При строительстве под судоходным каналом имени Москвы перегонных тоннелей метро применили льдогрунтовую плиту, созданную способом горизонтального замораживания и защищающую тоннели от прорыва воды. Проходка тоннелей новым способом на небольшой глубине от дна водотока была осуществлена впервые в практике мирового метростроения коллективом СМУ-5 Метростроя по проекту, разработанному Метрогипротрансом. Успешное внедрение способа позволило сэкономить около 300 тыс. руб.

В. А. Бессолов, инженер
В. А. Бессолов, инженер
На участке пересечения перегонными тоннелями деривационного канала устройство льдогрунтовой плиты оказалось неприемлемым. Деривационный канал расположен в искусственном русле, образованном насыпными дамбами, в откосах которых уложен водонепроницаемый глиняный экран; дно представлено слоем моренных суглинков, являющихся естественным экраном, с подстилающими обводненными мелкозернистыми песками.

Пришлось искать новое техническое решение, которое могло бы не только обеспечить при проходке снижение уровня грунтовых вод и безопасность производства работ на малой глубине от русла, но и удовлетворить всем требованиям эксплуатации канала.

В. Н. Соловьев, инженер
В. Н. Соловьев, инженер
Было разработано несколько вариантов, и в качестве оптимального принята укладка двух водопропускных труб диаметром 5,5 м, с устройством грунтовой перемычки над ними и осушением ее водопонизительными средствами. Гидравлические расчеты и проверку работы водопропускного сооружения на модели выполнил научно-исследовательский сектор института Гидропроект имени С. Я. Жука, технические рекомендации которого по устройству грунтовой перемычки и укреплению дна канала легли в основу проекта.

Конструкция труб из чугунных тюбингов диаметром 5,5 м и длиной 88 м была запроектирована исходя из условий прочности в период транспортировки к месту укладки. Трубы монтировали на бровке левого берега канала стреловым пневмоколесным краном К-161 грузоподъемностью 16 т. Через каждые четыре тюбинговых кольца устанавливали резиновые кольцевые прокладки, обеспечивающие необходимую гибкость труб при транспортировке.

Одновременно с монтажом на готовых участках трубы производили чеканку швов свинцовым шнуром. Для большей герметичности швы покрывали слоем гидроизоляционной мастики ТЭП-4. Наружную поверхность трубы оклеивали гидростеклоизолом в три слоя (нижнюю часть, прилегающую к грунту, оклеивали после поворота трубы при ее скатывании в русло).

До укладки водопропускных труб в проектное положение обследовали, подготовили и укрепили русло канала. Очистку и планировку дна выполняли автокраном-грейфером и гидромонитором, установленными на барже. На участках входа в трубы водного потока и особенно на выходе, где ожидалось образование протяженного скоростного факела, дно канала укрепили от размыва отмосткой из щебня. Для плавного скатывания труб в канал левобережный откос на участке длиной 200 м выровняли песком.

К месту укладки трубы доставляли в два приема: вначале их скатывали по откосу в русло канала, а затем на понтонах транспортировали и укладывали в проектное положение. По горизонтальной плоскости трубы перемещали двумя оттяжными электролебедками, установленными на правом берегу канала, с одновременной страховкой пятью электролебедками на левом берегу. После перехода труб на наклонную плоскость необходимость в оттяжных лебедках отпадала, и скатывание выполняли с помощью пяти электролебедок, постепенно стравливая канаты.


Электролебедками управляли с центрального пульта от одной кнопочной станции. Предусматривалась возможность раздельного управления ими с местных пультов. Усилия, возникающие в тросах, фиксировали пружинными манометрами. Команды для синхронного выполнения операций подавал диспетчер через передвижную громкоговорящую радиоустановку.

Каждую трубу скатывали на заранее уложенные по дну шесть пар канатов диаметром 42 мм, концы которых прикрепляли к 12 понтонам (по шесть с каждой стороны) грузоподъемностью по 80 т. Одновременно поднимая понтоны, отрывали трубу от дна канала на 40—50 см, транспортировали вдоль канала к месту укладки и опускали в проектное положение.

Размеры грунтовой перемычки над водопропускными трубами были выбраны из расчета полного перекрытия участка проходки перегонных тоннелей, включая возможную зону просадок экрана над ними. Ширина перемычки в основании составила 88 м, а поверху — 32 м.

Вначале по краям труб с баржи отсыпали упорные призмы из щебня для предотвращения возможного оползания откосов перемычки за пределы труб. Затем на дно устанавливали горизонтальные фильтры и марки-реперы для контроля за осадками. Песок отсыпали автосамосвалами и бульдозерами одновременно с обоих берегов, во избежание сдвижки труб от одностороннего давления — с баржи и с моста между трубами.


Для осушения перемычки предусматривались устройство двух торцовых рядов противофильтрационных завес нагнетанием цементобентонитового раствора через трубчатые инъекторы и последующая откачка воды из перемычки насосами ЛИУ-5 через горизонтальные фильтры. Полной водонепроницаемости глиняной завесы достичь не удалось, поэтому к перемычке дополнительно подключили четыре ряда вертикальных иглофильтров, после чего уровень воды здесь снизился на 3,5—4 м относительно уровня в канале.

