Односводчатые станции открытого способа работ. Киевметропроектом разработана и внедрена конструкция полносборной односводчатой станции открытого способа работ. Проект был реализован на станции Минская. Конструкция станции благодаря минимальному количеству типоразмеров элементов позволяет значительно снизить трудозатраты при монтаже. Масса одного сборного элемента 20 т. Развернутая длина свода в поперечном направлении около 23 м.
В замковой части свода заложен монолитный железобетон, в котором запроектирована прокладка электрокабелей освещения станции. Металлическая форма элементов свода позволяет изготавливать блоки с готовой профилированной и офактуренной поверхностью.
Станционная обделка «стена в грунте». Это новый прогрессивный метод, с помощью которого обеспечивается строительство станций, тоннелей, притоннельных сооружений открытым способом глубиной до 30 м. Он нашел применение в Киеве, Минске и ряде зарубежных городов, позволив в 1,5 раза уменьшить объем земляных работ и сроки строительства и исключить возникновение шума и вибрации, что особенно важно при работе вблизи зданий и сооружений. При этом способе в большинстве случаев исключается необходимость водопонижения. Работы можно вести почти во всех грунтах независимо от их обводненности. При этом стоимость строительства по сравнению с укоренившимся свайно-расстрельным способом снижается на 20%. Можно сочетать «стену в грунте» с анкерным креплением.
Филиалом «Минскметропроект» в проектах продления линий Минского метрополитена предложена унифицированная станционная обделка способом «стена в грунте», позволяющая за счет совершенствования объемно-планировочных решений еще более повысить эффективность строительства.
Конструкция обделки представляет собой сводчатое перекрытие и лоток, образованные двумя типоразмерами сборных железобетонных элементов в виде Г-образных блоков, опирающихся на стены (сборные или монолитные), выполненные методом «стена в грунте», и блоков свода и лотка (обратный свод), жестко соединенных с Г-образными блоками. Сопряжение Г-образных блоков со стенами выполняется в виде клинового распора из бетона с вершиной клина, обращенной внутрь обделки. Крепление «стен в грунте» в период монтажа обделки производится трубчатыми расстрелами и буроинъекционными анкерами.
Бетон на напрягающем цементе создает предварительное напряжение свода и лотка, а также обжатие стен и лотка в грунт, обеспечивая совместность работы системы без арматурных связей.
Этот вид обделки позволяет в сложных градостроительных условиях вести разработку грунта и дальнейшее возведение конструкций после сооружения свода, его гидроизоляции, обратной засыпки и восстановления движения городского транспорта.
Станционная обделка нового типа обеспечивает существенное сокращение расхода бетона и арматурной стали, уменьшение длины станционного комплекса по сравнению с традиционными решениями на 18-20%, улучшение использования внутреннего пространства. Существенно увеличиваются темпы сооружения конструкции, поскольку не требуется высокой точности возведения «стен в грунте» (допуски на геометрические параметры стен при этом способе увеличены на 100%), исключаются непроизводительные виды работ по обработке лицевой поверхности монолитных стен, обеспечивается надежная гидроизоляция конструкций.
Односводчатые станции глубокого заложения. В Ленинграде созданы принципиально новые типы односводчатых станций глубокого заложения. Наибольшими достоинствами обладает односводчатая станция, в основу конструкции которой заложен принцип обжатия на породу свода большого пролета. В поперечном сечении она представляет собой однопролетный свод, опирающийся на массивные бетонные опоры.
Ширина станции по внешним точкам конструкции превышает 25 м, расстояние между внутренними гранями опор 19 м, высота — более 13 м. Образование большого пространства в подземных условиях при перекрытии всей ширины станции одним сводом создает благоприятные условия для замены ручного труда проходчиков механизированным. Заложенные в конструкции технологические возможности позволяют применить поточный принцип строительства с совмещением всех основных циклов по возведению станции. По такой схеме построены станции Площадь Мужества и Политехническая на Кировско-Выборгской линии, станция Обухово на Невско-Василеостровской линии и ряд других. Вместо 36-40 мес первая односводчатая станция Площадь Мужества построена за 25 мес.
