Обоснованием в необходимости строительства нового метрополитена или продления существующей линии служит интенсивность пассажиропотоков, когда провозная способность городского наземного транспорта в этом направлении оказывается недостаточной. Экономически целесообразным считается объем перевозок, составляющий в одном направлении не менее 6-6,5 млн. пассажиров в год на 1 км пути.
Прежде чем начать изыскание, проектирование и строительство метрополитена, разрабатывают технико-экономическое обоснование (ТЭО). Оно определяет необходимость строительства метрополитена, его ориентировочную стоимость и сроки окупаемости; намечает несколько вариантов трассы метрополитена.
Разработке технического проекта предшествуют изыскательские работы, которые включают в себя комплекс мероприятий, обеспечивающих привязку трассы метрополитена к единой общегосударственной триангуляционной системе, проведение инженерно-геологических и гидрогеологических работ.
Геодезические изыскания включают в себя:
топографическую съемку района будущей трассы метрополитена;
наземную триангуляцию, полигонометрию и нивелирование; составляющие геодезическую основу всех съемочных и разбивочных работ.
Трасса будущей линии выбирается в зависимости от плотности городской застройки и наличия подземных городских коммуникаций. В старых густо застроенных частях города строятся трассы глубокого заложения, в новых районах, где четко прослеживаются основные транспортные магистрали, обычно проектируется трасса мелкого заложения и располагается вдоль основных магистралей. Станции строят на местах образования наибольших и концентрированных пассажиропотоков, а расстояния между ними зависят от густоты заселенности кварталов, наличия предприятий. Станции располагают друг от друга на расстоянии 1000-2000 м.
Особое внимание при проведении изысканий уделяют получению инженерно-геологических, гидрологических и климатических данных района строительства метрополитена. Без этого невозможно обоснованно подойти к выбору глубины заложения линии, проектированию плана и профиля трассы, несущих конструкций технологических устройств и к производству работ.
При недостаточно полном изучении района будущего строительства при ведении горных работ может произойти осадка поверхности и расположенных в районе строительства строений, поэтому в относительно простых в геологическом отношении районах строительства бурят три ряда скважин. Расстояние между рядами 50 м. Скважины в рядах располагают через 200 м в шахматном порядке. В сложных условиях расстояния между рядами — 25 м, а между скважинами в ряду — 50 м. В районах расположения станций бурят 6 скважин.
При строительстве и эксплуатации подземных сооружений наличие воды в горной породе, окружающей подземные сооружения, одно из важнейших препятствий, усложняющих ведение горных работ. Большие притоки подземных вод требуют постоянного водоотлива. Вынос водой грунта в забой приводит к увеличению горного давления, просадкам земной поверхности, заливанию тоннелей. Агрессивные подземные воды приводят к разрушению бетона и коррозии металла. Из пробуренных разведочных скважин 1/3 оборудуются фильтрами. Определяется дебет воды, ее химический состав, температура и колебания уровня подземных вод, а также коэффициент фильтрации грунтов. Изыскания позволяют получить полную гидрогеологическую обстановку по трассе намечаемого строительства метрополитена.
Профиль линии метрополитенов определяется в зависимости от гидрогеологических и геологических условий на трассе, способа работ по сооружению тоннелей и эксплуатационных требований.
Линии метрополитенов располагают обычно на глубине, позволяющей вести работы открытым способом (со вскрытием поверхности) при минимальной толщине засыпки над перекрытием, соответствующей глубине промерзания грунта, или закрытым способом при минимальной кровле пород над тоннелем. При этом в основании тоннелей в обоих случаях должны залегать прочные породы.
Глубины заложения и положения линий метрополитена в плане, а также основные технические решения, принимаемые в проектах, обосновывают путем сравнения технико-экономических показателей конкурентных вариантов.
Технический проект должен учитывать новейшие достижения науки и техники, предусматривать возможность широкой индустриализации строительства на базе средств комплексной механизации и автоматизации, а также за счет применения прогрессивных сборных конструкций обделок станционных сооружений и перегонных тоннелей.
Станции метрополитенов в зависимости от геологических и гидрогеологических условий района строительства, густоты застройки и пр. могут иметь глубокое и мелкое заложения или быть наземными. По типам конструктивных форм станции подразделяются на однопролетные, двухпролетные, трехпролетные, многопролетные, односводчатые, двухсводчатые, трехсводчатые и многосводчатые.
Материалами для станционных обделок могут быть монолитный бетон, монолитный железобетон, чугунные тюбинги и стальные балки, железобетонные блоки сплошного и ребристого сечения.
По архитектурному оформлению станции отличаются не только по типам конструктивных форм, но и по стилю оформления.
При сооружении Московского метрополитена молодая Страна Советов строила не просто скоростную подземную рельсовую дорогу, какие были уже во многих городах мира, она строила подземный город — череду нарядных и сверкающих дворцов. В 30-х годах в распоряжении проектировщиков и строителей было не так уж много разновидностей отделочного камня. В настоящее время значительно расширился ассортимент отделочных материалов, открываются все новые месторождения, поэтому еще более красивыми и разнообразными по архитектурному оформлению становятся станции новых линий.
