Эффективные конструкции на строительстве ленинградского метрополитена

Еще в годы строительства первой очереди Ленинградского метрополитена у ленинградских метростроевцев выработалась традиция — из года в год, от участка к участку внедрять новые, более совершенные конструкции и методы возведения подземных и наземных сооружений, повышая производительность труда, сокращая сроки строительства и стоимость линий метрополитена. В первые десятилетия благодаря содружеству проектных и научно-исследовательских организаций, институтов и заводов Ленинграда был создан и внедрен ряд новых проходческих механизмов и конструкций, позволивших улучшить методы строительства метрополитена. В их числе в первую очередь следует назвать механизированный проходческий щит для перегонных тоннелей, железобетонную обделку из высокопрочного бетона марки «600», оборудование автоматического управления движением поездов на основе централизованной программно-моделирующей системы и многое другое.

В эти годы были разработаны основные решения принципиально новых высокоэффективных конструкций сооружений и горнопроходческого оборудования, которые нашли самое широкое применение в проектах Ленинградского метрополитена на одиннадцатую и двенадцатую пятилетки. Подавляющее число этих решений внедрялось и осваивалось в годы девятой пятилетки при сооружении четвертого участка Кировско-Выборгской линии. Дальнейшее развитие и расширение областей применения новых конструкций не прекращается.

Совершенствование конструкций, снижение стоимости, металлоемкости и трудозатрат на монтаж обделки перегонных тоннелей привело к разработке и внедрению сборной железобетонной обделки из блоков простой формы, собираемых с обжатием в породу. Такая обделка немедленно вступает в совместную работу с грунтом. Вследствие ликвидации зазоров между грунтом и обделкой в процессе обжатия устраняется возможность проседания кровли выработки и осадок дневной поверхности, отпадает необходимость в сдерживающем темп проходки мокром процессе заполнения зазора. По сравнению с ранее применявшейся обделкой обычного типа экономится до 100 кг металла на 1 пог. м, на 15,6% уменьшается стоимость, значительно снижается трудоемкость монтажа. Время, затрачиваемое на сборку кольца обделки при проходке механизированным комплексом КТ-1-5,6, доведено до 7—8 мин.

Новый тип высокоэффективной обделки, простой в изготовлении и сборке, в сочетании с усовершенствованным механизированным проходческим комплексом позволил значительно повысить скорость проходки перегонных тоннелей в условиях Ленинграда. Применяя эту обделку при сооружении перегонного тоннеля между станциями «Удельная» и «Пионерская» на Московско-Петроградской линии, ленинградские метростроевцы в декабре 1980 г.— январе 1981 г. установили наивысшее достижение скорости проходки — 1250 пог. м готового тоннеля за 31 рабочий день. Максимальная суточная скорость проходки составила 48 м, а максимальная сменная — 20 м. Скорости проходки при рядовых условиях приближаются к техническим паспортным — 350 пог. м в месяц, а часто и превышают их. Блочная, обжатая в породу железобетонная обделка стала основным типом обделки, применяемой при сооружении перегонных тоннелей Ленинградского метрополитена.

Творческий поиск новых, более современных конструкций станций метрополитена на рубеже девятой и десятой пятилеток завершился созданием принципиально новых типов односводчатой и колонной станций, коренным образом отличающихся от ранее построенных. В основу конструкции односводчатых станций заложена реализация принципа обжатия обделки в породу для сводов большого пролета. Успешное применение такой обделки при сооружении перегонных тоннелей выявило значительные преимущества такой технологии возведения подземных конструкций. Однако применение ее для большепролетных сводов требовало серьезных проработок и дальнейших усовершенствований. Строительству первых станций со сборной обделкой, обжатой в породу, предшествовали большие исследования по вопросам статической работы конструкций. Конструкция станции была многократно испытана на моделях методом эквивалентных материалов. Исследования и испытания убедили в надежности и долговечности принятых в проекте конструктивных решений.

В поперечном сечении станция представляет собой однопролетный свод, опирающийся на массивные бетонные опоры. Замыкающий конструкцию обратный свод является одновременно распоркой для боковых опор. В центральной части станции располагается пассажирская платформа. Под ней и частично на ее уровне размещаются служебные и технические помещения.