Возведение станционного узла глубокого заложения с размещением под единым сводом всех сооружений, выполненных из одних и тех же типовых конструкций, одним и тем же комплексом механизмов по единой технологии, — следующий после односводчатой станции этап в создании более прогрессивных типов станций Ленинградского метрополитена. В комплекс узла станции Удельная в Ленинграде входят натяжная камера, пассажирский зал станции, тяговая подстанция, камера съездов и др. Общая длина объединяющей выработки — 249 м. Эта станция конечная. Для промежуточной станции длина выработки 190 м.
Работы по сооружению узла производятся по схеме односводчатой станции. При увеличении длины выработки масштабы использования средств механизации значительно возрастают. Для бетонных опор используют передвижные металлические опалубки, для монтажа верхнего свода — блокоукладывающую арку, для разработки грунта ядра и лотка — электрический экскаватор с ковшом активного действия, для возведения обратного свода и конструкций внутреннего обустройства (платформа, армоцементный зонт) — передвижные кран-балки.
Станции колонного типа открытого способа работ, выполненные из объемных элементов. в практике отечественного метростроения при сооружении станций метрополитена открытым способом широкое применение получила конструкция из сборных железобетонных элементов рамной 3-пролетной системы. В Москве, Киеве, Тбилиси и других городах построено около 50 станций такого типа.
Для условий Ташкента, где к конструкциям предъявлены повышенные требования для обеспечения работы в условиях возможных землетрясений, сейсмичность трехпролетных станций, построенных на первой линии метрополитена, обеспечивалась четырьмя продольными монолитными железобетонными балками жесткости в уровне верха конструкций, образованными бетонированием арматурных выпусков из ригелей и плит перекрытий и тяжелым сильно армированным лотком. Совершенствование такой конструкции в последние годы происходило за счет увеличения шага колонн по оси станции (с 4,5 м до 6,0 м), что позволило несколько уменьшить количество монтажных единиц на длину платформенного участка станции, но мало что изменило в возможности архитектурного разнообразия станции в целом.
Наличие в организациях Главтоннельметростроя новой техники большой грузоподъемности дало возможность перейти на монтаж станций из большеразмерных тяжелых не только плоскостных, но и объемных элементов.
Эта идея была воплощена в конструкции станции Айбек Ташкентского метрополитена, сооруженной из таких элементов.
Основными конструктивными элементами являются С-образные блоки, образующие обделку боковых тоннелей станции, Т-образные элементы, заменяющие прогонно-колонный комплекс типовой конструкции и кессонные перекрытия среднего пролета большой длины вдоль оси станции. Так как С- и Т-образные элементы являются пространственными конструкциями, улучшается как продольная, так и поперечная устойчивость станции в условиях возможных сотрясений, а объем бетона, омоноличивающего арматурные выпуски в месте стыковки элементов, снижается с 18,7 до 1,76 м3 на 1 м длины станции.
Применение крупноразмерных элементов массой до 18 т позволило сократить количество типоразмеров с 13 на обычной станции до 5, значительно уменьшить число стыков, снизить использование монолитного железобетона.
Станция колонного типа глубокого заложения с шарнирным опиранием сводов на колонны. в основу конструкции нового поколения станций колонного типа положен принцип шарнирного опирания сводов на несущие металлические конструкции. Такое решение исключает растягивающие напряжения в несущих элементах и обеспечивает практически идеальную работу конструкции.
Это позволило применить сборную железобетонную обделку вместо чугунной и облегченные металлоконструкции из высокопрочной низколегированной стали 09Г2С. Отказ от чугунной обделки боковых тоннелей и среднего свода и замена их железобетонными дают экономию чугуна до 8 тыс. т на одну станцию. Обделка боковых тоннелей станции с плоским лотком сооружается из железобетонных тюбингов.
После проходки среднего тоннеля и прекращения основных деформаций обделки производится ремонт и чеканка боковых тоннелей.
Обделка станции колонного типа рассчитана на вертикальную статическую нагрузку, равную 130тс/м². Горизонтальная нагрузка принята по двум схемам загружения соответственно 65 тс/м² и 39 тс/м².
Сооружение обделки верхнего свода среднего тоннеля станции производится с разжатием его плоскими домкратами типа «Фрейссине», установленных в распорном блоке.
После монтажа обделка верхнего свода разжимается, первым домкратом распорного блока выбираются все зазоры в обделке и создается начальное усилие, равное 50 тс/м². Второй домкрат включается в работу через сутки после первого. Усилия, создаваемые им в обделке, уточняются опытным путем.
