механизации процессов ее сооружения. Наиболее распространенными материалами для обделки являются бетон, железобетон и чугун. Монолитный бетон следует применять в труднодоступных районах, когда создание временной базы для изготовления элементов сборных конструкций экономически нецелесообразно, а также при сооружении тоннелей в скальных трещиноватых породах, разрабатываемых взрывным способом, при возведении обделки по частям, при щитовой проходке с прессованием бетона и в местах сложных сопряжений. Использование монолитного бетона для обделки также допустимо в районах с сейсмичностью 7-9 баллов по шкале Рихтера.

В зависимости от свойств горных пород, гидрогеологических условий и особенностей производства в сухих горных породах применяют обыкновенный портландцемент марок 300-500; в водоносных - пуццолано-вый и шлаковый; при большом притоке агрессивных вод - глиноземистый цемент. Улучшения качества бетона достигают введением пластифицирующих, поверхностно-активных или воздухововлекающих добавок. В целях исключения попадания в выработку воды применяют торкрет -или набрызгбетон.

9.1 Подземные сооружения в зависимости от соотношения основных размеров подразделяют на линейные (протяженные) и компактные.

9.2 К подземным сооружениям, возводимым открытым способом, относят устраиваемые:

В котлованах без ограждающих конструкций;

В котлованах с использованием временных ограждающих конструкций (шпунтов, забирок, нагельных креплений и пр.) и постоянных ограждающих конструкций ("стены в грунте", буросекущихся свай и пр.);

В котлованах с использованием специальных способов строительства (замораживания грунтов, закрепления грунтов и пр.);

Способом опускного колодца.

9.3 Объемно-планировочные решения подземных сооружений должны учитывать конструктивные и технологические особенности устройства сооружения.

Конструктивные решения подземных сооружений должны обеспечивать их геометрическую неизменяемость, наиболее благоприятную статическую работу, устойчивость положения и формы, прочность.

9.4 Программа инженерно-геологических изысканий для проектирования подземных сооружений I уровня ответственности должна составляться с привлечением специализированных организаций.

9.5 При инженерно-геологических изысканиях должны быть выявлены и изучены:

Тектонические и закарстованные структуры, разрывные и складчатые нарушения;

Ожидаемые водопритоки в котлованы и подземные выработки, величина напора в горизонтах подземных вод, наличие и толщина водоупоров и их устойчивость против прорыва напорных вод;

Наличие и распространение грунтов, обладающих плывунными, тиксотропными и суффозионными свойствами и виброползучестью;

Наличие и местоположение подземных сооружений, подвалов, тоннелей, инженерных коммуникаций, колодцев, подземных выработок, буровых скважин и пр.;

Динамические воздействия от существующих сооружений.

9.6 При строительстве подземных сооружений в котлованах с использованием постоянных ограждающих конструкций геологические скважины должны быть размещены по сетке не более 20х20 м или по трассе ограждающих конструкций не реже, чем через 20 м. Число скважин должно зависеть от категории сложности инженерно-геологических условий и составлять не менее пяти.

Инженерно-геологическое строение площадки должно быть изучено на глубину не менее 1,5+5 ì, ãäå- глубина заложения подошвы ограждающей конструкции, но не менее 10 м от подошвы ограждающей конструкции. На указанную глубину должно быть пройдено не менее 30% скважин, но не менее трех скважин.

При проектировании устройства подземных сооружений без ограждающих конструкций глубина скважин должна быть не менее 1,5+5 ì, ãäå- глубина котлована.

9.7 При проектировании подземных сооружений I уровня ответственности дополнительно к предусмотренным в 5.1.8 надлежит полевыми и лабораторными методами определять следующие физико-механические характеристики дисперсных и скальных грунтов:

Модуль деформации для первичной ветви нагружения и ветви вторичного нагружения(см. 5.5.31). Вторичное (повторное) нагружение следует выполнять для тех же диапазонов напряжений, что и первичное;

Коэффициент поперечной деформации . Для подземных сооружений II и III уровней ответственности расчетные значения коэффициентадопускается принимать в соответствии с 5.5.44;

Прочностные характеристики: угол внутреннего трения и удельное сцепление, определяемые для условий, соответствующих всем этапам строительства и эксплуатации подземного сооружения;

Предел прочности на одноосное сжатие для скальных и искусственно замороженных грунтов;

Удельные нормальные и касательные силы морозного пучения è;

Коэффициент фильтрации грунтов;

Классификационные характеристики массивов скальных пород: модуль трещиноватости , показатель качества породы, коэффициент выветрелости(ÑÍèÏ 2.02.02).

