Ремонт  тоннельных сооружений Металлоконструкции Строительство, интерьер,  дизайн Инъекционные работы

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ ТОННЕЛЕЙ МЕТРОПОЛИТЕНА В УСЛОВИЯХ СТРОИТЕЛЬСТВА ОБЪЕКТОВ ГОРОДСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ

Левицкий А.В. – генеральный директор ООО «СИДАЛ ГРУПП»

Строительная компания «СИДАЛ ГРУПП» существует с 2002г. года и занимается обеспечением эксплуатационной надёжности действующих объектов метрополитена Москвы, в том числе – попадающих в зону влияния от строительства объектов городской инфраструктуры.

Опыт строительства и эксплуатации транспортных тоннелей, а также опыт проведения ремонтно-восстановительных работ показал, что нормальная эксплуатация тоннелей должна обеспечивается созданием единой природно-технической системы «обделка – грунт».

В зависимости от вида и характера воздействия на тоннель, мероприятия по повышению несущей способности системы «обделка – грунт» могут быть направлены на:

• преобразование свойств окружающего тоннель грунтового массива – повышения его несущей способности (укрепления) и снижения фильтрационных характеристик;

• усиление тоннельных конструкций за счёт повышения прочностных и снижения фильтрационных характеристик материала обделок, ликвидации водопроявлений;

• одновременно на преобразование свойств грунтового массива, усиление конструкций и ликвидацию водопроявлений. В большинстве случаев необходимо проведение комплекса работ по изменению состояния грунтового массива и конструкций сооружения, для чего требуется, как правило, применение не одного, а нескольких способов или методов ведения работ, в числе которых:

• преобразование свойств грунтов заобделочного пространства и материала конструкций инъекцией укрепляющих растворов;

• гидроизоляционные и специальные покрытия

Метод инъекции является основным способом преобразования свойств окружающего тоннель грунтового массива. Применение способа обеспечивает повышение несущей способности грунтов, его стабилизацию в целях предотвращения выноса грунта в тоннель, повышение плотности, например, для восстановления требуемого коэффициента бокового отпора грунта и ликвидации деформаций обделок, а также всегда, когда требуется повысить водонепроницаемость конструкций и грунтов путём заполнения имеющихся в них трещин, пустот, разуплотнений. Метод инъекции используется для устройства противофильтрационных и экологических экранов вдоль трасс тоннелей, а также для восстановления контакта «обделка – грунт» при отсутствии тампонажного слоя за обделкой тоннеля.

Дальнейшее расширение объёмов подземного и наземного строительства объектов городской инфраструктуры, в технических зонах эксплуатируемых тоннелей, требует совершенствования технологии инъекционных работ, применения самых современных материалов и высокотехнологичного оборудования.

Рассмотрим применение инъекционных способов, которые были реализованы на нескольких эксплуатируемых участках метрополитена Москвы.

Строительство инженерных коммуникаций под действующими участками перегонных тоннелей Замоскворецкой линии Московского метрополитена «Сокол» – «Войковская» – «Водный стадион».

Необходимость проведения инъекционных работ по ликвида-ции разуплотнений и укреплению грунтов основания участков действующих перегонных тоннелей мелкого заложения вызвана влиянием, на тоннельные конструкции метрополитена, строительства (проходки) инженерных коммуникаций в непосредственной близости (от 1,5 до 7 метров) под лотковой частью тоннелей со сборной железобетонной прямоугольной обделкой в неустойчивых обводнённых мелких песках средней плотности.

Ситуация осложнялась наличием зон разуплотнений заобделочных грунтов (а в отдельных местах полного нарушения контакта «обделка – грунт») по поверхности конструкций перекрытия и стен тоннеля, что значительно снижала несущую способность конструкций тоннеля и делала невозможным эксплуатацию перегонного тоннеля во время строительства коллектора без проведения мероприятий по уплотнению и укреплению грунтов основания.

С целью обеспечения эксплуатационной надёжности действующих участков перегонных тоннелей предусматривалось выполнение комплекса инъекционных работ включающего:

• ликвидацию разуплотнений грунтов в заобделочном пространстве инъекцией цементо-бентонито-силикатных растворов изнутри перегонного тоннеля и с дневной поверхности (вдоль стеновых боков тоннелей);

• химическое укрепление грунтов полимерными растворами как изнутри тоннеля, так и с дневной поверхности;

В ходе выполнения ремонтно-восстановительных работ по ликвидации разуплотнений и укреплению грунтов – неоднократно наблюдались «выходы» внутрь тоннеля инъекционных растворов через железобетонные конструкции лотковой части, стен и перекрытия, что ещё раз подтверждало наличие разуплотнений на контакте «обделка – грунт», нарушений целостности тоннельных конструкций и их сопряжений, гидроизоляции тоннелей.