Сооружение обделки обратного свода среднего тоннеля станции производится также с разжатием его плоскими домкратами типа «Фрейссине».
На традиционных станциях колонного типа колонны опираются на сплошную железобетонную плиту, поэтому использовать пространство под платформой для служебных помещений не представляется возможным. В новой конструкции стальные колонны опираются на нижний монолитный железобетонный прогон, который в свою очередь опирается на блоки нижней части обделки. Такое конструктивное решение позволило получить под платформой дополнительный объем и использовать его для служебных помещений.
В Ленинграде ведутся работы по применению и других прогрессивных конструкций, позволяющих возводить сооружения с высоким качеством и в сжатые сроки. Хорошим примером этому является внедрение армоцементных водозащитных зонтов для станций и эскалаторных тоннелей и большепролетных модульных перекрытий из плит регулярной структуры для наземных зданий и сооружений. Армоцементные водозащитные зонты, монтируемые в виде самонесущих трехшарнирных арок, не связанных с основной несущей обделкой, обладают высокими технологическими и эксплуатационными качествами. Такие конструкции не зависят от деформаций основных несущих обделок тоннелей, требуют минимума затрат труда при монтаже и отделке, изготовляются на механизированных линиях. Достаточно сказать, что монтаж зонтов в эскалаторном тоннеле длиной около 100 м при нормальной организации работ продолжается 10 сут, а полная отделка занимает неделю. Кроме того, становятся ниже затраты труда на работы по ремонту и содержанию в период эксплуатации.
Станции колонного типа глубокого заложения усовершенствованных конструкций. в Москве построены колонные станции усовершенствованных конструкций — Площадь Ногина, Пушкинская, Кузнецкий мост, Марксистская, Авиамоторная, которые выгодно отличаются от ранее построенных. Во-первых, они выполнены на основе тюбинговых колец; во-вторых, распорные поддерживающие стальные конструкции состоят только из однотипных колонн с опорными площадками для опирания боковых и среднего сводов. Башмаки и опорные балки исключены полностью, а прогоны заменены чугунными типовыми перемычками из фасонных тюбингов, которые при проходке тоннелей входят в состав монтируемых колец. Так же, как тюбинги, монтируются и колонны, прикрепленные болтами вверху и внизу к пятовым элементам перемычек. Цикл работ по монтажу металлоконструкций после проходки тоннелей полностью исключен. Верхний и обратный своды среднего тоннеля, составленные из тюбинговых колец диаметром 8,5 или 9,5 м, имеют типовые перемычки, с помощью которых своды опираются на колонны, установленные при монтаже обделок боковых тоннелей.
На обеих станциях Площадь Ногина все три (боковые и средний) тоннеля собраны из тюбинговых колец диаметром 8,5 м. На остальных станциях для придания им лучшей архитектурной формы и большей свободы передвижения пассажиров средние тоннели собраны из тюбинговых колец диаметром 9,5 м. При уширенном среднем зале примыкание к нему эскалаторного тоннеля может быть осуществлено в любом месте по оси станции. Под платформой таких станций достаточно пространства для размещения служебных помещений в среднем тоннеле. Для уменьшения расхода чугуна в нижних лотковых частях тоннелей пиленных и колонных станций вместо чугунных тюбингов применяются чугунно-железобетонные блоки с чугунными гидроизолирующими плитами, заанкерованными в железобетонную часть блока, являющуюся основной несущей конструкцией. Эти плиты обеспечивают такую же водонепроницаемость, как и у чугунных тюбингов.
Станция Марксистская в Москве — колонного типа глубокого заложения без нижних клиновых перемычек. В комплекс станции входят два боковых и средний тоннели, объединенные через продольные перемычки и колонны в трехпролетную тюбинговую конструкцию. Обделка боковых тоннелей имеет наружный диаметр 8,5 м, обделка среднего — 9,5 м. Обделка верхней части среднего тоннеля имеет правильное циркульное очертание, нижней — более пологое (обратный свод составлен из тюбингов с прокладками).
Верхние своды обделок боковых и среднего тоннелей через стандартные продольные чугунные перемычки опираются на стальные колонны. Верхняя перемычка длиной 5,25 м состоит из семи фасонных тюбингов, входящих в состав колец боковых обделок и монтируемых одновременно с монтажом всей обделки тоннеля. Нижняя перемычка состоит из прямоугольных тюбингов, ширина которых равна ширине замкнутого или разомкнутого кольца обделки.