При обосновании изысканиями могут определяться по специальному заданию и другие физико-механические и классификационные характеристики грунтов.

9.8 При необходимости следует выполнять измерения напряжений в массивах горных пород и грунтов; опытные полевые работы по водопонижению, закреплению и замораживаванию грунтов, устройству буросекущихся свай и "стены в грунте", а также геофизические и прочие исследования.

9.9 Расчеты и проектирование подземных сооружений в условиях существующей застройки следует выполнять как для обеспечения прочности и устойчивости самих возводимых сооружений, так и для сохранения существующей застройки и окружающей среды.

9.10 При проектировании подземных сооружений следует учитывать уровень их ответственности, а также ответственности сооружений, на которые может оказывать влияние подземное строительство в соответствии с ГОСТ 27751.

В том случае если в зону влияния проектируемого подземного сооружения попадает существующее сооружение более высокого уровня ответственности, уровень ответственности проектируемого сооружения должен быть повышен до уровня ответственности сооружения, на которое оказывается влияние.

9.11 Расчеты подземных сооружений по первой и второй группам предельных состояний должны выполняться в соответствии с разделом 5 и включать определения:

Несущей способности основания, устойчивости сооружения и его отдельных элементов;

Местной прочности скального основания;

Устойчивости склонов, примыкающих к сооружению, откосов, бортов котлованов;

Устойчивости ограждающих конструкции;

Внутренних усилий в ограждающих, распорных, анкерных и фундаментных конструкциях;

Фильтрационной прочности основания, давления подземных вод на конструкции подземного сооружения, фильтрационного расхода;

Деформаций системы "подземное сооружение-основание".

При выполнении расчетов следует учитывать возможные изменения гидрогеологических условий, а также физико-механических свойств грунтов с учетом промерзания и оттаивания, явлений просадок, пучения и набухания.

9.12 При проектировании подземных сооружений, перекрывающих частично или полностью естественные фильтрационные потоки в грунтовом или скальном массиве, а также изменяющих условия и пути фильтрации подземных вод, следует выполнять прогноз изменений гидрогеологического режима площадки строительства.

Прогноз изменений гидрогеологического режима следует выполнять путем математического моделирования фильтрационных процессов численными методами.

9.13 При проектировании подземных сооружений в условиях существующей застройки следует выполнять геотехнический прогноз влияния строительства на изменение напряженно-деформированного состояния грунтового массива и деформации существующих сооружений.

Этот прогноз следует выполнять, как правило, путем математического моделирования с использованием нелинейных моделей грунтов численными методами.

9.14 При определении нагрузок и воздействий на основание и конструкции подземных сооружений к постоянным нагрузкам относят: вес строительных конструкций подземного или заглубленного сооружения и наземных сооружений, передающих нагрузку на него непосредственно или через грунт; давление грунтового массива, вмещающего сооружение, и подземных вод при установившейся фильтрации; усилия натяжения постоянных анкеров; распорные усилия и пр.

К временным длительным нагрузкам и воздействиям относят: вес стационарного оборудования подземных сооружений; давление подземных вод при неустановившемся режиме фильтрации; нагрузки от складируемых на поверхности грунта материалов; температурные технологические воздействия; усилия натяжения временных анкеров; нагрузки, обусловленные изменением влажности, усадкой и ползучестью материалов и пр.

К кратковременным нагрузкам и воздействиям относят: дополнительное давление грунтов, вызванное подвижными нагрузками, расположенными на поверхности грунта; температурные климатические воздействия и пр.

К особым нагрузкам и воздействиям относят: сейсмические воздействия; динамические воздействия от эксплуатируемых линий метрополитена, транспортных сооружений или промышленных объектов; воздействия, обусловленные деформациями основания при просадках, набухании и морозном пучении грунтов и др.

