Технология сооружения монолитной "Стены в грунте" при строительстве автодорожного тоннеля в г. Казани

Автодорожный тоннель представляет собой подземное (или подводное) инженерное сооружение для пропуска автотранспортных средств в целях преодоления высотных или контурных препятствий. Возведение тоннеля – трудоемкий и сложный процесс, который требует использования специального оборудования и технологий. Внедрение  новых технологий и материалов позволяют возводить сооружения в любых условиях, следовательно, расширяется область применения тоннелей.

Существует множество способов возведения тоннеля. На выбор способа сооружения конструкции тоннеля влияют:

• инженерно-геологические условия;
• место расположения сооружения;
• габариты тоннеля;
• имеющиеся средства механизации.

В зависимости от совокупности факторов выделяют следующие основные способы сооружения тоннелей: открытые, закрытые и специальные.

Тоннели мелкого заложения строят открытым способом. При открытом способе строительства тоннелей тоннельные строения возводятся в котловане с креплением стен котлована или откосами. В условиях плотной городской застройки применяют крепление котлована. Подземные коммуникации перекладываются, движение транспорта отводится в сторону [2, с. 255].

Открытый способ значительно облегчает условия строительства тоннелей, так как нет необходимости прибегать к применению специализированной техники и выполнять работы высокопроизводительными общестроительными машинами.

Проект организации строительства является одной из основных задач, решаемых при строительстве. На данном этапе рассматривается сокращение сроков строительства и экономических затрат, рациональное использование технических ресурсов и материалов.

В работе представлен проект организации строительства автодорожного тоннеля в г. Казани на пересечении Проспекта Победы и ул. Академика Губкина. Строительство автодорожного тоннеля затруднено непосредственной близостью зданий жилой застройки г. Казани. Целью проекта является сооружение боковых стен тоннеля способом «стена в грунте», которая позволит обеспечить высокую надежность и скорость строительства, а также низкий уровень шума. Для выбора оптимального варианта в работе рассмотрено два варианта сооружения несущей «стены в грунте»: монолитная железобетонная «стена в грунте» и свайная «стена в грунте». Автодорожный тоннель в данном районе города Казани необходим по причине разгрузки транспортной обстановки на перекрестке Проспекта Победы и ул. Академика Губкина. Ориентировочная стоимость работ по укрупненным показателям составляет 80 041,455 тыс. рублей. Срок проведения строительно-монтажных работ согласно расчетов составляет 913 рабочих дней.

Актуальность работы заключается в использовании современных технологий для достижения высокого качества строительно-монтажных работ.

Задачи проекта:

• Разработка оптимальных сроков и стоимости строительства в заданных условиях.
• Улучшение дорожно-транспортной обстановки городской автомагистрали в г. Казани за счет строительства нового автодорожного тоннеля на пересечении Проспекта Победы и ул. Академика Губкина.

Тоннель расположен на дороге IВ технической категории согласно ГОСТ 52748-2007 [1, с. 6]. Конструкция представляет собой боковые несущие стены, лоток тоннеля и перекрытие тоннеля (Рис. 1):

• Габарит по ширине тоннеля – 32,5 м.
• Высотный габарит – 5,25 м.
• Общая длина конструкции – 360 м.
• Число полос движения – 6 (3 в каждую сторону) + 2 линии трамвайных путей.

При строительстве городских подземных транспортных сооружений мелкого заложения технология «стена в грунте» становится наиболее востребованной. «Стена в грунте» может выполнять функцию временного ограждения котлованов, а также входить в состав постоянной конструкции здания или подземного сооружения.

Способ, известный как «стена в грунте», был впервые успешно применен в Австрии в 1950 г. Сущность способа заключается в возведении элементов конструкций заглубленного сооружения в узких глубоких траншеях, вертикальные стенки которых удерживаются от обрушения при помощи глинистого или иного раствора, создающего избыточное гидростатическое давление на грунт. После проходки траншей на необходимую глубину их заполняют монолитным железобетоном, сборными железобетонными панелями или глиногрунтовыми материалами.

Основные достоинства «стены в грунте»:

• Возможность устраивать котлованы там, где обычные способы их крепления неэффективны или невозможны.
• Высокая водонепроницаемость.
• Высокая надёжность и возможность работы в сложных геологических условиях.
• Высокие темпы сооружения.
• Полное отсутствие динамических колебаний грунта, что позволяет осуществлять строительство в непосредственной близости от существующих зданий и коммуникаций.
• Низкий уровень шума на всех этапах работ.

Рисунок 1. Поперечный профиль сооружаемого тоннеля.

В отечественной практике применяют несколько разновидностей метода «стена в грунте»:

•свайный, когда ограждающая конструкция образуется из сплошного ряда вертикальных буронабивных свай (Рис.3);

•траншейный, выполняемый сплошной стеной из монолитного бетона или сборных железобетонных элементов (Рис. 2).

В зависимости от свойств грунта и его влажности применяют два вида возведения стен — сухой и мокрый.

Сухой способ, при котором не требуется глинистый раствор, применяется при возведении стен в маловлажных устойчивых грунтах.

Свайные стены могут возводиться как сухим, так и мокрым способом, при этом последовательно бурят скважины и бетонируют в них сваи.

Мокрым способом возводят стены подземных сооружений в водонасыщенных неустойчивых грунтах, требующих закрепления стенок траншей от обрушения грунта в процессе его разработки и при укладке бетонной смеси. При этом способе в процессе работы землеройных машин устойчивости траншей достигают заполнением их глинистыми растворами (суспензиями) с тиксотропными свойствами. В выемках, отрытых до необходимых глубины и ширины под глинистым раствором, этот раствор постепенно замещают, используя в качестве несущих или ограждающих конструкций монолитный бетон, сборные элементы, различного рода смеси глины с цементом или другими материалами [2, с. 258].