Поэтому требовалось выполнение третьего этапа ремонтно-восстановительных работ – герметизации швов сборной железобетонной обделки, ликвидацию сквозных обводнённых трещин или холодных швов.

Наличие на одной линии метрополитена одновременно нескольких участков (до пяти!), под которыми осуществлялась проходка городских инженерных коммуникаций, требовало проведения инъекционных работ в кратчайшие сроки, что и было достигнуто при комбинировании работ с поверхности и изнутри тоннелей, с использованием современного бурового, инъекционного и смесительного оборудования, быстросхватывающихся низковязких полимерных растворов.

Снова Замоскворецкая линия метрополитена, но только уже в зоне строительства автодорожной развязки Ленинградского и Волока-ламского шоссе в районе станции метро «Сокол».

Как было установлено расчётом напряжённо-деформированного состояния сооружений метрополитена на разных стадиях строительства развязки, наибольшее влияние на сооружения метрополитена оказывало сооружение Алабяно-Балтийского и реконструкция Ленинградского тоннелей.

Поэтому помимо специальных мероприятий, предусмотренных проектом сооружения транспортной развязки по укреплению грунтов методом струйной цементации при сооружении котлованов и экранов из труб для обеспечения эксплуатационной надёжности сооружений метрополитена, попадающих в зону строительства, требовалось выполнение ряда защитных мероприятий непосредственно по подземным сооружениям метрополитена.

Комплекс ремонтно-восстановительных работ для обеспечения эксплуатационной надёжности участков перегонных тоннелей метрополитена в зоне строительства Алабяно-Балтийского автодорожного тоннеля базировался на применении инъекционных технологий и включал:

• ликвидацию разуплотнений заобделочного пространства тоннелей растворами на основе цемента, бентонита и жидкого стекла на глубину 0,5 метра;

• укрепление грунтов растворами карбамидной смолы с предва-рительной активацией на глубину до 1,5 метров;

• лечение трещин растворами на полиуретановой основе, предотвращающими дальнейшее развитие трещин, коррозию арматуры и бетона, противостоящими поступлению грунтовых вод и работающими в условиях динамических воздействий на конструкции от подвижного состава метро и строительства автодорожных тоннелей транспортной развязки.

Количество скважин по ликвидации разуплотнений инъекцией цементо-бентонито-силикатными растворами составило – 650 штук, по укреплению грунтов основания на глубину до 2,5 метров – 480 штук, количество скважин при ликвидации существующих трещин и герметизации швов сопряжения – 890 штук.

Полностью комплекс инъекционных работ на участке был выполнен изнутри тоннельных сооружений в течении 6 месяцев исключая полное закрытие перегона в условиях, когда сразу после укрепления грунтов основания лотковой части тоннелей были начаты работы по строительству автодорожного тоннеля!

Этому способствовало применение самого современного высокотехнологичного бурового и инъекционного оборудования, одновременная инъекция растворов в несколько скважин, компактность оборудования – что позволило разместить его на участке производства работ без постоянного использования (в каждую ночную смену!) мотоединиц.

Ранее на соседнем перегоне были начаты и велись параллельно работы по обеспечению эксплуатационной надёжности двухпутного перегонного тоннеля «Аэропорт» – «Сокол».

Там конструкции тоннеля находились в худшем состоянии - присутствовали силовые трещины различного раскрытия и направления, сколы защитного слоя бетона с оголением и повреждением арматуры, раскрытий швов бетонирования с нарушениями чеканки и выходами битума.

В этом случае, помимо инъекционных работ, как на участке в зоне строительства Алабяно-Балтийского автодорожного тоннеля – потребовалось восстановление железобетонных конструкций и их усиление металлическими элементами.

Кроме строительства новых объектов городской инфраструктуры в непосредственной близости от метро, к факторам, оказывающим негативное влияние на эксплуатируемые сооружения метрополитена можно отнести техногенное воздействие от повышения уровня грунтовых вод.

«ВОРОБЬЁВЫ ГОРЫ» – «УНИВЕРСИТЕТ» I ПУТЬ участок 40 метров

На этом участке перегонного тоннеля глубокого заложения в качестве обделки применены усиленные (из-за наличия большого горного давления) железобетонные тюбинги шириной 1000 мм без связей растяжения в плоских торцевых стыках с высотой ребра 450 мм (при толщине спинки 250 мм). Проходка перегонных тоннелей щитовым способом осуществлялась на глубине около 20 метров в плотных мелких маловлажных песках и мелкопесчаных супесях с гравием и галькой. Уровень грунтовых вод на момент строительства и по материалам 1956 года – находился ниже лотка тоннеля, в настоящее время УГВ на этом участке находится выше отметки лотка тоннеля на ? 0,7 метра (в результате утечек из коммуникаций и общего повышения уровня грунтовых вод в Московском регионе).