9.15 При проектировании подземных сооружений I и II уровней ответственности следует предусматривать проведение мониторинга (раздел 14).

Должны быть предусмотрены инженерные мероприятия, обеспечивающие экологическую защиту прилегающей территории от подтопления, загрязнения подземных вод промышленными и бытовыми стоками и пр., а также по защите близлежащих сооружений от недопустимых деформаций.

Наша компания разрабатывает проектную или рабочую документации на строительство подземных зданий и сооружений, таких как:

Подземные части гражданских или промышленных зданий (подвалы и цокольные этажи, парковочные комплексы и технические уровни, и др.);
Транспортные линейные объекты (переходы, проезды и пр.);
Гидротехнические сооружения;
Сооружения инженерной инфраструктуры (сети, коллекторы, трубопроводы и пр.);

Большое заглубление и небольшое давление под фундаментом подземного сооружения является главной особенностью таких сооружений. Давление под подошвой фундамента подземного сооружения, зачастую, бывает ниже давления от собственного веса грунта извлекаемого при отрывке котлована.

К другой особенности сооружений такого типа является, то что, в большинстве случае они располагаются ниже уровня подземных вод. Эта особенность является серьезным условием для проектирования и устройства подземного сооружения. К примеру, в силу небольшого веса и расположения ниже уровня грунтовых вод, в некоторых случаях, приходится дополнительно закреплять сооружение в грунтовом массиве от всплытия, что обеспечивается, к примеру, устройством грунтовых анкеров или свай.

В современной строительной практике существуют различные типы подземных сооружений, такие как сооружения мелкого заложения (до 15м глубиной), глубокого заложения (более 15м), линейные подземные сооружения, сооружения точечной застройки. Подземные сооружения могут сооружаться открытым способом в котлованах, или закрытым способом (технология "сверху-вниз"). Практикуется строительство подземных сооружений в естественных, пониженных рельефах, с засыпкой пазух низкого рельефа;

Подземные сооружения классифицирую по категориям, которые устанавливают в зависимости от уровня сложности сооружения, а также от сложности инженерно-геологических условий. Что интересно, категория сооружения должна быть “назначена” до начала проектирования и проведения изыскательских работ, так как от этого зависит состав и объем этих работ.

Наиболее сложная 3-я категория. Для этой категории требуются особо качественные инженерно-геологические изыскания, включающие подробные исследования грунтов и нестандартные полевые испытания. Также для проектирования 3й категории могут потребоваться нестандартные методы расчетов с применением особых моделей поведения грунта. Для 3й категории сложности всегда требуется выполнение геотехнического мониторинга и научно-технического сопровождения.

Инженерно-геологические изыскания

Для проектирования подземных сооружений требуется проведения особо качественных инженерно-геологических изысканий, в процессе которых подробно изучаются:

Геологическое строение участка, его геоморфология;
Гидрогеологические условия;
Природные и инженерно-геологические процессы и явления;
свойства грунтов и прогноз их изменений при строительстве, а также при эксплуатации объекта;
Изучается возможность развития опасных геологических и техногенных процессов.

Нагрузки и воздействия

При проектировании подземных сооружений учитывают влияние и воздействие как существующей застройки на объект строительства, так и строительство объекта на окружающую застройку. При этом принимают во внимание любые нагрузки и воздействия способные повлиять на напряженно-деформированное состояние окружающего массива, такие как:

Транспортные нагрузки;
Технологические вибрационные нагрузки и воздействия окружающей застройки;
Застройку окружающей среды и перспективу использования окружающего пространства;
Необходимость переноса близлежащих сетей инженерно-технического обеспечения;
Необходимость проведения работ по сносу или демонтажу окружающих строений, включая подземные сооружения;
Необходимость усиления оснований или фундаментов близстоящих зданий или сооружений;
Необходимость проведения археологических раскопок (в исторической части города);

Нагрузки и воздействия должны устанавливаться расчетом при рассмотрении совместной работы сооружения и основания. При этом коэффициенты надежности по нагрузки, коэффициенты сочетаний нагрузок, и пр, принимаются в соответствии со строительными нормами и правилами.

