Structuri subterane ale orașului. Clasificarea structurilor subterane

1. 
   Complexe subterane ale orașului

1. Principii de organizare a construcțiilor urbane înalte în orașe super-mari, mari și mari 1

Practicile mondiale și domestice indică un efect semnificativ de urbanism al utilizării spațiului subteran: spațiul subteran al celui mai mare oraș poate conține până la 70% din volumul total de garaje, până la 80% din depozite, până la 50% din arhive și depozite. facilități, până la 35% din instituții, institute de cercetare, universități și altele.Transportul subteran și comunicațiile de inginerie sunt singurele mijloace reale de rezolvare radicală a problemelor de transport urban și comunale. În același timp, dezvoltarea pe scară largă a spațiului subteran necesită implicarea marilor Bani Prin urmare, atunci când planificați construcția subterană în cele mai mari orașe ale Federației Ruse, trebuie îndeplinite următoarele cerințe:

Legătura rigidă cu planul general de dezvoltare a orașului;

Utilizarea rațională a resurselor funciare urbane;

Dezvoltarea în etape a spațiului subteran;

Asigurarea interacțiunii maxime a instalațiilor „noi” cu structurile existente supraterane și subterane,

În orașele super-mari și cele mai mari, este recomandabil:

Crearea unui spațiu multifuncțional dezvoltat sub forma unei platforme stilobate în trepte sau plat - sub zero cu conservarea maximă a peisajului natural;

Formarea unui spațiu subteran multifuncțional organizat pentru servicii publice și de transport către populație în zonele cele mai stresante ale orașului cu o situație critică de transport și pieton;

Însoțirea construcției de structuri subterane peste tuneluri de distilare și stații de mică adâncime sau pe lângă acestea cu dezvoltarea de zone de vestibule multifuncționale și centre metropolitane;

Construirea de rețele de coloană urbană combinată prin colectori de comunicații multifuncționale cu crearea de noduri de service și reparații.

Dezvoltarea urbană subterană ar trebui organizată conform unui principiu cu mai multe niveluri.

În primul nivel, la o adâncime de până la 15 m, colectoare comune de trecere și semi-pasaj de comunicații inginerești, treceri de pietoni, schimburi de trafic, tuneluri, structuri de metrou puțin adânc, complexe subterane cu trei, cinci etaje pentru producție variată și scopuri auxiliare, mijloace de transport cu motor, infrastructură socială și de servicii.

În al doilea nivel, la o adâncime de până la 30÷40 m, se recomandă amplasarea tunelurilor de transport, intrărilor de cale ferată, nodurilor de schimb, garaje de parcare cu mai multe niveluri, tuneluri principale de comunicații inginerești cu facilități aferente pentru întreținerea acestora, depozite mari și tancuri,

În al treilea nivel, la o adâncime mai mare de 30÷40 m, trebuie să fie linii subterane adânci, tuneluri de transport de tranzit, instalații de tratare, stații de pompare, instalații energetice, întreprinderi subterane cu regim tehnologic specific, industrii periculoase, depozite de materiale toxice. situat.

^ 2. Clasificarea extinsă a ansamblurilor urbane subterane

Structurile subterane urbane ar trebui împărțite în două grupuri.

Primul grup include dotări menite să deservească direct populația și să asigure confortul locuirii în oraș. Acest grup include metroul, tunelurile și nodurile de transport cu motor, garajele și parcări subterane, pasajele subterane, inginerie de rețea, complexe administrative si culturale, comerciale si gospodaresti, sportive.

^ K al doilea grup ar trebui să includă instalații industriale care să asigure, în primul rând, siguranța mediului și industrială și utilizarea rațională a zonelor urbane: stații de pompare de canalizare, diverse tipuri de instalații de tratare, întreprinderi de colectare și prelucrare a deșeurilor, întreprinderi industriale sau instalații individuale ale întreprinderilor industriale, depozite și spații de depozitare, inclusiv spații de depozitare pentru materiale și substanțe deosebit de periculoase, urbane complex energetic etc.

^ 3. Complexe subterane pentru deservirea și asigurarea confortului de locuit pentru populație

3.1. Tuneluri și noduri rutiere urbane

Noțiuni de bază

Tunel - o structură subterană extinsă concepută pentru a trece vehiculele care se deplasează de-a lungul benzilor adiacente sau opuse într-o direcție.

deznodământ - o structură subterană concepută pentru a permite vehiculelor să treacă în diferite direcții.

Pasaj superior tunelului - o structură pentru trecerea vehiculelor pe sub terasamente sau drumuri.

3.2 Tendințe în dezvoltarea comunicațiilor de transport urban la mai multe niveluri

Principalele direcții de soluții de proiectare și abordări fundamentale pentru proiectarea comunicațiilor de transport subteran în orașele super-mari și cele mai mari sunt următoarele.

1. Tunelurile și nodurile subterane sunt destinate unei creșteri sau egalizări bruște a debitului autostrăzilor urbane în zonele urbane dense. Experiența de la Moscova a arătat că crearea unui sistem de comunicații de transport subteran la nodurile principalelor autostrăzi și-a triplat debitul.

2. Construirea tunelurilor de transport este determinată în principal de necesitatea organizării autostrăzilor de trafic continuu. Nodurile subterane asigură o traversare rațională a fluxurilor de trafic la diferite niveluri, exclud vehiculele de la oprirea la semafoare și sporesc siguranța traficului.

3. Comparația opțiunilor de construcție pentru autostrăzile de suprafață și subterane indică o serie de avantaje ale acestora din urmă:

Reducerea teritoriilor alocate de 4-5 ori; conservarea dezvoltării urbane;

Capacitatea de a tranzita fluxuri semnificative de trafic;

Ușurința organizării mișcării la diferite niveluri;

Separarea completă a fluxurilor de trafic și pietonale;

Protecție împotriva condițiilor meteorologice nefavorabile care înrăutățesc condițiile de trafic;

Grad ridicat de conservare a peisajului urban;

Îmbunătățirea situației ecologice.

Avantajele enumerate ale tunelurilor de transport cu motor și nodurilor subterane sunt reduse în zonele urbane periferice.

4. Tunelurile și nodurile subterane ar trebui amenajate, de regulă, în zonele centrale ale orașelor în direcțiile și secțiunile cele mai încărcate. Totodată, trebuie remarcat faptul că construirea unei serii succesive de noduri subterane cu o porțiune scurtă închisă și rampe lungi de intrare-ieșire (lucrări în pantă care leagă tunelul de suprafața pământului) îngreunează deplasarea mașinilor și în mod semnificativ înrăutățește condițiile de funcționare ale drumurilor și străzilor adiacente.

5. Este necesar să se asigure în viitor posibilitatea de a crea sistem complet autostrăzi subterane în afara străzii, care ar trebui să se încadreze organic în tuneluri și noduri subterane care rezolvă problemele prioritare de transport.

6. În vederea dezvoltării sistematice a rețelei de transport auto subteran, până la crearea unui sistem subteran în afara străzii, Planul principal dezvoltarea orașului, este necesar să se includă teritorii de rezervă pentru conectarea structurilor subterane cu suprafața, precum și pentru amplasarea de obiecte care să asigure construcția și funcționarea viitoare. Teritoriile rezervate pot fi folosite înainte de începerea construcției pentru a găzdui instalații temporare destinate să deservească populația.

8. Proiectarea actuală a tunelurilor și a nodurilor subterane ar trebui să plece dintr-o abordare diferențiată.În zona rezidențială 2, este recomandabil să se prevadă o rețea sub-stradă specializată destinată circulației autoturismelor și să se utilizeze structuri de dimensiuni mari pentru transportul mărfurilor. curge.

9. Ar trebui luate în considerare perspectivele de dezvoltare a subteranului retelelor de transport datorită valorii tot mai mari a terenurilor urbane și dezvoltării intensive a tehnologiei tunelurilor.

10. La proiectarea traseelor ​​subterane este necesar să se țină cont de „efectul de perete”, de proximitatea fluxurilor care se apropie, de absența marginilor drumurilor, de deteriorarea condițiilor de vizibilitate, de creșterea nivelului de zgomot, de creșterea rezistenței aerodinamice la traficul vehiculelor (până la până la 15%) și ventilație artificială.

11. Este indicat să se prevadă îndreptarea traseelor, ținând cont de teritoriile libere și neamenajate, de încărcarea de trafic a străzilor și de suprafața traseelor ​​și de natura clădirii.

12. Amplasarea rampelor de intrare-ieșire ar trebui să asigure o astfel de distribuție a fluxurilor de trafic din tunel, ceea ce nu ar complica deplasarea cu succes.