Новое решение предоставляет неограниченные возможности раскрытия большого пространства для архитектурного оформления станции, позволяет использовать разнообразные приемы освещения и тематической отделки торцов и путевых стен. Перекрытие всей ширины станции одним сводом создает благоприятные условия для замены ручного труда проходчиков механизированным. Так, при строительстве первых станций из общего объема грунта 30 тыс. м³ около 60% (ядро и лоток) разрабатывалось механизированным способом — с помощью электрического экскаватора-ковша активного действия. В дальнейшем в процессе совершенствования конструкций, методов сооружения и средств механизации предполагается практически весь объем станционного узла разрабатывать механизированным способом. С этой целью отрабатывается технология сквозной проходки боковых тоннелей механизированными комплексами в едином цикле с примыкающими перегонными тоннелями и интенсивно ведутся работы по созданию агрегата для механизированной проходки верхнего свода.

Заложенные в конструкции технологические возможности позволили организовать процесс сооружения станции по поточному принципу, с совмещением всех основных циклов, что намного сокращает сроки строительства. Так, первая опытная станция указанной конструкции— «Площадь Мужества» — была построена за 25 месяцев, в то время как станции других типов возводились за 36—40 месяцев.

Следует особо остановиться на качественных характеристиках конструкции односводчатых станций. В результате практически немедленного введения свода в плотный контакт с окружающим массивом, а также благодаря предварительному напряжению с усилием величиной примерно 40% от нормальной силы, вызываемой горным давлением, процесс стабилизации конструкции и вступления ее в совместную работу с грунтом протекает в очень короткие сроки. После обжатия полностью прекращаются деформации свода, а следовательно, и деформация окружающего массива грунта и поверхности. Опыт сооружения в Ленинграде односводчатых станций показывает, что их конструкция позволяет осуществлять строительство в районах плотной городской застройки без угрозы опасных деформаций наземных зданий и сооружений.

Существенным качественным и одновременно экономическим фактором строительства односводчатых станций является значительная экономия дефицитного металла. Суммарный расход его на односводчатую станцию для восьмивагонных составов немногим выше 1600 т, и экономия на одну станцию составляет около 8 тыс. т.

В основу конструкции нового поколения станций колонного типа положен принцип шарнирного опирания сводов на несущие металлоконструкции. Такое решение исключает растягивающие напряжения в несущих элементах и практически обеспечивает 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.

На традиционных станциях колонного типа колонны опираются на сплошную железобетонную плиту, так что 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, шарнирно опирается на блоки нижней части обделки. Такое конструктивное решение позволило получить под платформой дополнительный объем и использовать его для служебных помещений.

В разрабатываемых проектах новых линий предусматриваются преимущественно односводчатые станции. При этом предусматривается совмещение всех элементов станционного узла в едином объеме, под одним общим сводом. Это позволяет вести работы по единой отработанной технологии, с помощью единого комплекса механизмов, использовать однотипные конструктивные элементы и, таким образом, еще выше поднимать качество сооружений, сокращать трудозатраты и сроки строительства. Первыми такими узлами являются станции четвертого участка Московско-Петроградской линии.

При строительстве Ленинградского метрополитена применяются и другие прогрессивные и эффективные конструкции. Примером могут служить армоцементные конструкции, в частности крупноэлементные водозащитные зонты для станций и эскалаторных тоннелей. Эти конструкции, монтируемые в виде трехшарнирных арок, не связанных с основной несущей обделкой, обладают высокими технологическими, эксплуатационными и архитектурными качествами. На их работу не влияют деформации основной несущей обделки тоннеля, они требуют минимума затрат труда при монтаже и отделке, изготовляются на механизированной поточной линии. Достаточно сказать, что монтаж зонтов в эскалаторном тоннеле длиной более 100 м при нормальной организации работ продолжается менее десяти суток, а полная их отделка занимает меньше недели. Работникам служб эксплуатации не приходится производить ремонтных работ даже в период активного размораживания и деформации наклонного хода.

Можно привести немало примеров применения прогрессивных конструкций, материалов и средств механизации, позволяющих осуществлять строительство метрополитена в Ленинграде на высоком техническом уровне и с отличным качеством. Решающим условием технического прогресса является тесная творческая работа коллективов строителей, проектировщиков, эксплуатационников и научных организаций, направленная на достижение наивысшей эффективности и качества строительства.