Шахтное и подземное строительство, Строительство

Выдержка из текста работы

Территория большого современного города имеет сотни квадратных километров. Рост населения, объем пассажирских перевозок и обеспечение надёжной связи между отдельными районами города требуют огромного количества транспортных средств. Наземный транспорт не в состоянии полностью разрешить транспортную проблему, т. е. обеспечить необходимую на сегодняшний день пропускную способность (и это положение со временем будет усугубляться).

Возникает необходимость перехода на внеуличный транспорт, т. е. переход на метрополитен — развитие сети московского метрополитена: строительство новых и продление действующих линий, придание метро роли общедоступного и общегородского транспорта.

Значение метрополитена как городского вида транспорта также очень велико в экологическом аспекте — при его эксплуатации токсичные выбросы и другие вредные воздействия на окружающую среду практически отсутствуют.

Метрополитеном называют внеуличный электрифицированный рельсовый транспорт, оборудованный надёжными системами безопасности движения и предназначенный для скоростных массовых пассажирских перевозок. Линии метрополитена подразделяются на надземные, наземные и подземные.

Надземные линии метрополитенов располагают на эстакадах на высоте, определяемой габаритами наземного транспорта, рельефом местности и условиями городской застройки. Сегодня надземные линии не строятся, а уже построенные заменяют подземными. Хотя в некоторых случаях устройство надземных участков линий метрополитенов оправдывается топографическими особенностями города, особенно при пересечении рек, автомобильных и железных дорог.

Наземные линии метрополитенов, т. е. расположенные на поверхности земли, существуют во многих городах мира, и их проектируют в настоящее время для концевых участков отдельных линий метрополитенов. Как правило, наземные линии располагают в малонаселённых районах города, на его окраинах и чаще всего в выемках, позволяющих в будущем, при развитии города, превратить эти линии в подземные. Наземные линии метрополитенов отличаются от обычных железнодорожных линий пригородного сообщения главным образом способом питания электроэнергией.

Подземные линии являются основным видом линий метрополитенов и имеют преимущественное распространение. В большинстве городов мира сеть метрополитенов состоит только из подземных линий (от 5 до 60 м и более от поверхности земли).

1. Геологическая часть.

1.1 Общие сведения об участке работ

Участок строительства — перегонные тоннели от станции «Борисово» до станции «Шипиловская», включая станцию «Шипиловская» — находится на юге Москвы, являясь продолжением Марьинской линии метрополитена в южном направлении от станции «Марьино». Трасса изучена путём топографической съёмки, бурением инженерно-геологических и гидрогеологических скважин.

Трасса линии метрополитена на участке начинается на левобережной пойменной террасе р. Москвы, пересекает реку, а далее, на правобережье — Братеевский бугор, долину реки Городни и юго-восточный склон Теплостанской возвышенности. Рельеф участка строительства имеет перепад абсолютных отметок поверхности от 122,0 до 160,0 м.

Климат в районе умеренно континентальный. По данным многолетних наблюдений годовая амплитуда температур составляет + 28 C. Среднегодовая температура + 3,8 C, максимальная — в июле до + 37 C и минимальная — в январе до — 42 C.

Заморозки начинаются в конце сентября и заканчиваются в середине мая, безморозный период 141 сутки. Среднегодовое количество осадков 540 — 650 мм. Относительная среднесуточная влажность составляет 64% в мае и 86% в декабре, годовое изменение атмосферного давления незначительно и составляет около 748 мм с октября по февраль и 746 мм в летние месяцы. Ветры возможны во всех направлениях, но в жаркое время преобладают северо-западные, а в холодное — юго-западные.

Трассу пересекает река Городня. Она протекает в нешироком русле овражного типа и до начала строительства будет взята в коллектор (ПК 0208+35) в месте пересечения с линией метрополитена.

Для обеспечения строительства электроэнергией и водой строительная площадка подключается к городской сети электроснабжения и водопровода. Для подвоза строительных и топливных материалов используется хорошо развитая сеть городских дорог. Связь осуществляется через телефонную сеть.

Инженерно-геологические изыскания для технико-экономического обоснования строительства участка Люблинской линии от станции Марьино до станции Зябликово проведены институтами Метрогипротранс и Гипротрансмост (в пределах проектируемого мостового перехода через Москву-реку) в 1987 — 1988 гг. Пробурено 110 разведочных скважин глубиной от 15 до 55 м (суммарно более 2,5 тыс. м), выполнен необходимый комплекс полевых и лабораторных исследований грунтов.