При проходке тоннелей проемы между верхними и нижними перемычками в боковых тоннелях временно заполняются инвентарными тюбингами. Кольца, в состав которых входят пятовые тюбинги перемычек, замыкаются колоннами, устанавливаемыми одновременно с монтажом обделки. В такой конструкции все элементы одновременно вступают в работу при нарастании давления снаружи.
Средний тоннель сооружается путем разработки породы на полный профиль. При этом сначала монтируется обратный свод с нижними перемычками, а затем верхний свод с верхними перемычками.
В качестве временной опоры для обратного и верхнего сводов среднего тоннеля на период, пока не замкнуты перемычки между колоннами, предусмотрены специальные временные башмаки сварной конструкции, прикрепляемые снаружи болтами к тюбингам временного заполнения боковых тоннелей. В конструкциях колонных станций типа Марксистская Московского метрополитена по сравнению со станцией Площадь Ногина увеличена ширина платформы с 14,85 м до 16,10 м. Шаг колонн доведен до 5,25 м вместо 4,5 м. Ширина среднего зала увеличена с 6,75 м до 8,16 м, высота — с 4,8 м до 6,25 м. Габариты межколонных проемов расширены с 2,85×3,32×3,30 до 3,26×3,72×3,75.
Ликвидация нижних клиновых перемычек позволила уменьшить расход трудоемких в изготовлении и монтаже фасонных тюбингов (по сравнению со станциями Пушкинская и Кузнецкий мост) на 448 т на 1 станцию.
Заслуживает внимания применение обделки из железобетонных блоков со стальным листом в конструкции станций метрополитена глубокого заложения. Опыт строительства станции Пушкинская доказал полную совместимость работы элементов из железобетона и чугуна в несущих конструкциях. Положение их функционально оправдано использованием свойств каждого элемента. Так, проемы между стальными колоннами или пилонами из чугунных тюбингов перекрываются чугунными клиновыми перемычками, несущими большую нагрузку. В лотковой и сводовой частях конструкций устанавливаются железобетонные блоки со стальным листом. Последние позволяют монтировать обделку без связей. При этом к стальному листу привариваются временные монтажные уголки с отверстиями для оправок и болтов, которые после сборки демонтируются и повторно используются при монтаже очередного кольца. При отделочных работах монтажные уголки в сводовой части срезаются, стыки болтов свариваются со стальным листом с помощью специальных накладок. Применение новых конструктивных элементов позволяет отказаться от асбестоцементных зонтов: к стальному листу блоков приваривается арматурная сетка, покрываемая цементно-песчаным слоем, затем штукатуркой. Любые повреждения стальной изоляции в эксплуатационный период могут быть легко устранены, в то время как закрытые асбоцементным зонтом участки конструкции недоступны для восстановительных работ.
Хорошие результаты дает применение на Московском метрополитене разработанных Метрогипротрансом и Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного строительства сборных облегченных стен служебных помещений станций метрополитена из асбоцементных пустотелых экструзионных панелей взамен кирпичной кладки. Это позволяет при той же сметной стоимости улучшить качество строительства и в 3 раза уменьшить трудозатраты.
Конструкции пилонных станций. Они характеризуются малым числом типоразмеров элементов обделки, отсутствием специальных высокопрочных конструкций в местах больших сосредоточенных нагрузок, широким применением сборных железобетонных конструкций.
Пилонные станции — глубокого заложения, трехсводчатые. Все тоннели станции имеют круглое сечение и одинаковый диаметр 8,5 м (средний тоннель может иметь диаметр 9,55 м). Первоначально обделка тоннелей таких станций выполнялась, как правило, из чугунных тюбингов. Но такие тюбинги стоят дорого и в настоящее время применяются только при сооружении станций в сложных гидрогеологических условиях. Основное отличие новой конструкции — замена обделок из чугунных тюбингов на сборный железобетон в различных сочетаниях. Примером такого решения является пилонная станция Пушкинская Харьковского метрополитена, где из сборного железобетона выполнены обделки всех станционных тоннелей, тягово-понизительной подстанции, блока служебных помещений, а также камер металлоконструкций и натяжных устройств эскалаторов. Все элементы выполнены из бетона М-400 при удельном расходе стали, приведенном к классу А-1, не более 170 кг/м³.