^ Clasificarea tunelurilor și nodurilor de transport urban

Tunelurile și joncțiunile subterane disting între:

dupa adancime: superficial și adânc;

dupa metoda de constructie: construit prin metode deschise, subterane și combinate;

în funcție de natura locației față de suprafața pământului:

Tuneluri simple (cu intrări-ieșiri înclinate - rampe);

Tuneluri montane (construite în orașe cu teren deluros sau montan și dotate cu intrări și ieșiri orizontale - adăposturi);

Tuneluri subacvatice;

Tuneluri viaducte (sub terasamente);

după tipul de intrare și de ieșire:

- cu intrari-iesiri in galerii;

rampe înclinate;

Rampe spiralate;

Rampe combinate;

după lățimea de bandă și numărul de benzi: 3

- Bandă Simplă;

În două sensuri;

cu trei benzi;

Multibanda;

după numărul de niveluri de mișcare:

- cu un singur nivel;

cut;

cu mai multe niveluri;

în funcție de forma conturului secțiunii transversale:

- dreptunghiular;

Boltite (cu bolti directe, cu bolti directe si invers);

Circular;

eliptice etc.;

după tipul de căptușeală(in vederea suportului montan):

Cu beton armat monolit sau căptușeală din beton;

Căptușeală prefabricată din beton armat;

Finisaje tubulaturi;

căptușeli de bloc;

Finisaje spray-beton;

Finisaje de ancorare;

Finisaje combinate;

Fără căptușeală (în roci puternice și stabile);

Cu drumuri de prima categorie;

în funcție de dimensiunile abordării clădirilor:

- full-size (pentru trecerea tuturor tipurilor de transport);

De dimensiuni mici (pentru trecerea mașinilor).

^ Elementele principale ale tunelurilor

Principalele elemente ale tunelurilor sunt:

Tunelul în sine

Intrări-ieșiri (rampe, galerii);

Portaluri;

Tampoane de întoarcere, nișe pentru echipamente și buzunare de siguranță;

Trotuare și borduri, benzi despărțitoare;

Complex de drenaj;

Complex de ventilație;

Sisteme de securitate, inclusiv sisteme de evacuare de urgență pentru șoferi;

Lucrări de service și camere;

Lucrari de constructii.

Secțiunile caracteristice ale tunelurilor rutiere de dimensiune completă sunt prezentate în Fig..3, 4. Secțiunile de schiță ale tunelurilor de dimensiuni reduse sunt prezentate în Fig..5.

Un design tipic al unui cadru din beton prefabricat este prezentat în Fig..6.

Schemele structurale ale portalurilor, zonelor de întoarcere și nișelor tunelurilor rutiere sunt prezentate în Fig..7,.8.

Figura 9 prezintă un exemplu de tunel rutier.

Principii de bază ale trasării tunelurilor

În conformitate cu tendințele de dezvoltare a comunicațiilor de transport urban, trasarea planificată a tunelurilor rutiere ar trebui efectuată ținând cont de următoarele principii:

Tunelurile și nodurile ar trebui amenajate în zonele centrale ale orașelor în direcțiile cele mai încărcate;

Este necesară realizarea de tuneluri extinse care să asigure decuplarea simultană a mai multor noduri de transport, cu rampe intermediare la fiecare 1,5÷2,5 km;

Este necesar să se prevadă posibilitatea dezvoltării în continuare a autostrăzilor subterane (continuarea construcției sau conectarea unor tuneluri suplimentare);

Este recomandabil să se prevadă direcția traseelor, ținând cont de teritoriul liber neamenajat, încărcarea de trafic a străzilor și natura dezvoltării. Raza minimă a curbelor din plan trebuie să fie de cel puțin 250 m;

Amplasarea rampelor de intrare-ieșire ar trebui să asigure o astfel de distribuție a fluxurilor de trafic din tunel și în tunel, ceea ce nu ar complica circulația.

Cerințe de bază pentru trasarea tunelurilor la altitudine mare:

Panta longitudinală maximă nu trebuie să depășească 0,04; în condiții dificile, cu o lungime a tunelului de până la 500 m, panta poate fi mărită la 0,06;

Panta longitudinală minimă ar trebui să fie de 0,003;

Raze de altitudine la viteza de 60 km/h ar trebui să fie egal:

Pentru o curbă convexă - 6000 m;

Pentru o curbă concavă - 1500 m.

Lungimea rampelor de intrare-ieșire ale tunelurilor și nodurilor de dimensiuni mari (unul dintre principalii factori care determină posibilitatea construirii de comunicații de transport subteran în zonele urbane dense) cu pante standard și curbe verticale de tranziție la o viteză de 60 km/h este prezentate în tabel. 1.4.1. Date similare pentru tuneluri și schimburi de dimensiuni reduse sunt date în tabel. 1.4.2.

Lungimea minimă limitativă a rampelor de intrare-ieșire a tunelurilor de dimensiuni reduse, atribuită în funcție de experiența construcțiilor de transport străin, în condiții topografice și inginerești-geologice dificile cu o pantă longitudinală nestandard de 0,1 este dată în Tabel. 1.4.3.

^ Tabelul 1.4.1

Lungimea rampelor pentru tuneluri pline

Tabelul 4.2

^ Lungime redusă a rampei tunelului

Tabelul 4.3

^ Lungimea minimă a rampei pentru tunelurile cu ecartament redus

Notă. Viteza de deplasare - 40 km/h;

Raza minimă a unei curbe convexe este de 400 m;

Raza minimă a curbei concave este de 200 m.

Adâncimea tunelurilor și a nodurilor subterane este legată de caracteristicile reliefului, de natura dezvoltării, de amplasarea structurilor subterane existente și de metoda de construcție. În prezența unui teritoriu liber sau într-o situație de transport favorabilă, avantajele tehnice și economice ale unei metode de construcție deschise sunt incontestabile. Între timp, în zonele centrale ale celor mai mari orașe, posibilitățile de implementare a unei metode de construcție deschisă sunt limitate, prin urmare, ar trebui să se concentreze pe o metodă subterană sau combinată (combinând amplasarea deschisă și închisă a vehiculelor subterane).

Un exemplu de trasare planificată și verticală este prezentat în fig. 1.4.10.

Ventilarea tunelului

Tunelurile sunt ventilate natural și artificial.

Ventilația naturală este permisă cu o lungime a tunelului de până la 150 m. Cu o lungime a tunelului de 150 m până la 2 km, se utilizează scheme de ventilație artificială longitudinală, longitudinal-jet, transversală și combinată (Fig. 1.4.11). În același timp, aerul este furnizat și evacuat prin portaluri, puțuri sau în mod combinat.

Sistemul de ventilație trebuie să asigure funcționarea în siguranță a tunelului în următoarele moduri:

A - normal - circulatia non-stop se desfasoara la viteza maxima admisa la o intensitate corespunzatoare orei de varf;

B - lent - traficul non-stop se desfășoară cu o viteză mai mică de 20 km/h;

B - ambuteiaj - când vehiculele se opresc cu motoarele în funcțiune timp de până la 15 minute.

De regulă, tunelul este echipat cu compartimente de ventilație situate în partea superioară sau inferioară a secțiunii. Secțiunea tunelului cu două compartimente superioare de ventilație este prezentată în fig. 1.4.12.

Costul ventilației în timpul funcționării este de până la 25÷38% din costul total al tunelului.

Drenaj si hidroizolatii in tuneluri

Fluxul de apă în tuneluri se formează din scurgerile de apă subterană prin căptușeală, apa de spălare, apa de stingere a incendiilor.

Drenajul în pardesi scurte de până la 300 m lungime se efectuează de-a lungul pantei unui semn prin gravitație. În tunelurile mai lungi, apa curge de-a lungul versanților cu semne diferite către o stație de pompare a bazinului situată în partea cea mai de jos a tunelului. Pe versanti, apa se transporta in tavi sau colectoare, si se curata de suspensiile din rezervoare de decantare-colectori de apa si de produse petroliere din capcane de gaze si petrol. După curățare, apa este alimentată prin conductele de ocolire la bazin, apoi este pompată prin conducta de presiune direct la canalizarea pluvială a canalizării orașului.

Efluenții care provin din rampe nu trebuie să intre în sistemul de drenaj al tunelului, prin urmare, în secțiunile portal ale tunelului sunt amenajate sisteme de drenaj independente cu instalații de tratare locală. Secțiunile de rampă ale drumurilor orașului ar trebui să fie amenajate astfel încât să împiedice pătrunderea inundațiilor și a apei pluviale în tuneluri.

Pe fig. 1.4.13 prezintă elemente tipice ale sistemului de drenaj al unui tunel rutier.

Alături de drenaj, sunt obligatorii măsuri de asigurare a impermeabilității căptușelilor, inclusiv utilizarea de materiale impermeabile, etanșarea prin injecție a rocilor gazdă, hidroizolarea (vopsire, acoperire, lipire - rulou și film - izolație metalică, impregnare capilară, etanșare).

Caracteristicile dispozitivului de impermeabilizare sunt determinate de condițiile naturale (proprietățile rocilor gazdă), metoda de construcție a tunelului și tipul de căptușeală.