В составе фондовых материалов для проектирования привлечены материалы инженерно-геологических изысканий к проекту и рабочей документации, строящегося автодорожного моста, а также материалы изысканий для жилищно-административного строительства вдоль улиц Мусы Джалиля, Ясеневой и Орехового бульвара.

Объём работ и качество материалов изысканий соответствуют требованиям «Инструкции по инженерно-геологическим изысканиям для проектирования и строительства метрополитенов, горных железнодорожных и автодорожных тоннелей» ВСН 190-78 Минтрансстроя.

1.2 Орогидрография

В геологическом строении района принимает участие отложения четвертичной, меловой и юрской систем.

Четвертичные отложения представлены современными насыпными и аллювиальными грунтами, а также средне-верхнечетвертичными покровными и средне-четвертичными озёрно-ледниковыми, флювиогляциальными и ледниковыми грунтами.

Современные засыпные грунты распространены по всей территории рассматриваемого участка (ПК 0203+92 ПК 0217+75). Мощность насыпного слоя составляет в долине р. Городни (ПК 0204 ПК 0212) достигает 15 м, а на остальных участках не превышает 2 — 3 м. На участке в составе насыпных преобладают суглинистые грунты.

Современные аллювиальные отложения р. Городни (вместе с останками её надпойменных террас) имеют мощность от 3 до 12 м и представлены сложным чередованием линз слабозаторфованных суглинков, супесей и песков разной крупности. Неровная подошва отложений на отметках от 105,5 до 130,0 м.

Средне-верхнечетвертичные покровные отложения распространены на склоне Теплостанской возвышенности (ПК 0211 ПК 0225), где они залегают с поверхности, либо под небольшим насыпным слоем, имеют мощность до 7 м, подошву на отметках от 141,0 до 168,5 м и представлены оподзоленными суглинками с растительными остатками.

Среднечетвертичные флювиогляциальные и озёрно-ледниковые отложения московской эпохи залегают в этом же районе под покровными суглинками, имеют мощность до 7 м. Подошву на отметках от 134,0 до 163,0 м и представлены мелкими и пылеватыми песками с редкими линзами суглинков и супесей.

Среднечетвертичные ледниковые суглинки днепровской эпохи залегают под московскими песками и увеличиваются в мощности по мере повышения поверхности земли с 3 — 9 м в начале до 10 — 23 м в конце участка. Подошва на отметках от 127,0 до 146,0 м.

Среднечетвертичные озёрно-ледниковые суглинки пиквинской эпохи в виде отдельных останцев небольшой мощности подстилают днепровскую морену.

Меловые отложения распространены только на правобережье р. Городни (ПК 0212 ПК 0217+75), где представлены мелкими и пылеватыми песками с линзами супесей и глин неокомского надъяруса. Мощность 8 — 16 м, подошва на отметках 120,5 — 132,7 м.

Юрские отложения развиты повсеместно. На склоне Теплостанской возвышенности они начинаются нижними слоями волжского яруса — тёмноцветными супесями и суглинками с фосфоритами в подошве, и на отметках от 117,0 м до 124,0 м подстилаются глинами оксфордского яруса. Суммарная мощность юрских отложений не менее 40 м. В долине р. Городни (ПК 0204 ПК 0212) юрские отложения размыты до середины оксфордского яруса (105,5 м абс. высоты).

В районе строительства развиты верховодка и горизонт грунтовых вод.

На период проведения инженерно-геологических изысканий верховодка встречена на правобережье Москвы-реки только в нижней части склона Теплостанской возвышенности, где она приурочена к мелким и пылеватым пескам московской эпохи, выполняющим эрозионные ложбины в суглинках днепровской морены. Максимальная мощность обводнённых песков до 3 м. Воды не агрессивны к бетонам.

Горизонт грунтовых вод по составу водовмещающих грунтов, условиям питания и разгрузки существенно различен.

В долине р. Городни (ПК 0204 ПК 0212) он приурочен к насыпным грунтам и современному аллювию. Грунты имеют существенно глинистый состав и невысокое значение коэффициента фильтрации (3 — 7 м/сутки). Мощность от 3 до 17 м. Нижним водоупором служат глины оксфордского яруса.

В связи с изменением русла Городни (отвод р. Городни в месте пересечения с линией метрополитена в коллектор), срезкой Братеевского бугра и последующей планировкой долины уровень грунтовых вод поднимется до отметок 125,0 м.

