Введение к работе
Актуальность темы
Проблемы развития сети метрополитена на линиях глубокого заложения тесно связаны с инженерно-геологическими и градостроительными условиями. Особенностью градостроительных условий в Санкт-Петербурге является наличие в центральной части города плотной застройки с большим количеством памятников культуры и искусства, а также зданий исторической рядовой застройки, состояние которых требует комплексного капитального ремонта. Вместе с тем и в периферийных районах города к настоящему времени сложилась плотная многоэтажная застройка жилыми зданиями. Все эти объекты весьма чувствительны к деформациям дневной поверхности, что предъявляет жесткие требования по их ограничению при строительстве объектов метрополитена.
Особенно актуальна проблема осадок дневной поверхности при сооружении станционных комплексов. Значительные размеры поперечного сечения станционных выработок создают определенные трудности в проведении горнопроходческих работ. Трудоемкость работ и сложность их механизации, традиционные типы временной крепи ограничивают темпы проходки, что обусловливает активизацию процесса сдвижения вышележащего грунтового массива. Это приводит не только к нарастанию горного давления на конструкции, но и к значительным осадкам земной поверхности. Поэтому, разработка и внедрение специальных технологий сооружения станций метрополитена в Санкт-Петербурге с целью снижения негативного влияния проходческих работ на сохранность зданий и сооружений имеет важное значение.
Одним из перспективных направлений совершенствования технологии строительства, позволяющих снизить осадки при сооружении станций метрополитена и увеличить скорости проходки, яйля'ется 'применение О ІЄ
1 ЬИГ'іИО'і і-.лА
оэ aoalw^
режаюгцих бетонных крепей. Настоящая работа выполнялась в процессе проектирования и строительства колонной станции "Адмиралтейская", расположенной в историческом центре Санкт-Петербурга, где впервые в России была внедрена технология опережающей бетонной крепи при сооружении верхнего свода среднего станционного тоннеля.
Цель и задачи исследований
Целью исследований является расчетно-теоретическое и экспериментальное обоснование возможности и целесообразности применения опережающей бетонной крепи при сооружении станций метрополитена в г. Санкт-Петербурге.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
сравнительный анализ зарубежного и отечественного опыта использования опережающих бетонных крепей при строительстве транспортных тоннелей и обоснование целесообразности их применения в условиях Санкт-Петербурга;
разработка, изготовление и внедрение специального механизированного комплекса для формирования опережающей прорези в сочетании с имеющимся блокоукладчиком сборной обделки верхнего свода;
разработка и апробация материалов для устройства опережающей крепи;
расчетно-теоретический анализ статической работы опережающей крепи на различных стадиях сооружения станции;
экспериментальные исследования на моделях из эквивалентных материалов напряженно-деформированного состояния опережающей крепи;
разработка технологии сооружения станции "Адмиралтейская" с опережающей временной крепью;
исследование осадок земной поверхности в ходе сооружения станции.
- сравнение результатов экспериментальных и теоретических ис
следований с натурными данными, полученными в ходе строительства
станции.
Методы исследований предусматривают комплексный поход, включающий научный анализ и обобщение материалов по вопросам применения опережающих крепей при строительстве транспортных тоннелей с целью снижения осадок земной поверхности; лабораторные исследования напряженно-деформированного состояния опережающей бетонной крепи на моделях из эквивалентных материалов; подбор и анализ составов материала крепи, отвечающего заданным параметрам; математическое моделирование крепи и окружающего массива методом конечных элементов (МКЭ); исследование осадок земной поверхности; сравнительный анализ результатов с натурными данными.
На защиту выносятся:
результаты анализа отечественного и зарубежного опыта применения опережающих крепей при строительстве транспортных тоннелей с целью снижения осадок земной поверхности;
результаты физического и математического моделирования, определяющие напряженно-деформированное состояние опережающей бетонной крепи на различных стадиях ее сооружения;
рекомендации по подбору специальных обеспечивающих быстрый набор прочности составов бетонной смеси для опережающей крепи;
научные и инженерные результаты и их практическое осуществление при строительстве станции метро «Адмиралтейская» в историческом центре Санкт-Петербурга с применением опережающей бетонной крепи.
Научная новизна:
- обоснована возможность и целесообразность применения опере
жающих бетонных крепей при строительстве подземных выработок глубо
кого заложения в условиях г. Санкт-Петербурга с целью снижения осадок
земной поверхности, увеличения темпов строительства и обеспечения безопасности работ;
установлены закономерности изменения величины напряжений в опережающей бетонной крепи при различной ее толщине и на различных стадиях сооружения верхнего свода - колонной станции, позволившие сформулировать требования к скорости набора прочностных параметров опережающей крепи и ее конечной прочности;
подобраны, исследованы и внедрены специальные составы материалов для устройства опережающей крепи на базе магнезиальных вяжущих и на базе цементных высокопрочных вяжущих (ультрарапидцемен-тов);
установлены основные параметры технологического процесса, обеспечивающие высокие темпы проходки и минимальные осадки земной поверхности при строительстве станции «Адмиралтейская»;
исследованы осадки земной поверхности и внесены коррективы в методику расчета прогнозируемых осадок при сооружении колонных станций с применением технологии опережающей крепи в условиях Санкт-Петербурга.
Достоверность результатов обосновывается использованием комплексного метода, включающего исследования на физических моделях и математическое моделирование, опытно-конструкторские работы, а также удовлетворительной сходимостью результатов натурных, экспериментальных и расчетно-теоретических исследований.
Практическое значение и реализация работы:
По результатам расчетно-теоретических и экспериментальных исследований, а также комплекса опытно-конструкторских работ, разработана и внедрена в практику новая технология сооружения колонных станций глубокого заложения с применением опережающей бетонной крепи и
впервые в России осуществлена ее практическая реализация при строительстве станции метро «Адмиралтейская» в Санкт-Петербурге;
Обеспечена сохранность значительной части исторических зданий, находящихся в зоне влияния подземных работ.
На основании натурных исследований осадок при строительстве станции «Адмиралтейская» в существующую методику расчета осадок внесены коррективы, позволяющие учитывать специфику новой технологии.
Личный вклад автора состоит в разработке новой концепции сооружения станций метрополитена глубокого заложения с применением опережающей бетонной крепи в условиях Санкт-Петербурга; разработке и внедрении технологии проходки среднего зала колонной станции с опережающей бетонной крепью; постановке теоретических и лабораторных исследований по теме диссертации; анализе результатов выполненных исследований; теоретическом обобщении и обосновании всех защищаемых положений; внедрении результатов исследований в практику проектирования и строительства, что подтверждается авторскими свидетельствами и актами внедрения.
Апробация работы и публикации:
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на расширенных заседаниях технических советов. Л енметроги-протранса и Ленметростроя (1994-1997 гг.), на научно-технической конференции Тоннельной ассоциации России «Новое в технологии строительства Санкт-Петербургского метрополитена», СПб, 1996 г., на научно-техническом семинаре «Новые технологии тоннелестроения России - 96», СПб, 1996 г., на научно-технических семинарах кафедры «Тоннели и метрополитены ПГУПС.
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 4 патента на изобретения.
Структура и объем диссертации:
Работа состоит их введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы. Содержит 134 страницы машинописного текста, в том числе: 42 рисунка, 4 таблицы, список литературы содержит 89 наименований.