Перегонные тоннели метрополитенов проектируются в зависимости от ожидаемых нагрузок, физико-механических свойств пород и наличия грунтовых вод, и могут иметь обделку из чугунных тюбингов, железобетонных блоков, монолитного бетона или железобетона. Тоннели глубокого заложения имеют обычно круглое сечение, а мелкого заложения — прямоугольное.
Техническим проектом предусматриваются способы производства работ при сооружении станций и перегонных тоннелей. В крепких устойчивых породах применяют горный способ проходки, в легких и недостаточно устойчивых породах щитовой способ.
В тяжелых гидрогеологических условиях проектом предусматриваются различные способы закрепления грунтов: селикатизация, замораживание, «стена в грунте», свайное крепление, водопонижение и нагнетание в грунт цементного раствора.
Технический проект содержит также строительную документацию на электродепо, инженерный корпус и некоторые другие объекты.
После утверждения технического проекта в городе, где намечается строительство метрополитена, создается дирекция строящегося метрополитена, подчиненная главному управлению метрополитенов Министерства путей сообщения. Она осуществляет функции заказчика и финансирует стройку.
Параллельно создаются подрядные строительные организации, подчиненные Главтоннельметрострою Министерства транспортного строительства, которые сооружают все объекты метрополитена и доводят их до сдачи в постоянную эксплуатацию.
Строительство метрополитена, как и других строек, начинается с подготовительных работ. Прежде чем начать строить основные объекты (станции и перегонные тоннели), необходимо вынести инженерные сети с трассы метрополитена и создать строительную базу.
Все работы по выносу инженерных сетей из зоны производства работ (в случае открытого способа строительства), а также по созданию базовых стройплощадок, выполняются специализированными организациями с помощью городских служб, ведающих этими коммуникациями.
Параллельно ведется строительство промышленного узла базы стройиндустрии метростроителей, в который входит завод товарного бетона и сборного железобетона, рассчитанный на проектную потребность, управление механизации, склады базы комплектации и пр.
После сноса зданий и сооружений и выноса коммуникаций метростроители приступают к обустройству базовых площадок. Строятся производственные и бытовые сооружения — шахтный копер с эстакадой для уборки грунта и подачи блоков обделки в забой, санитарно-бытовой корпус, механические мастерские и др. При этом в качестве субподрядчика привлекаются городские стройуправления.
Перед началом проходки шахтных стволов и тоннелей выполняется большой объем работ по закреплению геоподосновы. С высокой точностью после неоднократной проверки разбивается ось метрополитена. Разбивку и закрепление оси делают в основном на цоколях домов и промышленных сооружений, кирпичных или бетонных столбцах с помощью металлических штырей. При каждом тоннельном отряде, строительно-монтажном управлении и тресте создается маркшейдерская служба во главе с главным маркшейдером, которая круглые сутки ведет наблюдение за проходкой стволов и тоннелей. Кроме того, маркшейдеры дают исполнительную съемку проходки тоннелей и сооружения станций, ежемесячно и ежеквартально вместе с инспекторами заказчика готовят ведомости объемов выполненных работ для оплаты. Качество работ по сооружению метрополитенов во многом зависит от квалификации маркшейдеров.
Проходка перегонных тоннелей и сооружение станций глубокого заложения начинается с сооружения вертикального ствола шахты. У основания шахты сооружается околоствольный двор, обходные людские ходки, камеры для складирования различных материалов и конструкций и подходная выработка к оси трассы метрополитена.
По этим выработкам производится спуск людей к месту работ, подача конструкций и материалов, доставка грунта на поверхность. Подходная выработка заканчивается сооружением щитовой камеры на оси тоннеля (при щитовой проходке) или агрегатов для сборки обделки при горном способе работ. После монтажа необходимого оборудования для проходки тоннелей приступают к основным работам по строительству метрополитена: сооружению станций и перегонных тоннелей.
Раньше почти на всех первых линиях Московского метрополитена монолитные бетонные и железобетонные обделки возводились в деревянной опалубке, вручную. Сейчас монолитные обделки возводятся в сухих грунтах с помощью специального проходческого щита.
В устойчивых скальных породах при небольшом горном давлении применяется монолитный набрызгобетон на металлическую сетку, прикрепленную к породе анкерами либо таркретбетон из песчано-цементного раствора, который набрызгивается непосредственно на поверхность.
В настоящее время самой распространенной, позволяющей экономить металл, является сборная железобетонная обделка, которая изготавливается на заводах железобетонных изделий.
При горном и гидростатическом давлении грунтовых вод более 1 кгс/см² возводится обделка из чугунных тюбингов. Она считается самой дорогой из всех обделок. Широкое применение сборных железобетонных и чугунных обделок позволяет механизировать производство работ и сократить сроки строительства. Для тоннелей мелкого заложения, сооружаемых открытым способом, применяется прямоугольная цельносекционная или сборная железобетонная обделка.
Обделку станций выполняют из чугунных тюбингов, железобетонных блоков различной формы и других металлических конструкций.