Для осушения мелкозернистых водонасыщенных песков, в которых расположена трасса тоннелей, запроектировали два ряда водопонизительных скважин с погружными насосами ЭЦВ-6, расположенных на дамбах канала. Всего пробурили 29 скважин с шагом 10 м, при этом конец фильтра располагался на 5 м ниже лотка тоннеля. При расстоянии между рядами скважин 68 м предполагалось, что слой остаточной воды в лотке тоннеля составит около 1,9 м. Ввиду необходимости особенно тщательного ведения щитов без просадок и перекосов ликвидации остаточного слоя воды придавалось большое значение.

Для выбора наиболее правильного варианта водопонижения необходимо было установить фактический уровень грунтовых вод под руслом. Управление канала имени Москвы разрешило в виде исключения пробурить под экраном в центре перемычки наблюдательную скважину небольшого диаметра с последующим ее тампонажем. Как показали замеры, высота остаточного слоя воды составила 30 см, поэтому специальных мероприятий по дополнительному снижению грунтовых вод не потребовалось. На случай возможного повышения воды при перебоях в работе скважин СМУ-3 изготовило специальные водоприемные фильтры, которые были заложены в лотковые ячейки ножа щита и подсоединены к насосу ЛИУ-5. Это обеспечивало отсос воды из самой нижней точки забоя. Во время проходки тоннелей система скважин работала устойчиво, и забой был практически сухим.

Очень важно было не допустить проникания воды из канала за экран при его возможном повреждении. При этом подэкранный горизонт грунтовых вод, не имеющий до этого связи с водой канала, получил бы дополнительную подпитку с напором, равным высоте воды в канале. Это привело бы к нарушению всего фильтрационного режима подземных вод в районе строительства. Для наблюдения за состоянием подземных вод создали сеть пьезометрических скважин. В результате было установлено, что проходка тоннелей не повлияла на режим грунтовых вод.

Для контроля за деформациями дна канала над каждым тоннелем установили по пять наблюдательных марок-реперов. Осадки контрольных марок составили над правым тоннелем 150—230 мм, над левым — 125—130 мм. Следует отметить, что максимальные осадки 190 мм и 230 мм над марками IV и V появились задолго до подхода к ним щита. Это обусловлено уплотнением грунта самой перемычки от работы водопонизительных иглофильтровых установок, а не деформацией экрана. Более характерны осадки над левым тоннелем, который сооружали во вторую очередь, когда грунтовой скелет перемычки успел стабилизироваться. Таким образом, наблюдения за состоянием уровня грунтовых вод и осадками контрольных марок позволили сделать вывод, что суглинистый экран дна канала не нарушен и на откосах.

Перед началом проходки щиты были выведены в камеру со стороны левого берега канала. Козырьки щитов удлинили на 40 см стальным листом, а на перегородки наварили опорные уголки для экстренной затяжки забоя досками. Тоннели длиной по 110 м сооружали последовательно. Проходку начали с правого тоннеля. После сборки 40 колец обделки щит остановили и на расстоянии 25 м от забоя смонтировали стальную аварийную перемычку, оборудованную двумя герметически закрывающимися дверями: нижней — для транспорта и верхней, соединенной с забоем подвесным мостиком,— для людей. Нижнюю дверь открывали только во время пропуска вагонеток. Вблизи забоя и непосредственно на щите были заготовлены маркированные закладные доски.

Проходку вели методом непрерывного вдавливания щита в грунт при давлении 200—250 ати. Козырек ножевой части и горизонтальные площадки щита были постепенно внедрены в грунт на 10—15 см. По мере вдавливания с горизонтальных площадок осыпалась порода. Одновременно с передвижением щита вели первичное нагнетание цементно-песчаного раствора состава 1:2 в первое кольцо. Контрольное нагнетание цементо-бентонитового раствора состава 1:1 производили в третье от забоя кольцо, тот же раствор нагнетали в четвертое кольцо, в контакт между суглинками и песком.

Работы в тоннеле выполняли бригады проходчиков, возглавляемые В. Терехиным, В. Колбой, В. Швецовым и А. Ханыковым. Бригады, занятые на проходке, прошли предварительный инструктаж по технике безопасности и были подробно ознакомлены с особенностями производства на участке. При работе по скользящему графику максимальная скорость проходки составила 5 м в сутки.

Сооружение тоннелей под деривационным каналом завершило один из сложнейших этапов работ на трассе Краснопресненского радиуса Московского метрополитена. Оно продемонстрировало высокий уровень проектных разработок и мастерство метростроителей. Подтвердилась правильность технических решений, связанных с осуществлением проходки. Большой творческий вклад в реализацию принятых технических решений внес коллектив СМУ-3 Метростроя. Успеху способствовала и работа субподрядных организаций — отрядов № 3 и № 4 Подводречстроя и др. В сложных условиях было осуществлено замораживание грунтов и водопонижение для проходки под каналами.