Исходные данные на проектирование

Так как проектирование подземных сооружения является особо сложной задачей в строительном проектировании, то для изучения, анализа и интерпретации исходных данных требуется высокая квалификация и опыт в проектировании и строительстве подземных сооружений.

Основное отличие исходных данных для подземных сооружений это их объем. По составу и содержанию принципиальных отличий нет, по сравнению с исходными данными на проектирование обычных фундаментов.

Таким образом, для проектирования подземных сооружений требуются:

Техническое задание на проектирование;
Результаты инженерных изысканий;
Результатов обследования окружающей застройки;
Проектной документации строящихся зданий и сооружений в зоне влияния строительства;
Материалы предпроектной проработки;
Исходно-разрешительная документация, вкл. ГПЗУ, технические условия и пр.;
И прочее;

Срок давности (возраст) материалов исходных данных должен соответствовать требованиям законодательства в строительстве. Так, для результатов инженерно-геологических изысканий срок давности не должен превышать три года.

Проектирование подземных сооружений

В процессе проектирования необходимо рассматривать все возможные сценарии и проектные ситуации взаимодействия объекта с окружающей средой и грунтовым основанием, работу отдельных элементов сооружения при взаимодействии друг с другом.

Для каждой проектной ситуации выполняются комплексные расчеты по предельным состояниям, обеспечивающие надежное строительство и эксплуатацию сооружения, с целью реализации оптимальных и эффективных технических решений.

Принятие тех или других технических решений основывается на:

Выполнении ряда серий комплексных аналитических и численных расчетов;
Требованиях нормативно-правовых актов и строительных норм и правил;
Проведении физического моделирования и/или натурных испытаниях объекта строительства.

При проектировании сооружения такого класса необходимо учитывать опыт проектирования и строительства объектов-аналогов.

Лекция 2

Технология в общем смысле – это порядок и приемы выполнения работ. Такое понимание вполне применимо и к рассматриваемым вопросам, в том числе к разработке ППР. Принятые в ПОС прогрессивные решения реализуются в виде эффективных технологий. При этом проектирование технологических цепочек ведут в обратном направлении, т.е. от забоя к поверхности.

Проект проходки ствола обычным способом разрабатывают в следующем порядке:

Выбирают рациональную для заданных условий технологическую схему и комплекс проходческого оборудования забоя;

Проектируют технологию работ по процессам, рассчитывают комплексную норму выработки, подбирают состав проходческой бригады, определяют продолжительность проходческого цикла и строят график организации работ в забое;

Рассчитывают техническую скорость проходки ствола, уточняют возможную производительность труда проходчиков и определяют полную стоимость 1 м ствола;

Проектируют оснащение поверхности ствола, рассчитывают подъем, транспорт породы на поверхности, вентиляцию, водоотлив, снабжение сжатым воздухом, освещение, сигнализацию и связь;

Разрабатывают мероприятия по безопасному производству работ.

Технические скорости проведения стволов буровзрывным способом следует принимать не ниже нормативных (для вертикальных стволов 55 м/мес., для наклонных 50 м/мес.). При проектировании стволов в породе f > 7, а также при специальных способах нормативную скорость проходки допускается уменьшать на 25 %.

Проектирование проходки ствола заканчивается составлением объектной сметы и подсчетом технико-экономических показателей: скорости проходки, производительности труда, полной стоимости проходки 1 м ствола. К проекту прилагают чертежи продольного разреза по стволу с размещением всего комплекса проходческого оборудования, поперечного сечения ствола на период его эксплуатации, а при необходимости также паспорт буровзрывных работ с расположением шпуров в двух проекциях.

После выбора схемы строительства ствола и детальной разработки технологии его проходки составляют проект проходки технологического отхода (участка) ствола, необходимого для размещения комплекса стволового проходческого оборудования. технологический отход часто бывает глубже устья и зависит от схемы проходки ствола и применяемого оборудования. При совмещенной схеме и комплексах КС-2у и 2КС-2у эту глубину принимают до 30 м, а при параллельно-щитовой схеме с соответствующим проходческим оборудованием – до 50 м. Основные задачи проекта следующие:

Разработка схемы проходки этой части ствола с соответствующим оснащением поверхности и забоя;

Определение объема работ и состава бригады;

Подбор оборудования для оснащения поверхности и составление ситуационного плана его размещения с учетом расположения оборудования для проходки самого ствола;

Построение линейного или сетевого графика проходки технологического отхода с учетом подготовительных работ, оснащения и технологических перерывов (например, монтаж нулевой рамы и др.);

Составление объектной сметы на строительство технологического отхода и определение технико-экономических показателей.