Рисунок 2. Монолитная железобетонная «стена в грунте».

По сравнению технико-экономических показателей оптимальным вариантом сооружения «стены в грунте» является способ сооружения монолитной железобетонной «стены в грунте», так как по сравнению со свайной «стеной в грунте», обладает меньшими сроками строительства и меньшей трудоемкостью. Этап сооружения «стены в грунте» происходит последовательным методом организации работ [3, с. 35].

По контуру тоннеля сооружается «пионерная траншея» шириной 3,5 м. Глубина траншеи 1,2 метра. Стенки траншеи с воротником выполняются бетоном В15 на арматурной стенке с ячейками 10 ´ 10 см из стержней АI. Армирование и бетонирование ведут заходками 0,6 метра по высоте и 3 метра по длине. Подача бадьи с бетоном, щитов опалубки, арматурных стенок осуществляется краном СМК-10. После завершения строительства «пионерную траншею» заполняют глинистым раствором (Рис.4).

Рисунок 3. Свайная «стена в грунте»

До начала работ подготавливается бентонитовый раствор, плотностью 1,1 г/см³. Состав раствора устанавливается лабораторией и уточняется по конкретным данным полевой лабораторией ЛГР-3. Приготовленный раствор выстаивается один час и постепенно заполняют траншею с одновременной выемкой грунта. Траншея разрабатывается экскаватором Poclain SC-160 с грейферным оборудованием на напорной штанге. Подача бентонитового раствора из емкости в траншею осуществляется по гофрированным резиновым шлангам d = 100 мм. В процессе отрывки траншеи уровень бентонитового раствора должен находиться не ниже чем на 20 см от верха оголовка траншеи.

Грунт, извлеченный из траншеи, грузится в автопогрузчик типа ТО-18 и перегружается в промежуточные отстойники вместимостью V = 20 м³ . После отстоя грунта, из емкости откачивают воду насосом С-885, а высушенный грунт вывозиться в отвал. Промежуток времени между заполнением траншеи раствором и началом бетонирования не должен превышать 8 часов. После выемки грунта на всю глубину в пределах одной захватки очищают дно траншеи от осадка эрлифтом или грязевым насосом, заменяют загрязнённый глинистый раствор на свежий и приступают к установке ограничителей и монтажу армокаркасов.

На стройплощадке собираются армокаркасы из отдельных элементов шириной на 200 – 250 мм меньше ширины траншеи. Затем, используя автотранспорт, доставляют армокаркасы в рабочую зону крана КС-5363. Краном КС-5363, нижняя секция армокаркаса длиной 6 метров устанавливается в траншею. Ее верх закрепляют на поверхности при помощи инвентарных обрезков металлических труб. После этого приваривают на весу верхнюю секцию армокаркаса, длиной 5 метров, к выпускам нижней секции. Сваренный армокаркас опускается на проектную глубину с закреплением над траншеей при помощи инвентарных обрезков металлических труб. После установки арматурных каркасов приступают к укладке бетонной смеси в захватках.

Рисунок 4. Технологическая схема строительства «стены в грунте»

Перед началом бетонирования собирается из отдельных звеньев длиной 2 метра бетонолитная труба диаметром 300 мм. После установки опорной рамы, краном КС-5363 труба погружается на полную глубину траншеи. С верху трубы присоединяется приемный бункер вместимостью V=0,85м³. Из автобетоносмесителя, через бункер и трубу, подается в траншею бетон, который вытесняет бентонитовый раствор. Раствор по трубам направляется на регенерацию. Закончив бетонирование участка траншеи на высоту одного звена бетонолитной трубы (2 метра), трубу поднимают краном КС-5363 и удаляют одно звено. Операция повторяется 5 раза (5´2 = 10 м). Процесс бетонирования должен быть непрерывным, поэтому на одну захватку необходимо иметь 5 автобетоносмесителей типа Tigarbo 6АП (5´6 = 30 м³). Для того, чтобы бетонная смесь и глиняный раствор не смешивались, конец бетонолитной трубы должен быть всегда заглублен в бетонной смеси не менее чем на 1,2 метра.

Вывод. Строительство автодорожного тоннеля в г. Казани способом монолитная «стена в грунте» является наиболее эффективным, что позволяет

• уменьшить трудозатраты при строительстве тоннеля в г. Казани;
• сократить работы по транспортировке сборных элементов;
• обеспечить низкий уровень шума при производстве работ;
• осваивать подземное пространство в городских условиях в непосредственной близости существующих зданий и сооружений, в условиях интенсивного уличного движения.

Список литературы:

1. ГОСТ Р 52748-2007 Дороги автомобильные общего пользования. Нормативные нагрузки, расчетные схемы нагружения и габариты приближения. М.: ООО «Дорожный инженерный центр», Российская академия транспорта, 2007. - 9 с.
2. Саламахин П.М., Маковский Л.В., Попов В.И. Инженерные сооружения в транспортном строительстве. В 2 кн. Кн. 2: учебник для студ. Высш. Учебн. Заведений.: Под. Ред. П.М Саламахина М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 222 с.
3. Сурнина Е.К., Гоглидзе Л.В., Овчинников И.Г. и др. Строительство транспортных тоннелей: учеб. пособие. Саратов: Издательство «КУБиК», 2011. - 255 с.