Betonul monolit și căptușelile din beton armat sunt protejate prin hidroizolație exterioară (Fig. 1.4.14, A), aplicat peste un strat de nivelare de beton pulverizat. În rocile slab saturate cu apă, hidroizolația interioară este dispusă cu o carcasă de susținere din beton armat (Fig. 1). A. 14.6). În rocile puternic udate se folosește izolație metalică internă (Fig. 1.4.14.e).

Garniturile prefabricate din beton sunt sigilate la cusăturile dintre blocuri sau tuburi și la îmbinările prin șuruburi cu etanșanți speciali sau garnituri elastice. Cusăturile din căptușelile dintre țevile din fontă, de regulă, sunt „urnite” cu sârmă de plumb sau cablu cu plumb.

Este recomandabil să se efectueze hidroizolarea căptușelilor tunelurilor construite în mod deschis în afara obiectului, de exemplu, prin acoperirea structurii cu impregnări capilare penetron, aquatron etc.

În locurile în care căptușeala tunelului se învecinează cu camerele și în zonele în care căptușeala poate fi deplasată, este necesar să se prevadă montarea rosturilor de dilatație umplute cu mastic hidroizolator elastic și protejate prin diafragme compensatoare.

^ Iluminarea tunelului

Tunelurile rutiere trebuie să aibă iluminat non-stop care să ofere vizibilitate clară a vehiculelor în mișcare, semnale luminoase și semne.

Raportul dintre cea mai mare luminozitate a suprafeței drumului și cea mai mică valoare a acesteia nu trebuie să depășească 3:1. Iluminarea minimă la portalul tunelului ar trebui să fie de cel puțin 750 de lux. În zona portalului se amenajează o zonă de adaptare: pentru a reduce efectul negativ la intrarea în tunel sunt instalate parasolare și căptușeală reflectorizante a rampei și a pereților portalului.

^ Sisteme de siguranță a traficului

• 
  apărare împotriva incendiilor (conducta de incendiu, sisteme automate de stingere a incendiilor, protecție împotriva fumului și eliminarea fumului);
• 
  control asupra dimensiunilor transportului, iar mașina care nu a trecut controlul trebuie să schimbe direcția de mișcare înainte de a intra în tunel);
• 
  amenajarea platformelor pentru întoarcerea vehiculelor pe tronsoane de 250 - 300 m și buzunare de siguranță;
• 
  amenajarea iesirilor de urgenta, a trotuarelor pietonale si a benzilor de siguranta cu latimea de 1 m la separarea fluxurilor din sens opus si la 0,4 m de latura opusa trotuarului;
• 
  un sistem de comunicare și avertizare, un sistem telemetric pentru monitorizarea mișcării, monitorizarea funcționării drenajului, ventilației, conținutului de substanțe nocive din atmosferă și iluminatului;
• 
  protectie impotriva accesului neautorizat in spatii inchise;
• 
  un sistem de monitorizare a funcționării sistemelor automatizate care asigură funcționarea fără accidente și în siguranță a tunelului.

Deschiderea tunelului numit sistem de asigurare a accesului la lucrările de construcții (fețe). În condițiile dezvoltării urbane, sistemele de deschidere sunt utilizate prin secțiuni de rampă, prin puțuri și un sistem combinat - prin secțiuni de rampă și puțuri. Schemele de deschidere care implementează aceste sisteme sunt prezentate în fig. 1.4.15. În tunelurile urbane de munte, pentru deschidere se folosesc adite și combinații de adite cu trunchi.

^ 1.4.3.2. Garaje subterane și parcări Concepte de bază

garaj subteran - o instalație concepută pentru depozitarea pe termen lung și scurt a vehiculelor, precum și pentru repararea și întreținerea acestora.

Parcare subterană (parcare) - clădire pentru depozitarea pe termen scurt a vehiculelor.

- © M.N. Shuplik, 2014

ULC 622.25/26(075.8)

M.N. Shuplik

ANALIZA METODELOR SPECIALE DE CONSTRUCȚIE A STRUCTURILOR SUBTERANE ÎN CONDIȚII URBANISME

Sunt luate în considerare caracteristicile construcției structurilor subterane în condiții hidrogeologice complexe de dezvoltare urbană densă. Se analizează metodele de construcție cu ajutorul suporturilor de împrejmuire, cu utilizarea deshidratării, înghețarii artificiale a solurilor, jet grouting, precum și cu ajutorul astupării prealabile a solurilor. Pentru fiecare dintre metodele luate în considerare, zonele lor aplicare eficientăși perspective de utilizare în construcții urbane subterane. Cuvinte cheie: construcție de structuri subterane, împrejmuire, deshidratare, înghețare artificială a solurilor, jet grouting, astupare a solurilor.

Dezvoltare rapidă orașele moderne, creșterea continuă a populației lor și a teritoriilor ocupate, precum și ratele ridicate ale progresului social și științific și tehnologic ridică brusc problema dezvoltării sistematice și eficiente a spațiului subteran al celor mai mari orașe și a plasării obiectelor. de diverse scopuri în acest spaţiu. Studiile arată că numai în următorii cinci ani, peste 600 km de tuneluri cu destinații diverse, peste 200 de facilități sociale și culturale, precum și alte structuri subterane care asigură funcționarea normală a orașelor, vor fi construite în spațiul subteran de mari dimensiuni. orase.

Conceptul de dezvoltare socio-economică cuprinzătoare a Moscovei până în 2015, aprobat de Guvernul Moscovei, care se bazează pe economic și dezvoltare sociala al regiunii ca un singur complex, prevede o creștere de 2,5-3 ori a productivității muncii în sectorul de producție.

munca si productia. Aplicație largă planificată tehnologii moderne, sisteme automate flexibile și robotică, aprofundarea specializării și dezvoltarea industriilor intersectoriale. Introducerea dezvoltărilor științifice și tehnice este menită să reducă semnificativ consumul de energie și material al producției, să reducă timpul de creare și stăpânire de noi echipamente și tehnologii de 3-4 ori.

Trebuie subliniat faptul că dezvoltarea spațiului subteran se va realiza cu o atenție sporită la problemele de mediu, economisirea resurselor de apă și energie, în timp ce se va urmări o politică strictă de economisire a resurselor.

Alegerea metodei și tehnologiei pentru realizarea lucrărilor în construcția structurilor subterane urbane depinde în mare măsură de un întreg complex de factori interdependenți. Adâncimea structurii este de cea mai mare importanță. Deci, atunci când se construiesc tuneluri utilitare la o adâncime ce depășește 6-7 m, din punct de vedere economic, este indicat să se treacă la metodele de tuneluri închise folosind scuturi de tunel. În același timp, odată cu creșterea adâncimii, probabilitatea de foraj în condiții hidrogeologice nefavorabile crește brusc. De exemplu, mai jos sunt rezultatele medii ale analizei condițiilor hidrogeologice pentru orașul Moscova, din care se poate observa că, începând de la o adâncime de 20 m, construcția de instalații subterane se realizează, de regulă, în soluri inundate.

Adânc - soluri instabile (nisipoase), % soluri stabile (argiloase), %

udat neudat udat neudat

10 28 28,25 20 23,75

15 52,5 14,5 20,25 6,75

20 61,37 3,29 33,6 1,8

Analizând condițiile hidrogeologice ale construcțiilor subterane în alte orașe mari ale Rusiei, se poate afirma că în aproximativ 20% din cazuri se construiesc sau vor fi construite structuri subterane în condiții miniere și geologice dificile, caracterizate prin soluri instabile cu coeficienți de filtrare scăzuti, adesea cu apă subterană sub presiune.

La Moscova, astfel de condiții reprezintă aproximativ 24% din volumul total al construcțiilor subterane. În aceste condiții, construcția de structuri subterane necesită utilizarea unor metode speciale de lucru.

În ultimii ani, datorită introducerii intensive a scuturilor moderne și a complexelor de micro-panouri, constructorii au început să spună din ce în ce mai mult că, odată cu introducerea lor, rolul și importanța metodelor speciale în construcția subterană urbană nu este la fel de acută ca înainte. Într-adevăr, în ultimii 10 ani, scuturile cu încărcări hidraulice și de sol, complexe de micropanouri, instalații de perforare au fost introduse în practica construirii de tuneluri în diverse scopuri, cu ajutorul cărora este posibilă construirea de instalații subterane în cel mai mult condiţii hidrogeologice dificile cu o presiune a apei de până la 40 m. Toate acestea sunt adevărate. Dar utilizarea complexelor moderne de scuturi necesită o cantitate mare de lucrări pregătitoare pentru construcția de puțuri, camere, deșeuri tehnologice, ceea ce este aproape imposibil de realizat fără utilizarea unor metode speciale. Astfel, cu utilizarea complexelor moderne de panouri, este posibil să se construiască tuneluri cu o viteză de 70-200 de metri pe lună. Dar din cauza operațiunilor de foraj pregătitoare și finale, avantajele de viteză ale unor astfel de complexe se pierd, mai ales dacă tunelurile sunt de lungime mică, ceea ce, apropo, este tipic pentru construcțiile subterane urbane, unde lungimea tunelurilor utilitare de la asamblare până la dezmembrare. camerele variază de la 30 la 150 de metri.