В состав проекта по армированию вертикальных стволов входят: установка расстрелов, навеска проводников, устройство и обшивка лестничных отделений, монтаж трубопроводов, монтаж несущих конструкций (кронштейнов или скоб для закрепления кабелей и трубопроводов, компенсаторов, посадочных балок, рам под подъемные сосуды и др.), схема производства работ по испытанию смонтированной армировки под нагрузкой.

Технические скорости армирования стволов принимают не менее нормативных, м/мес.: установка расстрелов и навеска жестких проводников – 300; навеска канатных проводников (в одну нитку) – 5000; прокладка трубопроводов (в одну нитку) – 2000.

Вертикальные стволы на различной глубине сопрягаются с вентиляционными и кабельными каналами, горизонтальными выработками и камерами. Объемы сопряжений по сравнению с объемами стволов невелики, однако вследствие большой трудоемкости работ рассечка сопряжения занимает 1-3 мес. Затраты труда на 1 м 3 сопряжения в 10-12 раз больше, чем на проходку 1 м 3 ствола. Технические скорости проходки околоствольных выработок в свету следует принимать не ниже 400 м 3 /мес.

В водонасыщенных неустойчивых, а также в обводненных скальных породах для проходки стволов применяют специальные способы.

Прогрессивным способом строительства вертикальных шахтных стволов является бурение. Его используют при отсутствии в геологическом разрезе карстовых пустот, значительной трещиноватости и других геологических нарушений, вызывающих поглощение промывочного раствора. Для бурения стволов в устойчивых и неразмокающих породах в качестве промывочной жидкости используют воду, а в устойчивых водонасыщенных, трещиноватых и кавернозных породах – химически обработанные глинистые растворы с минимальной водоотдачей.

В проекте на бурение ствола в зависимости от характера пород, диаметра и глубины ствола, степени его искривления принимают один из следующих способов возведения обделки: погружной, секционный или комбинированный. Тампонаж закрепного пространства при бурении стволов предусматривают в два приема: первичный и контрольный.

Сводный проект по строительству ствола включает всю графическую и текстовую документацию, относящуюся к порядку проектирования его проходки в обычных условиях, а также отдельные проекты, составленные на проходку участков ствола специальными способами. В заключение составляют сводный график строительства ствола.

Горизонтальные выработки в большинстве случаев являются основными частями подземного сооружения. Самыми распространенными представителями протяженных горизонтальных выработок являются тоннели (транспортные, гидротехнические, коллекторные и т.п.) и штольни, используемые в качестве подходных или вспомогательных выработок. К классу горизонтальных выработок относятся также подземные камеры – выработки, имеющие сравнительно большое поперечное сечение по отношению к своей длине (камеры насосных станций, затворов, трансформаторов, подземных бассейнов, машинных залов ГЭС, емкостей, монтажных камер и т.п.).

Исходными данными для проектирования технологии проведения тоннеля, штольни или камеры являются: длина выработки, форма и размеры поперечного сечения в свету и проходке; ситуационный план расположения выработки в комплексе подземного сооружения; геологические, гидротехнические и физико-механические данные о пересекаемых породах; заданная или нормативная продолжительность строительства выработки.

Для проведения тоннелей в зависимости от размеров и формы поперечного сечения, а также инженерно-геологических условий применимы разные способы: сплошного забоя, уступный и с поэтапным раскрытием профиля, опертого свода, опорного ядра и т.п. Способ проведения выработки и средства механизации выбирают на основании технико-экономического сравнения вариантов.

При проектировании проведения выработок протяженностью более 300 м и невозможности бурения по трассе подземного сооружения достаточного числа разведочных скважин предусматривают проведение опережающей штольни на всю длину в пределах поперечного сечения выработки или вне его.