В период полувековой эксплуатации этого перегона метрополитена, в тоннелях по двум путям и в притоннельных сооружениях неоднократно появлялись повреждения обделки в виде:

- течей с выносом грунта через трещины в лотковой части

- деформаций конструкций обделки

- силовых трещин по телу железобетонных тюбингов и по чеканке в продольных швах их сопряжения

- в сводовой части тоннелей;

- течей с высолами через продольные и поперечные швы сопряжения тюбингов.

С 70-х годов ремонтно-восстановительные работы по ликвидации повреждений в перегонных тоннелях, приобрели плановый характер.

Резкое ухудшение технического состояния (до аварийного) произошло в конце 2008 года. Интенсивность и количество течей в лотковой части возросли, а объём выносов грунта, только на этом участке тоннеля, увеличился до 2,0 м3 в сутки! Это незамедлительно отразилось на состоянии конструкций обделки тоннеля – в сводовой части раскрылись (до 8 мм) силовые трещины по телу железобетонных тюбингов, образовались сколы бетона с обнажением арматуры, произошло расстройство и выпадение чеканки швов. Сверхнормативное раскрытие трещин свидетельствовало о наличии деформаций и увеличении эллиптичности обделки в результате развития суффозионных процессов в заобделочном пространстве аварийного участка тоннеля.

Причинами появления активных течей с выносами грунта в тоннель являлись повреждения (с расстройством швов сопряжений) конструкций железобетонных блоков обделки, а также повреждения путевого бетона в условиях динамического воздействия от подвижного состава при расположении уровня грунтовых вод выше лотковой части тоннеля. Течи (основное их количество) были расположены в местах проведения работ по замене деревянных шпал на короткие из композитных элементов

(работы проводились пневматическими отбойными молотками, применение которых негативно отражалось на состоянии путевого бетона и обделки лотковой части тоннелей – увеличилось трещинообразование, уменьшилась жёсткость и прочность путевого бетона).

Для обеспечения эксплуатационной надёжности аварийного участка тоннеля был разработан комплекс мероприятий, включающий:

- специальный режим геодезических измерений по определению фактической геометрии колец и деформационному мониторингу тоннельной обделки;

- контроль за динамикой развития трещин;

- ограничение скорости движения поездов на аварийном участке до 40 км/ч;

- безотлагательное возобновление инъекционных работ по ликвидации течей с выносами грунта в лотковой части тоннеля;

- оценку напряжённо-деформированного состояния и разработку рекомендаций по конструктивному усилению железобетонной обделки на аварийном участке.

Фактическая геометрия колец аварийного участка характеризовалась сверхнормативными деформациями колец обделки по «косому» радиусу на +122 мм, по горизонтальному радиусу на +100 мм и по вертикальному радиусу на –99 мм. Осадки лотковой части тоннеля, при этом, практически не наблюдались. В целом, в кольцах обделки аварийного участка тоннеля наблюдался незатухающий деформационный процесс, требовавший принятия мер по его стабилизации, так как деформации колец обделки превышали проектные и допустимые (±50 мм) величины.

Такие сверхдопустимые деформации могли произойти, также, из-за наличия обширных зон разуплотнений за боковой поверхностью обделки, обнаруженных при проведении геофизического обследования состояния контакта «обделка – грунт».

Нами были выполнены работы по ликвидации разуплотнений и ликвидации активных течей в лотковой части тоннеля, что позволило стабилизировать (остановить) деформации обделки. В настоящее время там идёт установка металлических рам усиления.

Вот так – без надлежащего мониторинга конструкций эксплуатируемых сооружений, ситуация в зоне строительства может стать аварийной!

Работы по ликвидации активных течей с выносами грунта проводились на участках перегонных тоннелей между станциями «Аннино» – «Бульвар Дмитрия Донского».

Здесь причинами возникновения повреждений послужили некачественное выполнение работ по внешней гидроизоляции тоннелей и обратная засыпка тоннелей мёрзлым грунтом.

Применение современного оборудования и материалов – залог успеха при обеспечении эксплуатационной надёжности таких ответственных сооружений, как транспортные тоннели!

Спасибо!


Общество с ограниченной отвественностью "СИДАЛ ГРУПП"