Foarte des apar probleme asociate cu scufundarea defecțiunilor între tuneluri în timpul construcției tunelurilor de transport. Tunelurile în sine trec fără probleme la viteze suficient de mari, iar timpul petrecut cu defecțiunile de scufundare în condiții hidrogeologice dificile depășește uneori timpul petrecut pentru tuneluri.

Să ne oprim asupra analizei celor mai utilizate metode speciale în construcțiile urbane subterane. De remarcat că o metodă specială de construcție înseamnă implementarea unui set suplimentar de măsuri, impacturi care se efectuează înainte de începerea operațiunilor miniere în acvifere necoezive, slab stabile sau în roci puternic fracturate și acvifere. Asemenea activități

vă permit să creați condiții sigure și confortabile pentru excavarea rocii și ridicarea de căptușeli temporare sau permanente, fără a încălca integritatea masivului din jur și a afecta utilitățile subterane care intră în zona de construcție.

În funcție de natura impactului asupra acviferelor, de durata activităților, precum și de tipul de echipament utilizat pentru efectuarea lucrărilor, metodele speciale în construcția subterană urbană pot fi împărțite în trei grupe, cu condiția:

utilizarea suporturilor temporare sau permanente de gard, fără a modifica proprietățile fizice și mecanice ale rocilor gazdă;

modificare temporară a proprietăților fizice și mecanice ale rocilor pentru perioada lucrărilor la construcția unei structuri subterane

fixarea rocilor pentru perioada constructiei si functionarii unei structuri subterane.

Să le luăm în considerare mai detaliat.

Metode speciale de construire a structurilor subterane urbane cu utilizarea împrejmuiri temporare sau permanente fără modificarea proprietăților fizice și mecanice ale rocilor gazdă.

Când se utilizează metode speciale ale primului grup, înainte de începerea lucrărilor miniere și de construcție, se ridică o căptușeală de protecție de-a lungul conturului viitoarei structuri subterane, sub protecția căreia se efectuează excavarea în viitor și, uneori, ridicarea. a unei căptușeli permanente.

In functie de material si design, suporturile de imprejmuire pot fi realizate din: elemente de palplanse individuale cufundate in pamant pana la adancimea estimata (stablo); din cochilii închise monolitice sau prefabricate, dintr-un material cu rezistență suficientă, se scufundă sub acțiunea propriei greutăți pe măsură ce se dezvoltă pământul din interiorul cochiliei (suporturi de coborâre); de la beton armat monolit sau prefabricat în șanțuri înguste, rupte de-a lungul perimetrului unei structuri subterane până la întreaga sa adâncime, de regulă, până la un acviclud (perete în pământ).

Dintre metodele speciale enumerate ale primului grup, peretele din pământ în diverse modele tehnologice își găsește cea mai mare aplicație în practica construcțiilor urbane.

Construcția structurilor subterane folosind metoda zid-în-sol constă în faptul că, mai întâi, un șanț de 0,4-1,5 m lățime este rupt de-a lungul conturului până la întreaga adâncime a structurii. . O soluție de argilă tixotropă, având o vâscozitate scăzută și o capacitate mare de argilă, pătrunde în sol și înfundă pereții șanțului, formând pe suprafața lor o crustă subțire (0,5-30 mm) și destul de densă și durabilă. Prezența unui astfel de turt de argilă previne filtrarea excesivă a soluției de argilă în masa de sol și împiedică prăbușirea peretelui șanțului. Tortul de argila este si un fel de paravan care asigura transferul presiunii statice si dinamice a solutiei de argila la sol. Pentru stabilitatea pereților șanțului, este necesar ca presiunea soluției de argilă să depășească presiunea solului și a apei. Din această condiție se găsește densitatea necesară a soluției de argilă, care variază de obicei între 1,05-1,2 g/cm3. După excavarea șanțului până la adâncimea de proiectare, soluția de argilă este înlocuită cu căptușeală permanentă. Sub protecția pereților ridicați, în viitor, se realizează dezvoltarea solului din interiorul structurii.

Suportul permanent de-a lungul conturului unei structuri subterane cu această metodă poate fi realizat din beton armat monolit sau din beton prefabricat. În ultimii ani, construcția zidului în pământ în jurul perimetrului se face adesea din piloți îmbinați între ele (piloți secanti).

După cum a arătat experiența, utilizarea metodei zid-în-sol este cea mai eficientă în condiții hidrogeologice dificile, în prezența unui nivel ridicat de apă subterană și a unui acviclu la o adâncime practic realizabilă.

Echipamentul utilizat în prezent face posibilă construirea de pereți în pământ până la o adâncime de 70 m. În Rusia, un zid în pământ este construit la o adâncime maximă de 38 m. După cum a demonstrat experiența, cu o adâncime a peretelui în teren mai mic de 8 m, utilizarea metodei de obicei nu oferă avantaje tehnice și economice semnificative și nu apare în practica construcțiilor. Atunci când se determină adâncimea peretelui în pământ, ar trebui să se țină cont de necesitatea adâncirii acestuia în acviclud. Valoarea adâncimii se ia egală cu: în dens

stâncă 0,5-1 m, în marnă și argilă densă 0,75-1,5 m, în lut plastic și argilă 1,5-2 m.

Utilizarea unui perete în pământ este limitată în prezența solurilor care conțin incluziuni solide de origine naturală sau artificială (bolovani mari, fragmente de structuri din beton, zidărie etc.). În astfel de cazuri, atunci când se dezvoltă un șanț, este necesar să se utilizeze echipamente echipate cu echipamente de frezat, de exemplu, Casagrande, Bauer, TONE Boring.

Utilizarea echipamentelor cu clapetă, care îndepărtează incluziunile mari, poate duce la deformarea peretelui șanțului, la o scădere a nivelului mortarului tixotrop și la deformarea masivului din jur și a clădirilor din apropiere.

Utilizarea metodei luate în considerare este dificilă în prezența nămolurilor curgătoare, nisipurilor mișcătoare, care apar lângă suprafața pământului.

Este dificil de aplicat metoda în soluri cu coeficienți de filtrare mari (viteze mari de deplasare a apei subterane), în care apar scurgeri mari de soluție de argilă, excluzând posibilitatea formării de ecrane pe pereții șanțului. Dificultăți apar și în prezența apei sub presiune cu o presiune care depășește presiunea hidraulică în șanț, drept urmare șanțul funcționează ca un dren.

Evaluând metoda luată în considerare, trebuie remarcat faptul că, cu tehnologia potrivită pentru implementarea acesteia, aceasta îndeplinește cel mai pe deplin cerințele de siguranță a construcției în zonele urbane dense. Cu ajutorul acestuia, puteți construi instalații subterane în imediata apropiere a clădirilor, structurilor și utilităților subterane. In principiu, un zid in pamant poate fi ridicat la o distanta ce depaseste 0,4 m fata de cladirile si structurile existente, prevenind deformarile si deplasarea solurilor la o adancime de 60 m.

O analiză a experienței de producție a utilizării unui zid în pământ în Rusia arată că, din cauza nerespectării reglementărilor tehnice de construcție, obiectele construite folosind metoda în cauză, în majoritatea cazurilor, prezentau defecte grave.

Cel mai frecvent defect este inconsecvența porților individuale (pilote) în adâncime. Așadar, în timpul construcției unui zid în pământ, fără adâncime care depășește 18 m, în 90% din cazuri, structurile au prezentat neconcordanțe în adâncime și, ca urmare, scurgeri de apă, urmate de

îndepărtarea solului. Motivul acestei situații este lipsa în unele cazuri a mijloacelor tehnice moderne de control al verticalității în procesul de excavare a solului din șanțuri, neluarea în considerare a condițiilor hidrogeologice reale în timpul procesului de construcție, calificări scăzute și disciplină performantă.

Punctul slab al peretelui din pamant sunt rosturile, in special cele nefunctionale, formate cu ajutorul tevilor. Astfel de îmbinări nu rețin bine apa și sunt o sursă de îndepărtare a solului în structură pe măsură ce este ridicată. Adevărat, în ultimii ani, pentru a reduce fluxul de apă prin cusături, structuri speciale de cusătură și materiale (stopsol, waterstop etc.)

Probleme apar adesea la excavarea solului din interiorul structurii. Datorită fixării de proastă calitate a structurilor, apar deformații inacceptabile și, uneori, stabilitatea acestora se pierde.

Pentru a asigura stabilitatea pereților în pământ cu o adâncime a gropii mai mare de 4-6 m, este necesar să se folosească fixarea acestora cu distanțiere sau structuri de ancorare.