Способ сплошного забоя рекомендуется принимать для проведения выработок высотой до 10 м с монолитной обделкой в скальных породах с f ³ 4. Временное крепление выработки при проведении в скальных монолитных (невыветрелых) породах с f ³ 12 не предусматривается, а в скальных трещиноватых (выветрелых) породах временная крепь обязательна.

Уступный способ принимают для проведения выработок высотой больше 10 м в скальных породах с f ³ 4 и высотой меньше 10 м в скальных породах с f = 2¸4. Обычно используют схему с нижним уступом.

Верхнюю часть сечения тоннеля при уступном способе проводят способом сплошного забоя. Его высоту принимают от 3 до 4 м с учетом размещения на нем обычного горно-проходческого оборудования и возведения свода при минимально допустимой высоте.

Нижняя часть сечения выработки при высоте больше 10 м проводится методом ступенчатого забоя или по ярусам, высота которых не должна превышать 10 и 5 м при f ³ 12 и 4 £ f < 12 соответственно.

Способы опертого свода или опорного ядра пригодны для коротких (до 300 м) выработок большого сечения при слабоустойчивых породах, требующих поэтапной разработки породы в сечении с одновременным временным креплением и последующим секционным возведением постоянной крепи (обделки).

Щитовой способ принимают в проектах на проведение протяженных (больше 150¸200 м) выработок в неустойчивых нескальных породах, а также в скальных выветрелых породах с большим горным давлением, требующих возведения обделки вслед за подвиганием забоя. Особенно широко щитовой способ используют в проектах на проведение перегонных тоннелей метрополитена и городских коллекторов в сочетании со сборной или монолитно-прессованной бетонной обделкой.

Проведение станционных тоннелей метро также можно проектировать щитовым способом. Однако в связи с небольшой их протяженностью (120-160 м), необходимостью сооружения монтажных и демонтажных щитовых камер, значительной стоимостью и продолжительностью монтажа и демонтажа проходческих щитов на проведении станционных тоннелей чаще применяют бесщитовую (эректорную) проходку.

Строительство камер высотой больше 10 м с обделкой предусматривают в следующем порядке: проводят сводовую часть выработки и возводят обделку свода, затем разрабатывают основной массив породы (ядро) камеры и возводят обделку стен.

Сводовую часть камеры пролетом до 20 м в устойчивых скальных породах с f > 8, как правило, проводят на полное сечение. При пролете больше 20 м в устойчивых скальных породах и независимо от пролета в скальных породах средней устойчивости (f = 4¸8) проектируют, как правило, проведение сводовой части с опережением центральной части сечения.

В среднеустойчивых скальных и полускальных породах (f < 4) проведение сводовой части камерных выработок часто проектируют способом опертого свода. При недостаточных сведениях об инженерно-геологических условиях строительства предусматривают проведение разведочно-дренажной (направляющей) выработки на проектную длину камеры.

При строительстве тоннелей или штолен ниже уровня подземных вод или при наличии под выработкой напорного водоносного горизонта необходимы специальные способы: искусственное понижение уровня подземных вод, замораживание, тампонаж или, в крайнем случае, проведение выработок под сжатым воздухом.

При длине тоннелей больше 500 м эффективно и безопасно использование щитовых проходческих комплексов с грунто- или гидропригрузом забоя в разнородных обводненных разноустойчивых грунтах.

Для проведения тоннелей в осушенных песчаных, супесчаных и суглинистых породах под железнодорожными путями, автомобильными дорогами и другими инженерными сооружениями в целях уменьшения возможной их деформации или земной поверхности предусматривают способы продавливания обделки, или создания опережающего защитного экрана методом микротоннелирования с последующей проходкой тоннеля.

Для строительства подземных хранилищ жидкого топлива и газа используют в мощных соляных отложениях, помимо обычных горно-строительных методов, растворение солей через скважины для образования подземных полостей.

Проектирование проведения горизонтальной выработки включает разработку проектов проходки ее основной части, монтажной и демонтажной камер, технологического отхода и завершается составлением сводного графика строительства и таблицы технико-экономических показателей. При этом сравнивают возможные варианты проведения горной выработки, сроки проведения, трудоемкость и стоимость.