В пределах склона Теплостанской возвышенности горизонт грунтовых вод заключён в неокомских и волжских песках и супесях, залегающих между суглинками днепровской морены и глинами оксфордского яруса. Мощность горизонта увеличивается от долины р. Городни в сторону водораздела с 3 — 10 м до 25 — 28 м. Низкое гипсометричексое положение днепровских суглинков в подножии склона создаёт подпор грунтового потока. Напоры достигают 4 — 6 м. Значения коэффициента фильтрации 3 — 5 м/сутки. Грунтовые воды гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево-магниевого и гидрокарбонатно-сульфатно-каль- циево-натриевого типов, местами обладают слабой сульфатной агрессивностью к бетонам марки W-4.

1.3 Инженерно-геологические условия строительства

Результаты лабораторных исследований грунтов и данные архивных материалов изысканий для проектирования и строительства автодорожного моста и жилищно-административных зданий по улицам Мусы Джалиля и Ясеневой свидетельствуют о том, что показатели физико-механических свойств основных типов грунтов близки их нормативным значениям, полученным на других участках строительства в Москве, а также приведённым в СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений». Это даёт возможность применения при проектировании метода инженерно-геологических анологий.

Классификационные показатели использованы при построении гидрогеологических разрезов по участку линии.

Перегонные тоннели будут сооружаться открытым способом в котлованах глубиной до 13 — 14 м.

На участке от станции Борисово до ПК 0210 котлованами в свайном креплении будут вскрываться супесчано-суглинистые слабозаторфованные насыпные и аллювиальные грунты, водоносные с глубиной 2 — 7 м. В основаниях тоннелей встречаются сильносжимаемые глинистые грунты, расчётное давление на которые находится в пределах 1,2 — 1,5 кГс/см².

В данных сложных гидрогеологических условиях целесообразно применение свай, организация открытого водоотлива и, как вспомогательного мероприятия, способствующего повышению устойчивости грунтов после отрытия котлована — устройство противофильтрационных завес.

В целях максимально возможного уменьшения создаваемого противофильтрационными завесами барражного эффекта предусматривается выемка глинобетона до уровня сводов сооружений и обратная засыпка чистым песком.

На участке от ПК 0210 до ПК 0213 перегонные тоннели будут сооружаться открытым способом в аналогичных грунтах. Уровень грунтовых вод располагается от 7,0 м выше лотков тоннелей в начале до 4 — 5 м в конце участка. Водопонижение предполагается организовать двухъярусными установками лёгких иглофильтров.

Грунтовые воды обладают слабой сульфатной агрессивностью к бетонам марки W-4.

На участке от ПК 0213 до станции Шипиловская в котлованах, ограждённых «стеной в грунте», будут разрабатываться покровные тугопластичные суглинки, флювиогляциальные мелкие пески и полутвёрдые суглинки днепровской морены. Последние повсеместно будут встречены и в основаниях сооружений. Расчётное давление на грунты основания составляет 2,5 — 3,0 кГс/см². Флювиогляциальные пески, заполняющие углубления в кровле моренных суглинков, местами содержат верховодку. Применение несущей «стены в грунте» упрощает их осушение зумпфами с насосами открытого водоотлива.

Станция Шипиловская и пристанционные сооружения будут сооружаться в котловане, ограждённым «стеной в грунте», полутвёрдой консистенции, разделённых маломощным (до 2,5 м) прослоем мелких маловлажных песков. Расчётное давление на грунты основания 3,0 кГс/см².

Сооружение насосных камер в районе вестибюлей повлечёт вскрытие меловых мелких водоносных песков. Водопонижение осуществляется установками лёгких иглофильтров.

Грунтовые воды не агрессивны к бетону.

Выводы

Инженерно-геологические условия строительства участка сложные.

Неблагоприятные гидрогеологические условия строительства перегонных тоннелей от станции Борисово до станции Шипиловская требуют применения комплекса мероприятий: водопонижения, открытого водоотлива, устройства ограждающей «стены в грунте» и, в качестве дополнительного средства для повышения устойчивость грунтов — противофильтрационных завес.

Вскрытие зумпфами водотливных установок станции Шипиловская вызывает необходимость организации строительного водопонижения в котлованах.