Avantajele sistemelor de distanțiere față de sistemele de ancorare includ următoarele: instalarea lor este mai simplă, mai ieftină și nu necesită tehnologie specială și echipamente speciale, pot fi refolosite. Prin urmare, acolo unde este posibil, ar trebui să fie preferate sistemele distanțiere.

Utilizarea ancorelor de fixare a structurilor de închidere ale gropilor în locul sistemelor de distanțiere oferă în multe cazuri o serie de avantaje tehnice și economice, dintre care cele mai importante sunt:

Nu există restricții privind lățimea gropii;

Frontul de dezvoltare a solului în groapă se extinde cu echipamente de construcții;

Nu există interferențe în timpul instalării structurilor structurii;

Nu este nevoie să relocați elementele distanțiere;

Utilizarea, acolo unde este posibil, a prinderii unilaterale a gardului de excavare;

Un efect tehnic și economic semnificativ se realizează în operațiunile tehnologice ulterioare pentru construcția unei structuri subterane (lucrări de pământ, montaj structuri de construcție), ceea ce asigură o reducere semnificativă a timpului de construcție.

Ancorele pot fi instalate în toate solurile cu excepția celor slabe (argile fluide, nămoluri, soluri turboase și turboase, soluri cedante).

În cazurile în care este posibil, este recomandabil să se depună eforturi pentru a renunța la fixarea gardului de excavare cu structuri de distanțiere temporare sau elemente de ancorare și se trece la metodele de construcție a structurilor subterane „de sus în jos” și „de sus în jos”, în care podelele interplan. Dezvoltarea solului în groapă în acest caz se realizează sub protecția podelelor și se realizează cu excavatoare de dimensiuni mici și buldozere convenționale. Eliberarea solului - cu ajutorul unui excavator cu clapetă prin orificiile de montare din tavane.

Aceste metode de construcție sunt cele mai crunte în raport cu clădirile existente în apropiere, oferind așezări minime ale clădirilor și structurilor existente în comparație cu alte metode de fixare a gropilor.

Metoda de construcție sus-jos implică construirea de clădiri cu mai multe etaje subterane prin construirea simultană a etajelor în sus și în jos de la nivelul solului cu o incintă de excavare zid în sol, care servește adesea ca zid al părții subterane a clădirii. Construcția conform schemei „sus-jos” începe cu instalarea de șanțuri „pereți în pământ” de-a lungul perimetrului structurii și suporturi intermediare de foraj (stâlpi). Pereții șanțurilor și șirurile de foraj servesc drept suport pentru viitoarele structuri superioare. Apoi, excavarea deschisă a solului începe pe primul nivel subteran și, în paralel cu prinderile, se ridică un tavan deasupra primului etaj (la nivelul solului). Când betonul de podea atinge 75% rezistență la nivelul solului, o macara turn este instalată permanent pe acesta într-o zonă special armată. Când betonul de pardoseală ajunge la 100% rezistență, începe construcția structurilor parterului și, în același timp, se realizează construcția etajului al doilea și a subsolului următor.

A doua din grupă în ceea ce privește volumele de aplicare în construcțiile urbane subterane este metoda de construcție folosind palplanșe. Metoda a fost dovedită de mult timp și constă în faptul că, înainte de începerea săpăturii de-a lungul conturului viitoarei structuri subterane, o palplanșă temporară constând din elemente de palplanse separate este scufundată strâns una pe cealaltă până la grosimea completă a solurilor instabile. . Un set de palplanșe înconjurate în jurul întregului perimetru al unei structuri subterane se numește așezare. Palplanșele trebuie să fie impermeabile, durabile și să nu se deformeze la scufundare; ar trebui să fie îngropat în acviclud la cel puțin 1-1,5 m și să iasă la 1-2 m deasupra acviferului.

Este recomandabil să se folosească palplanșe în următoarele condiții: grosimea solurilor instabile este de la 5 la 12 m; adâncimea solurilor instabile nu este mai mare de 20 m de la suprafață; prezența unui acviclud cu o grosime de cel puțin 3 m sub soluri instabile; absența în secțiunea geologică a bolovanilor și incluziunilor solide cu diametrul mai mare de 20 cm; presiunea apei subterane până la 12 m.

O analiză a experienței în construcția de structuri urbane subterane arată că palplanșele sunt utilizate cu succes de mulți ani în construcția de camere pentru utilități subterane, puțuri de mine, stații de pompare, tuneluri de metrou puțin adânci și alte structuri subterane în apropierea clădirilor, utilități subterane. .

Dezavantajul tehnologiei de construire a instalațiilor subterane folosind palplanșe este că ciocanele mecanice sunt adesea folosite pentru a conduce palplanșe, care afectează negativ clădirile și structurile din apropiere. Pentru a elimina acest dezavantaj, în ultimii ani, palplanșele au fost scufundate cu ajutorul ciocanelor vibratoare. Este evident că în următorii ani palplanșele, datorită simplității și fiabilității sale, nu își vor pierde din atractivitate și vor fi folosite în construcțiile urbane subterane mulți ani de acum înainte.

O tehnologie de construcție care a fost folosită cu succes de zeci de ani și aparține primului grup de metode speciale este construcția de instalații subterane urbane prin metoda coborârii.

Construcția instalațiilor subterane prin metoda coborârii constă în faptul că pe șantierul pregătit pentru construcție se ridică inițial pereții (structura) viitoarei structuri subterane, care sunt echipate cu un sabot de tăiere în partea inferioară. Ulterior, solul este îndepărtat în conturul interior al structurii subterane. Pe măsură ce solul este excavat, structura viitoarei instalații subterane este scufundată în matrice până când ajunge la adâncimea de proiectare.

O astfel de metodă în literatura tehnică este adesea numită metoda unei doline sau suport submersibil, în funcție de tipul și scopul structurii care se construiește.

În funcție de scopul lor, structurile de picături pot fi împărțite în două tipuri: puțuri de picături pentru instalarea clădirilor și structurilor critice și structurile subterane de picături pentru amplasarea echipamentelor tehnologice și a spațiilor de serviciu (stații de pompare de captare a apei și canalizare, depozite și spații de depozitare pentru diverse scopuri). ). Dimensiunile puțurilor de cădere sunt de obicei mici - până la 4 m în diametru. Adâncimea de scufundare ajunge la 130 m.

Structurile subterane de coborâre în formă sunt realizate rotunde sau dreptunghiulare în dimensiuni mari până la 60 m diametru și până la 250x50 m în plan. Cu toate acestea, adâncimea de scufundare a unor astfel de structuri subterane nu depășește 60 m.

Metoda drop în construcțiile urbane subterane este folosită destul de des. Pentru a extinde domeniul de aplicare, coborârea structurilor subterane se realizează în cea mai mare parte în așa-numita manta tixotropică. Esența metodei de coborâre într-o jachetă tixotropă este utilizarea unei soluții de argilă tixotropă, care este utilizată pentru a umple cavitatea dintre suprafața exterioară a structurii și sol, ceea ce reduce semnificativ frecarea laterală și asigură stabilitatea pereților solului. . O cavitate de 10-15 cm lățime, care este umplută cu o soluție de argilă, este creată din cauza unei proeminențe pe partea cuțitului a structurii de coborâre.

De remarcat că în ultimii ani metoda de coborâre a fost înlocuită treptat cu alte metode speciale și, în special, cu un zid în pământ. În ciuda acestui fapt, metoda de coborâre, datorită simplității, costului redus, fiabilității și experienței de lucru, va fi folosită mulți ani de acum înainte în construcția de instalații subterane urbane în zonele urbane dense.

Metode speciale în care se efectuează o modificare temporară a proprietăților fizice și mecanice ale rocilor pentru perioada de lucru la construcția unei structuri subterane

Metodele speciale de construcție a structurilor subterane urbane cu proprietăți în schimbare temporară includ: înghețarea artificială a rocilor; deshidratare; tuneluri sub aer comprimat (cheson).

Înghețarea artificială a rocilor

Metoda constă în faptul că, înainte de începerea lucrărilor miniere și de construcție de-a lungul conturului structurii subterane, se forează un sistem de puțuri dotate cu coloane de înghețare la fiecare 0,8-2 m. Un agent frigorific (de obicei o soluție apoasă de clorură de calciu) este pompat prin puțurile de congelare cu temperaturi negative (înghețare cu saramură).

Ca urmare a circulației constante a lichidului de răcire în coloanele de îngheț, apa din rocă îngheață și se formează treptat cilindri de rocă de gheață în jurul fiecărei coloane, care ulterior se contopesc într-o singură incintă de rocă de gheață. Ca urmare a trecerii apei în gheață și a scăderii temperaturii, rocile înghețate își schimbă brusc proprietățile fizice și mecanice inițiale (rezistență, aderență etc.), ceea ce face posibilă începerea operațiunilor miniere atunci când peretele de gheață ajunge la proiect. dimensiuni.