Длина технологического отхода, необходимого для монтажа и размещения проходческого оборудования, может достигать 20-70 м. В его проектирование входят: выбор и разработка схемы проходки с соответствующим оснащением поверхности и забоя, расчет технико-экономических показателей, составление графиков организации работ и оформление чертежей.

Сводный проект горно-проходческих работ включает все решения по этапам строительства припортальных, основных и завершающих участков, сопряжений, пересечений с другими выработками и т.п. Сводный проект должен содержать сведения об объемах, сроках и стоимости выполнения работ.

В сводном проекте на общей схеме трассы подземного сооружения в сочетании с ситуационным планом местности указывают расположение участков подземных и открытых работ, строительных площадок и мест отвалов породы. В проекте определяют расстановку применяемых механизмов на участках, сроки их эксплуатации, режимы и объемы работ специальными способами.

В состав проекта входят схемы расположения механизмов и оборудования для обслуживающих процессов и создания необходимых температурно-влажностных режимов на период монтажа оборудования и до сдачи в эксплуатацию.

В пояснительной записке к проекту производства работ приводят обоснование принятых способов и скоростей проведения отдельных выработок, применения специальных способов работ, а также перечень сооружений, которые по условиям монтажа постоянного технологического оборудования требуют создания необходимого температурно-влажностного режима с указанием основных его параметров.

Открытый способ строительства подземных сооружений, при котором вскрытие выполняют котлованами или траншеями непосредственно с поверхности, обеспечивает возможность применения при выемке горных пород (грунтов) и возведения подземного сооружения комплексов высокопроизводительных машин и оборудования с поточной организацией строительных работ. Открытый способ используют при строительстве подземных сооружений любого назначения, закладываемых на небольшой глубине от поверхности земли под свободной от застройки территорией. Целесообразен открытый способ при строительстве станций метрополитена мелкого заложения и камер съездов, городских транспортных и пешеходных тоннелей, переходных участков от подземных линий метрополитена к наземным, при врезке горных тоннелей в пологие склоны и т.п.

В городских условиях, где трасса тоннеля метрополитена или коллектора пересекает жилые кварталы с большим числом зданий, сооружений и подземных коммуникаций, выбирают способ производства работ на основе технико-экономического сравнения вариантов. К недостаткам открытого способа строительства подземных сооружений относят:

· нарушение нормальной жизни города на длительный период;

· необходимость переноса значительной части инженерных сетей и коммуникаций, попадающих в зону производства работ;

· потребность в усилении фундаментов расположенных вблизи зданий и сооружений, а в некоторых случаях их сноса;

· устройство временных мостов через котлованы и водоотводов;

· значительные затраты материальных и трудовых ресурсов на восстановление дорожного полотна, коммуникаций, зеленых насаждений.

Выбор между котлованным и траншейным способами выполняют на основе технико-экономического сравнения вариантов. Если трасса проектируется по незастроенной территории или под широкой уличной магистралью, где тоннель занимает не всю ширину проезжей части или где целесообразно переключение движения городского транспорта на другую магистраль, возможно применение котлованов с естественными откосами пород.

В стесненных или неблагоприятных инженерно-геологических условиях применяют котлованы или траншеи с вертикальными стенами. Их устойчивость обеспечивают ограждениями разного вида: свайными, шпунтовыми, буросекущими сваями, «стеной в грунте» и т.п. Если перечисленные методы самостоятельно не решают задачу, их можно сочетать с искусственным замораживанием или тампонажем водоносных пород, водопонижением, устройством грунто-цементных завес и т.п.

При строительстве открытым способом перегонных тоннелей метро и других протяженных тоннелей высокие результаты могут быть получены при щитовом способе проходки со щитами прямоугольной формы и цельносекционной обделкой, возводимой при помощи подъемных кранов козлового типа. Применяемые при этом высокопроизводительные землеройные и другие машины и оборудование позволяют вести работы быстро и высокорезультативно, а поточная схема организации строительства и небольшая протяженность рабочего участка от головного до конечного пунктов (50-70 м) обеспечивают сравнительно быстрое восстановление нарушенной строительством территории города.