Показатели физико-механических свойств грунтов

N п/п	Стратигр. индекс	Описание грунтов	Плотн. p, т/м³	Показ. текуч. J₁, д.е.	Коэфф. порист.	Модуль деформ. Е, МПа	Удельн. сцепл. С, кПа	Угол внутр. трения, ц, град.	Расчетн. сопрот. R₀, кПа	Коэффиц. фильтр. К, м/сут.
1	t-Q_IV	Насыпной грунт	1,60	—	—	—	—	—	120	—
2	a-Q_IV	Песок мелкий	1,80	—	0,68	25	1	32	300	6,40
		Песок крупный	1,73	—	0,64	30	—	34	500	15
		Супесь	1,89	0,17	0,59	23	23	30	270	0,20
		Суглинок	1,90	0,55	0,68	14	35	15	210	0,01
3	P_R-Q_II-III	Суглинок	1,89	0,35	0,79	12	32	12	180	0,01
4	gl-Q_II^D	Суглинок	2,10	0,60	0,55	20	22	20	300	—
5	fgl-Q_II^O-D	Песок мелкий	2,01	—	0,65	28	2	32	200	1,80
		Песок крупный	2,04	—	0,60	35	—	39	500	11,5
		Суглинок	2,09	0,42	0,55	30	40	27	260	—
6	K₁nc	Песок мелкий	2,03	—	0,60	33	2	34	200	2,0
7	J₃v	Суглинок	2,03	0,69	1,20	21	45	20	200	0,01
8	J₃ox	Глина	1,65	0,16	1,42	12	32	16	130	0,001

2. Организация строительства

2.1 Введение

В связи с необходимостью выполнения большого числа взаимосвязанных работ и операций при строительстве стройка должна быть обеспечена комплексным рабочим проектом организации строительства, позволяющим определить оптимальную технологическую направленность производственных процессов с увязкой всех строительных, проходческих и монтажных работ. Это дает возможность динамично, на протяжении всего срока строительства вносить необходимые коррективы в первоначально принятые решения. В основу организации строительства положены следующие принципы:

1. поточная организация строительства;

2. рациональное использование рабочей силы и оборудования;

3. соблюдение ТБ и требований охраны труда.

На продолжительность строительства влияют очень многие факторы, такие как правильные и полные геологические изыскания, своевременная обеспеченность техникой и материалами и подбор квалифицированных кадров. Принимая во внимание весь этот перечень факторов, необходимо уложиться в нормальные сроки строительства, так как увеличение времени строительства связывает материальные и трудовые ресурсы.

2.2 Строительная площадка

Строительная площадка расположена на пересечении улиц Шипиловская и Мусы Джалиля. Расположение станции выбрано с учётом основных пассажирообразующих пунктов, перспективы развития городской застройки, расположения подземных коммуникаций, инженерно-геологических условий строительства и требований по охране окружающей среды.

Зелёные насаждения ценных пород деревьев и кустарников на участке практически отсутствуют. Сток поверхностных вод осуществляется в ближайшую водосточную сеть. Возводимые сооружения закладываются выше уровня существующих коммуникаций, и поэтому надобность в специальных охранных мероприятиях отсутствует.

Геометрические размеры строительной площадки в плане составляют 150 м на 90 м. Соответственно, её общая площадь составляет 13500 м².

Строительная площадка функционирует в течение всего периода строительства. На ней размещаются необходимые технологические и производственно-бытовые здания и сооружения:

— здание административно-бытового комбината (АБК);

— склад горюче-смазочных материалов (ГСМ);

— арматурный цех;

— механические мастерские;

— электроцех;

— трансформаторная подстанция;

— прорабская;

— склад железобетонных изделий;

— диспетчерская и т. д.

По периметру площадка ограждена железобетонным забором: в основании находятся сборные бетонные блоки ФБС 24.4.6-т; ограждением служит профнастил Н75-750-08, закреплённый на стойках — стальных трубах Ш 58х4. По периметру площадки на заборе находятся красные сигнальные фонари, закреплённые на стойках через 9,6 м (4 секции забора).

На территорию площадки ведут два прохода для машин (один — въезд, другой, соответственно выезд), въезд на стройплощадку со стороны Шипиловской улицы. Движение автомашин организовано по кругу с телег, чтобы предотвратить встречное движение (в целях безопасности и возможности более быстрого перемещения) и сэкономить пространство площадки на отведение места для разворота транспорта. Ширина временных автодорог 4,75 м, которые выполняются из сборных (отбракованных) железобетонных плит ПД-2 длинной 3 м, шириной 1,75 м и толщиной 0,15 м). Плиты с помощью автокрана укладываются на спланированный грунт.

Через дорогу от площадки ведется разработка котлована шириной 37-45 м и глубиной 12 м. Крепление котлована с помощью стены в грунте. Монтаж станционных конструкций ведется с помощью козлового крана ККТС-20 на рельсовом ходу. Вход в котлован устроен со стороны внутриплощадочной дороги и представляет из себя маленькую забетонированную площадку и лестницу.