În acest caz, bariera de gheață joacă rolul unei căptușeli temporare de închidere etanșă, oferind condiții sigure pentru producerea lucrărilor miniere și de construcții.

Bariera de gheață se menține înghețată până la finalizarea construcției structurii subterane. După construcția structurii, bariera gheață-rocă este eliminată.

Pe lângă înghețarea cu saramură, în practica construcțiilor urbane subterane se mai folosesc și metode fără saramură (înghețarea cu azot lichid, înghețarea cu utilizarea dioxidului de carbon solid).

Trebuie remarcat faptul că metoda de înghețare a rocilor este una dintre cele mai importante metode speciale în practica mondială.

Metoda a fost utilizată pe scară largă în Germania, Japonia, Polonia, Canada, Marea Britanie și alte țări.

Metoda de înghețare a rocilor este universală. Este folosit cu succes pentru scufundarea puțurilor atât în ​​acvifere fracturate, cât și în cele afânate în condiții de filtrare a apelor subterane. Înghețarea poate fi efectuată la aproape orice adâncime. Metoda de congelare rămâne încă cea mai fiabilă și universală metodă specială atât în ​​zonele urbane dense, cât și în industriile miniere.

Înghețarea artificială a solurilor a devenit larg răspândită datorită faptului că această metodă este destul de bine dezvoltată din punct de vedere tehnic. Au fost create echipamente de foraj puternice, stații de înghețare fixe și mobile de înaltă performanță. Metoda de congelare are și o bază științifică bună. Au fost efectuate studii teoretice și experimentale pentru a studia procesele de transfer de căldură nestaționare într-o masă de rocă, coloane de congelare, echipamente de refrigerare, s-au acumulat date solide despre proprietățile termice și mecanice ale rocilor înghețate, metode de inginerie pentru calculul proiectării gheții. au fost dezvoltate bariere și echipamente frigorifice. Sunt propuse tehnologii care economisesc resursele, fără mașini, pentru înghețarea solului, folosind dioxid de carbon solid (gheață carbonică) ca agent frigorific.

Pentru a îmbunătăți în continuare metoda, o nouă tehnologie de proiectare și instalare pentru coloanele de congelare fără șuruburi a fost propusă și justificată la Universitatea de Stat de Mine din Moscova. Această tehnologie este indispensabilă pentru înghețarea solurilor la adâncimi mici (până la 25 m), precum și pentru înghețarea solurilor între tunelurile de transport, deoarece nu implică forarea și instalarea puțurilor de congelare, ceea ce duce la o accelerare bruscă a lucrărilor de instalare, o scăderea intensității metalului a metodei, reducând timpul și, ca urmare, costul înghețului.

În ciuda celor de mai sus, în ultimii 10 ani, volumul de construcție a structurilor subterane prin metoda înghețului a scăzut nerezonabil de brusc. Există mai multe motive pentru această situație.

În primul rând, se crede că metoda este foarte costisitoare, deși studii serioase pe acest subiect compară tehnica și cea economică.

nu s-au realizat indicatori economici cu alte metode alternative.

În al doilea rând, în ultimii ani, în practica construcțiilor urbane, la excavarea puțurilor, camerelor și a altor obiecte care necesită utilizarea unei perdele de hidroizolație temporară, unde înghețarea artificială a solurilor poate fi utilizată în mod fiabil și cu succes, structuri masive de închidere (un zid în sol în diverse modele, jet grouting, suport de coborâre). Prezența lor în sol duce în cele mai multe cazuri la o încălcare a regimului hidrogeologic al mișcării apelor subterane, la apariția efectelor de baraj și la alte consecințe negative.

Când se utilizează înghețarea artificială, după excavarea și oprirea stației de congelare, masa de sol se dezgheță natural în 2-4 luni sau artificial în 1-1,5 luni, iar situația hidrogeologică naturală este restabilită în zona de lucru.

În al treilea rând, unul dintre motivele scăderii volumelor de îngheț este lipsa stațiilor mobile mobile. Parcul existent de stații PHS-100 este învechit din punct de vedere fizic și moral și trebuie înlocuit cu unități frigorifice mai moderne.

Universitatea de Stat de Mine din Moscova (MGGU) lucrează continuu la îmbunătățirea metodei de congelare și la reducerea acesteia. În ultimii ani, au fost fundamentate și dezvoltate și testate cu succes noi metode de înghețare care economisesc resursele în raport cu condițiile urbane folosind dioxid de carbon solid, care fac posibilă abandonarea stațiilor de congelare și crearea incintelor de gheață de dimensiuni proiectate în 5-10 zile. în loc de 30-70 de zile cu congelare cu saramură

În prezent, la Universitatea de Stat din Moscova se desfășoară lucrări de cercetare pentru îmbunătățirea în continuare a metodei de congelare fără saramură. Au fost fundamentate și dezvoltate metode combinate de congelare, în care lichidul de răcire poate fi răcit cu dioxid de carbon solid la temperaturi de la -20 la -60 de grade în evaporatoare speciale. Această metodă vă permite să creați dimensiuni de design într-un timp scurt (5-10 zile)

împrejmuire cu pământ de gheață cu o reducere bruscă a costurilor cu materiale, energie și costuri în comparație cu metoda tradițională a saramurului.

A doua direcție de cercetare este căutarea rezervelor pentru reducerea costurilor cu materialele și costurile în timpul înghețului solurilor prin îmbunătățirea proceselor de forare și instalare a coloanelor de înghețare și a timpului de formare a unui gard gheață-sol de dimensiuni de proiectare, fiecare dintre ele necesită de la 35 la 40% din timpul total de congelare.

Studiile efectuate au arătat că economisirea resurselor și intensificarea procesului de înghețare a solului în condiții urbane pot fi realizate prin trecerea, acolo unde este posibil din punct de vedere tehnic, la proiectarea coloanelor de înghețare de tip nou cu înfășurare cu șurub de armătură în jurul perimetrului său pt. întreaga lungime, excluzând utilizarea operațiunilor de foraj în timpul instalării acestuia. Experimentele pilot au arătat că proiectarea propusă a coloanei de un nou tip este eficientă, le permite să fie înșurubate la o adâncime predeterminată.

Aplicarea rezultatelor studiilor efectuate contribuie la îmbunătățirea în continuare a tehnologiei de înghețare artificială a solurilor în condiții urbane și va reduce costurile materiale și de cost.

Deshidratarea

Deshidratarea este utilizată pentru reducerea temporară (pentru perioada de construcție) a presiunii (nivelurilor) hidrostatice a apelor subterane pentru a crea condiții mai favorabile și sigure pentru lucrările miniere și de construcții.

Sarcina de deshidratare este crearea și menținerea zonei necesare de soluri drenate pentru perioada construcției unei structuri subterane, care să permită desfășurarea operațiunilor miniere în condiții relativ favorabile.

Alegerea metodei de deshidratare depinde de: proprietățile și condițiile de apariție a solului, condițiile de alimentare cu apă subterană, permeabilitatea apei (coeficientul de filtrare) a solurilor drenate, dimensiunea zonei drenate în sol, grosimea acviferului, caracteristicile mijloacelor tehnice de deshidratare.

Cea mai utilizată metodă de deshidratare la suprafață. Totuși, în funcție de tip și locație

dispozitivele de deshidratare utilizează o schemă de deshidratare liniară - dispozitivele de deshidratare sunt dispuse în rând în linie dreaptă; contur - când sunt situate de-a lungul conturului care învăluie structura; inel, când conturul locației dispozitivelor de reducere a apei este închis; paragate - când dispozitivele de reducere a apei sunt amplasate pe mai multe margini de-a lungul adâncimii gropii.

În funcție de metoda de deshidratare, se folosesc următoarele mijloace tehnice. Pentru deshidratarea la suprafață mică și subterană se folosesc instalații de puțuri ușoare (PIU), puncte de puțuri de ejectare (EI), instalații de vid (UVV) și de deshidratare în fund (UZVM). Pentru deshidratarea la suprafață adâncă, se folosesc puțuri de deshidratare și absorbție de apă și pompe puternice. Pentru o alegere aproximativă a mijloacelor de deshidratare, se recomandă masa. unu.

Metoda de deshidratare este de departe cea mai comună metodă specială de construcție a structurilor subterane urbane datorită simplității, eficienței, experienței extinse de aplicare și a costurilor reduse în comparație cu alte metode speciale.

În ultimii ani, o opinie nu a fost justificată cu privire la consecințele catastrofale ale deshidratării artificiale, care provoacă precipitații suplimentare ale solului și deformările asociate ale clădirilor adiacente. Evitati problema cu consecințe posibile sediment de la deshidratare, multor designeri li se pare doar dacă structura de închidere este construită la grosimea completă a acviferului, ceea ce este complet greșit. Această situație se datorează faptului că în prezent nu există studii teoretice fiabile ale efectului procesului de deshidratare asupra precipitațiilor de pe suprafața pământului, din cauza complexității descrierii proceselor care au loc în masiv în timpul deshidratării. Metodele de modelare pe computer sunt încă folosite în volume limitate și nu sunt disponibile pentru mulți designeri.