Бурное развитие научно-технического прогресса способствует появлению передовых технологий во всех сферах общественной жизни. Демографическая ситуация, увеличение покупательской способности населения и не только обуславливают острую необходимость человечества в освоении дополнительного пространства для его жизнедеятельности. Земные глубины в этом смысле не исключение, а потому уже достаточно давно привлекли внимание ученых и промышленников, и даже простых людей, то есть нас с Вами.

Итак, сегодня мы хотим поговорить не просто о подземных зданиях – подвалах, цокольных этажах и подземных парковках торговых центров , а именно о сооружениях, размещаемых под землей – тоннелях, бункерах, резервуарах. Отличным наглядным примером подобных сооружений в г. Москве является метрополитен, занимающий огромные пространства и характеризующийся сложнейшими инженерными решениями. Своего рода прорывом в развитии транспортной инфраструктуры в свое время стало устройство автомобильных и железнодорожных тоннелей, проходящих сквозь горные массивы, что позволило решить проблему доступности населенных пунктов и укрепить взаимосвязи между ними.

Проектирование подземных сооружений во многом упростило выполнение дизайнерских задач, когда целые инженерные системы «прячут» под землю, не нарушая, таким образом, эстетический облик соответствующей территории. Более того, во многих зарубежных странах сегодня принято решение использовать подземные тоннели с инженерными сетями не только для транспортной разгрузки городов, но и для того, чтобы полностью отказаться от эксплуатации наземного пространства для устройства автомобильных трасс и железнодорожных коммуникаций. В их планах основной задачей становится расширение так называемых «зеленых зон» – парков, игровых и прогулочных площадок.

Предприятия гражданской обороны во всем мире с давних времен активно используют наработки инженеров-проектировщиков подземных сооружений. Примером может послужить строительство многочисленных бомбоубежищ, бункеров для секретных служб и лабораторий, в том числе и для выполнения задачи обеспечения безопасности в военное время. Многие промышленные производства, ввиду особенностей своей деятельности, не просто могут, но обязаны использовать подземные сооружения для хранения определенного перечня промышленных отходов (химические и радиационные), чтобы предотвратить их негативное воздействие на окружающую среду. С этой целью они возводят специальные резервуары, позволяющие обеспечить длительное и безопасное хранение вредных и взрывоопасных веществ.

Отдельно спроектированные парковки, не являющиеся подземным продолжением наземных зданий, также относятся к подземным сооружениям. Устройство подобных сооружений весьма распространено на территории нашей страны и особенно характерно для густозаселенных городов и районов.

Подземные сооружения представлены и менее масштабными примерами. Так, собственники частных домов в пределах своих земельных участков устраивают подземные бункеры (что характерно для американской действительности) или погреба для хранения консервации и иных вещей (речь идет не просто о вырытых землянках, а о грамотно запроектированных и устроенных погребах).

Итак, подземные сооружения имеют массу полезных характеристик, и благодаря им удается найти решение огромного разнообразия современных проблем, возникающих на уровне отдельных людей или целого государства. Однако если Вы планируете построить что-то подобное, то должны понимать, что проектирование такого объекта обойдется Вам гораздо дороже, чем разработка проекта наземного сооружения. Это обусловлено совокупностью факторов, связанных и с объемом инженерных изысканий, обязательных к проведению, и сложностью выполняемых расчетов, и оценкой влияния будущего сооружения на окружающие территории.

Процесс проектирования подземных сооружений в целом не отличается от проектирования наземных, если мы говорим об основных его этапах, а именно:

1. Сбор исходных данных.

2. Разработка проектной и рабочей документации.

3. Прохождение экспертизы разработанной документации.

Особенностью такого проектирования является объем инженерных изысканий и обследования прилегающей территории, изучение геологических и гидрологических особенностей местности, оценка влияния природных факторов. Так, дополнительно следует учитывать давление грунта, наличие грунтовых вод, глубину строительства и многое другое. Анализ исходной документации в конечном итоге и определяет вид и сложность будущих конструкций, а также особенности их устройства под землей.

Вы с уверенностью можете доверить нашим специалистам проектирование подземных сооружений любой сложности. Многолетний опыт наших сотрудников избавит Вас от необходимости решать различные проблемы, связанные как с проведением инженерных изысканий, так и поиском оптимальных технических решений для воплощения проекта в реальность.