O analiză a experienței de deshidratare în condiții urbane arată că precipitațiile de pe suprafața pământului în timpul implementării sale au loc, de regulă, fără probleme pe zonă și amploarea lor depinde în principal de: designul filtrului, adâncimea și timpul

Soluri Coeficient de filtrare Kf, m/zi Valoarea scăderii nivelului apei subterane, m

până la 5 până la 20 peste 20

Lut nisipos, nisipuri mâloase 0,2-0,7 Instalații EVVU, UVV, LIU, EI Instalații cu paragate, LIU, EI, EVVU Puțuri cu pompe submersibile și aspirare suplimentară

Nisipuri: fine mediu grosier 1-10 10-25 25-50 Puncte ușoare de puț

Puncte de evacuare cu un singur nivel Mai multe niveluri La fel

Nisipuri grosiere, pietriș Pământ pietriș Peste 50 Pomparea apei dintr-un puț cu pompe centrifuge Pomparea apei dintr-un puț cu pompe submersibile La fel

Straturi multistratificate de roci cu permeabilitate diferita 0,005-200 Determinate in functie de conditiile geologice si hidrogeologice specifice

deshidratare. Timpul și adâncimea de deshidratare au cea mai mare influență asupra precipitațiilor de suprafață.

De exemplu, la adâncimi de deshidratare mai mare de 10 m prin puțuri de deshidratare timp de o lună sau mai mult, cantitatea de sediment poate ajunge la 50-70 mm, iar la deshidratarea prin instalații de vid timp de 10-20 de zile, precipitațiile uneori nu apar la toate sau fluctuează în intervalul de 1-5 mm și numai cu utilizarea lor pe termen lung (50-70 de zile) precipitațiile pot ajunge la 10-15 mm.

În acest sens, în cazurile cele mai critice, când extragerea apei se efectuează în condiții de dezvoltare urbană densă, pentru a prezice posibile precipitații, este necesar să se efectueze modelarea computerizată ținând cont de condițiile hidrogeologice, de tehnologia de lucru și de durata procesul de extragere a apei.

Metode speciale în care se efectuează fixarea porilor de rocă pentru perioada de construcție și exploatare a unei structuri semiterrenate

Cele mai frecvente metode speciale ale acestui grup utilizate în construcțiile urbane subterane includ: cimentarea rocilor, silicificarea solului, fixarea chimică, jet grouting (uneori se numește jet grouting).

Cimentare. Esența cimentării constă în faptul că, înainte de începerea lucrărilor miniere și de construcție, puțurile sunt forate de-a lungul perimetrului structurii și, uneori, pe întreaga sa zonă, iar mortar de ciment este injectat în ele sub presiune. Soluția, răspândindu-se la o anumită distanță de fântână, umple golurile și crăpăturile din stânci. După ce soluția s-a întărit, rezistența la apă a masei de rocă este semnificativ redusă, ceea ce face posibilă construirea de structuri subterane în interiorul rocilor fixe în absența sau cu un aflux ușor de apă în față.

Cimentarea trebuie utilizată: în roci puternic fracturate, cu dimensiunea fisurii de cel puțin 0,1 mm, o absorbție specifică de apă mai mare de 0,05 l/s și un debit al apei subterane mai mic de 600 m/zi; în roci de pietriș-pietriș cu o dimensiune a granulelor mai mare de 2 mm, cu condiția ca porii dintre boabe să fie lipsiți de particule de argilă sau nisip; în nisipuri cu granulaţie grosieră cu diametrul granulelor mai mare de 0,8 mm.

Aici aș dori să atrag atenția asupra condițiilor de utilizare a cimentării. Cert este că, în practică, atunci când se efectuează lucrări de construcție, mortarele de ciment sunt adesea injectate în sol, fără a acorda atenție compoziției lor granulometrice. În acest caz, metoda în orice condiții de sol se numește cimentare. În cazul în care mortarul de ciment este injectat în soluri fin dispersate cu un diametru de particule mai mic de 0,8 mm, soliditatea matricei fixe nu va funcționa și apa va curge prin șira tratată în timpul operațiunilor miniere. În această situație, când mortarul de ciment este injectat în sol fin dispersat din cauza presiunii mortarului, masivul este fracturat hidraulic, se formează fisuri artificiale, de-a lungul cărora mortarul curge uneori pe distanțe considerabile de la locul de muncă. În acest caz, este greșit să vorbim despre consolidarea matricei. În cel mai bun caz, există o compactare parțială a solului. Dacă se lucrează în apropierea comunicațiilor existente (colectori de operare, sisteme de drenaj, pivnițe etc.), apoi, în urma unor astfel de lucrări, mortarul de ciment poate pătrunde în ele și le poate dezactiva sau deteriora.

Pentru a extinde aria de utilizare eficientă a cimentării în soluri fine, este necesar să treceți la utilizarea cimenturilor de măcinare mai fină sau a cimenturilor coloidale speciale (cum ar fi Microdur).

Silicizarea și fixarea chimică a solurilor

Silicizarea se bazează pe injectarea de compuși anorganici cu greutate moleculară mare din soluții de silicați de sticlă lichidă și derivații acestora în masa solului, care, în combinație cu un coagulant, formează un gel de acid silicic care cimentează particulele de sol. În practica construcțiilor urbane subterane, se folosesc metode de silicificare cu două și o soluție.

În metoda cu două soluții de silicificare prin țevi perforate (injectoare) scufundate în sol până la o adâncime predeterminată, se pompează pe rând soluții de silicat de sodiu și clorură de calciu coagulant. Gelul de acid silicic format ca urmare a amestecării soluțiilor conferă solului rezistență și rezistență la apă. Metoda de silicificare cu două soluții este utilizată pentru întărirea nisipurilor cu coeficient de filtrare

2-8 m/zi, în care viteza de mișcare a apei subterane este mai mică de 5 m/zi, iar pH-ul apei subterane este mai mic de 9.

Cu o metodă de silicificare cu o singură soluție, o soluție de formare a gelului este pompată în sol, preparată dintr-un amestec de silicat de sodiu cu un coagulant (acizi monofosforici, hidrofluorosilici sau aluminat de sodiu). Atunci când aceste soluții sunt amestecate, se produce la un moment dat formarea unui gel de acid silicic, în funcție de cantitatea de coagulant. Solul fixat pe bază de silicat de sodiu și acid fluorosilicic are o rezistență la compresiune de 2-5 MPa. Metoda de silicificare cu o singură soluție este utilizată pentru fixarea solurilor nisipoase cu un coeficient de filtrare de la 0,5 la 50 m/zi. Viteza de mișcare a apei subterane nu este mai mare de 8 m/zi, pH-ul apei subterane este mai mic de 7.

Analizând experiența aplicării metodei de silicificare, trebuie menționat că metoda este în continuă perfecționare și este din ce în ce mai utilizată în practica construcțiilor urbane subterane. Există mai multe motive pentru această situație: simplitatea tehnologiei, disponibilitatea și ieftinitatea consumabilelor și siguranța totală a mediului. Având în vedere aceste avantaje, metoda de silicificare va fi solicitată în construcțiile urbane subterane pentru mulți ani de acum înainte.

În timpul fixării chimice a rocilor (gudronul), se injectează în masiv soluții apoase de compuși organici cu molecul mare (rășini) cu adaos de coagulanți (acizi oxalici, clorhidric). Ca rezultat al reacțiilor chimice care au loc în masa de rocă, rășinile trec de la starea lichidă la starea solidă. Ca urmare, rocile sunt întărite, rezistența la apă scade și rezistența crește, ceea ce creează condiții favorabile pentru exploatarea minelor.

Metoda de rășinire poate fi utilizată în roci dure fracturate, roci cu granulație separată și chiar poroase cu un coeficient de filtrare de la 0,5 la 50 m/zi, în timp ce dimensiune minimă particule dintr-o matrice incoerentă 0,01-0,05 mm.

În Rusia au fost produse și testate destul de multe soluții chimice pentru fixarea solurilor, dar rășina uree-formaldehidă (carbamidă) cu diverși întăritori s-a dovedit a fi cea mai acceptabilă după toate criteriile. Această rășină este ușor solubilă în apă, are o vâscozitate scăzută și se întărește la o temperatură scăzută.

tur și, cel mai important, este produs de industria autohtonă în volume mari și, la prețul său, este destul de accesibil pentru o utilizare largă. Dezavantajul acestei rășini este o anumită toxicitate datorată eliberării de formaldehidă liberă în momentul dezvoltării unei matrice fixe, astfel încât utilizarea sa este justificată acolo unde nu există oameni în timpul funcționării unei structuri subterane.

În practica străină, rășinile de diferite compoziții și proprietăți, inclusiv spuma poliuretanică, sunt, de asemenea, folosite pentru a fixa solurile. În practica construcțiilor urbane subterane, astfel de rășini sunt utilizate în volume extrem de limitate datorită costului lor ridicat. În volume oarecum mari, în practica reparării structurilor subterane se folosesc rășini de la companii străine.

Rezumând experiența existentă de fixare chimică, trebuie remarcat faptul că rășinizarea este utilizată în diverse domenii ale construcțiilor, inclusiv în practica construcțiilor urbane subterane. Cu toate acestea, volumele de aplicare ale metodei încă scad treptat și astăzi, în ciuda eficacității metodei, acestea sunt episodice. Acest lucru se datorează faptului că rășinile produse de industria autohtonă nu îndeplinesc pe deplin cerințele de mediu, iar formulările străine vândute pe piață sunt scumpe.

Chituire cu jet

Tehnologia jet grouting a fost folosită în Rusia relativ recent (experiența aplicării sale este de mai puțin de 10 ani) și se bazează pe utilizarea energiei unui jet de înaltă presiune de mortar de ciment pentru distrugerea și amestecarea simultană a solului cu mortar de ciment. . După ce soluția se întărește, material nou- ciment de sol, care are caracteristici de rezistență și deformare suficiente pentru lucrări miniere și de construcții.

Există trei tipuri principale de tehnologie.

Tehnologie monocomponentă (jet 1). În acest caz, distrugerea solului se realizează cu un jet de mortar de ciment. Presiunea de injectare a soluției este de 40-60 MPa. În procesul de eroziune a solului, acesta este amestecat cu mortarul de ciment. După întărire, se formează un nou material - ciment de sol, care, în comparație cu solul original, are o rezistență crescută,

deformare și caracteristici de impermeabilitate. Tehnologia jet 1 este cea mai simplă în execuție, necesită un set minim de echipamente, cu toate acestea, diametrul coloanelor rezultate este și cel mai mic în comparație cu alte opțiuni tehnologice. Deci, de exemplu, în argile, diametrul coloanelor nu depășește 0,6 m, în lut și lut nisipos este de 0,7-0,8 m, în nisipuri ajunge la 1,0 m.

Tehnologie bicomponentă (jet 2). în acest exemplu de realizare, energia aerului comprimat este utilizată pentru a mări lungimea jetului de apă-ciment. Pentru alimentarea separată a monitorului cu mortar de ciment și aer comprimat, se folosesc tije tubulare duble concentrice. Mortarul de ciment este furnizat prin tijele interioare, iar aerul comprimat este furnizat prin tijele exterioare. Monitorul are, de asemenea, un design mai complex, incluzând o duză pentru mortar de apă-ciment și o duză inelară suplimentară pentru formarea unei cămașe de aer în jurul jetului principal.

Mantaua de aer care protejează jetul de apă-ciment reduce brusc rezistența mediului de-a lungul suprafeței laterale a jetului și crește astfel efectul distructiv al acestuia. Presiunea de injectare a șlamului de ciment corespunde tehnologiei cu jet 1. Presiunea aerului trebuie să fie de cel puțin 0,5 MPa, debitul este de 7-10 m/h.

Diametrul coloanelor obținute prin această tehnologie ajunge la 1,2 m în argile, 1,5 m în lut și lut nisipos și 2,0 m în sol nisipos.

Tehnologie cu trei componente (jet 3). Această opțiune diferă de cele anterioare prin faptul că jetul de apă-aer este utilizat exclusiv pentru eroziunea solului și formarea de cavități în acesta, care sunt ulterior umplute cu mortar de ciment. Avantajul acestei opțiuni este de a obține coloane din mortar de ciment pur. Dezavantajele includ complexitatea schemei tehnologice, care necesită utilizarea tijelor triple pentru alimentarea separată cu apă, aer comprimat și mortar de ciment, precum și echipamente tehnologice suplimentare - un compresor și o pompă de chituire.

În tabel. 2 prezintă principalii parametri tehnologici ai varietăților considerate de tehnologie jet grouting. Pentru toate variantele considerate de jet grouting, consumul de ciment variază în intervalul 350-700 kg/m3.

În comparație cu tehnologiile tradiționale de stabilizare a solului prin injecție, jet grouting face posibilă întărirea aproape a întregii game de soluri - de la depozite de pietriș până la argile fine și nămoluri.

Tehnologia jet grouting a solurilor are o arie extrem de larga aplicație practicăși, în primul rând, în construcția subterană urbană în construcția de tuneluri de transport auto și utilitare, camere, gropi și alte structuri subterane de diverse scopuri. Tehnologia vă permite să lucrați în condiții înghesuite - în subsoluri, langa cladiri existente, pe pante etc. În acest caz, la instalație este instalată doar o instalație de foraj de dimensiuni mici, iar întregul complex de injecție este situat într-un loc mai convenabil de la distanță.

Metoda este utilizată pe scară largă în rezolvarea problemelor asociate cu instalarea piloților, dar nu atât în ​​domeniul construcțiilor noi, cât în ​​reconstrucția clădirilor existente, precum și în repararea fundațiilor de urgență.

Tehnologia jet grouting s-a dovedit cu mare succes în construcția de perdele impermeabile. Mai mult decât atât, spre deosebire de domeniul instalării perdelelor verticale, în care tehnologia jet grouting a solurilor concurează cu alte tehnologii de construcție subterană, în domeniul instalării perdelelor orizontale, această tehnologie este practic un „monopol”, permițându-vă să creați un strat de acviclud artificial în fundul gropilor cu fiabilitate ridicată.

Un avantaj important al tehnologiei este absența sarcinilor de șoc în timpul procesului de producție. Acesta este avantajul care face ca tehnologia să fie indispensabilă în condiții de dezvoltare urbană densă, atunci când este necesar să se efectueze lucrări fără impact negativ asupra fundațiilor clădirilor și structurilor apropiate.

Trebuie remarcat faptul că jet grouting utilizat în Rusia diferă semnificativ în anumite caracteristici de tehnologia utilizată pe scară largă în multe țări industrializate de multe companii de construcții. Acest lucru se explică prin specificul economic și istoric al dezvoltării Rusiei. Ținând cont de circumstanțele obiective indicate, experiența utilizării

masa 2

Principalii parametri ai tehnologiei jet grouting a solurilor

Opțiuni de tehnologie

№ 1 № 2 № 3

Apa sub presiune MPa PRG PRG 300-500

Mortar de ciment MPa 400-600 400-600 40-60

Aer comprimat MPa nu este utilizat 8-12 8-12

Apa l/min PRG PRG 70-100

Consum Pasta de ciment l/min 60-150 100-150 150-250

Aer comprimat M3/h nu este utilizat 6-18 6-18

Număr duze Apa buc. PWG(1) PWG(1) 1-2

Mortar de ciment buc. 2-6 1-2 1

Diametru duză Apă mm PRG PRG

(1,6-2,4) (1,6-2,4) 1,8-2,5

Mortar de ciment mm 1,6-3,0 2,0-4,0 3,5-6,0

Monitorizați viteza de rotație rpm 10-30 10-30 10-30

E timpul să ridici monitorul cu 4 cm s 8-15 10-20 15-25

Diametrul coloanei pământ nisipos m 0,6-1,0 1,0-2,0 1,5-2,5

Sol argilos m 0,5-1,0 1,0-1,5 1,0-2,0

Notă. PRG - eroziunea prealabilă a solului.

a echipamentelor și tehnologiilor importate străine de către specialiștii ruși este încă limitată și, aparent, are perspective limitate de extindere în viitorul apropiat. În acest sens, având în vedere perspectivele metodei, științifice și organizații de proiectare este necesar să se depună toate eforturile pentru a îmbunătăți în continuare metoda în ceea ce privește elaborarea parametrilor tehnologiei și dezvoltarea echipamentelor casnice mai ieftine.

BIBLIOGRAFIE

1. Shuplik M.N., Plokhikh V.A., Nikiforov K.P., Kiselev V.N. Tehnologii de perspectivă de înghețare a solului în construcțiile subterane // Spațiul subteran al lumii. - 2001. - Nr 4. - S. 28-40.

2. Shuplik M.N., Korchak A.V., Nikitushkin A.V., Nikitushkin P.A. Un dispozitiv pentru înghețarea solurilor în construcția de structuri subterane. Brevet de model de utilitate nr. 84869 din 17 martie 2009.

3. 3. Broid I.I. Geotehnologie cu jet. - M.: Editura Asociaţiei Universităţilor de Construcţii, 2004. - 448 p.

4. 4. Malinin A.G. Chituirea cu jet a solurilor. - Perm: Presstime, 2007. - 168 p. ESH

Shuplik Mikhail Nikolaevich - doctor în științe tehnice, profesor al departamentului de construcție a structurilor subterane și a minelor, Universitatea de Stat de Mine din Moscova, [email protected]