В связи с фактической невозможностью вести монтаж конструкций станционного комплекса полностью «с колёс» на строительной площадке предусматривается отведение площадок под складирование строительных материалов (железобетонных блоков, арматурных сеток и каркасов и т. д.). Складирование материалов, использование или монтаж которых будет вестись в первую очередь, производится в рабочей зоне козлового крана. Материалы, доставка которых на площадку значительно опережает время их монтажа, целесообразно складировать отдельно.

Складирование организовано штабелями с оставлением между ними зазоров не менее 0,8 м. В целях лучшей организации работ в один штабель укладываются изделия только одного вида. Расположение блоков и других материалов выбирают таким, чтобы их маркировка была обращена в сторону проходов и проездов. Для сохранности складируемых элементов их прокладывают деревянными брусками.

Для электроснабжения строительства выполняется отдельная кабельная сеть напряжением 10 кВ. Эта сеть подключается к ближайшей районной подстанции Мосэнерго. Для обеспечения районных переключений и защиты кабельной сети строительства на её вводах от подстанции Мосэнерго устанавливаются на строительной площадке наружные устройства КРУ4-10. Напряжение на стройплощадке принято 380 В. У КТПН и в водосборниках подземных выработок устанавливаются контуры заземления, к которым присоединяются контуры заземления стройплощадки.

Для освещения площадки используются галогеновые прожекторы типа ИО 04-500-002.

Мероприятия и работы по охране окружающей среды ведутся в соответствии с соответствующими главами СНиП 301-85 и СНиП 3.02.01-87.

Складирование строительного мусора и прочих отходов осуществляется в специально предусмотренном контейнере с последующим его вывозом в установленные места. Мойка колёс выезжающих со строительной площадки автомашин осуществляется в предусмотренном для этого месте вблизи выезда с площадки.

После окончания строительных работ территория строительства очищается от строительного мусора, а её благоустройство осуществляется в полном объёме с восстановлением всех нарушенных зелёных насаждений.

2.3 Подготовительный период

перегонный тоннель строительство геологический

Подготовительным периодом называется срок, в течение которого производят все строительно-монтажные работы, обеспечивающие нормальное ведение работ по строительству станции в основной период строительства.

До начала основного строительства выполняется комплекс подготовительных (внешне- и внутриплощадочных) работ, включающий:

1) ограждение строительной площадки;

2) переустройство (перекладку или подвеску) подземных коммуникаций;

3) подводку к строительной площадке от городских источников сетей электроснабжения, водопровода, тепла, связи, водостока, канализации;

4) сооружение подъездных путей к строительной площадке и дорог на её территории (для автотранспорта).

5) в подготовительный период производят сборку, опробование и наладку строительных машин и механизированных установок, подготовку монтажных и такелажных приспособлений, используемых в основном периоде строительства.

Важное значение имеет выполнение работ нулевого цикла. Нулевым циклом называется комплекс строительных и монтажных работ ниже условной нулевой отметки поверхности. В работы нулевого цикла входят: земляные работы по отрывке траншей и котлованов, устройство фундаментов под постоянные и временные здания и сооружения, прокладка подземных коммуникаций.

В подготовительный период имеет место следующий порядок производства работ:

1. Перед началом строительства на территории будущей стройплощадки производится срезка и штабелёвка растительного слоя грунта и, его сохранением для последующего благоустройства стройплощадки после окончания строительства.

2. Ограждение строительной площадки забором.

3. Следующий вид работ — планировка площадки. По её окончании осуществляется геодезическая привязка и разбивка осей зданий и сооружений.

4. После установки обносок, фиксации основных точек зданий и сооружений производится работы по освещению стройплощадки.

5. После этого разрабатывают траншеи для подземных коммуникаций и прокладывают сами коммуникации. Одновременно с этим устраиваются внутриплощадочные дороги (с временным покрытием).

6. Создание общеплощадочного складского хозяйства.

7. Далее производится отрывка котлованов под сооружения, идёт строительство их подземной части и их гидроизоляции.

8. Завершаются работы возведением наземной части зданий и сооружений.

9. Оборудование стройплощадки противопожарным инвентарем, схемами движения транспорта.

2.4 Электроснабжение и освещение строительной площадки

Электроснабжение в течение всего времени строительства осуществляется от существующих городских линий электропередачи. На стройплощадке сооружается временная электроподстанция и прокладываются временные электролинии к объектам строительства. По мере освоения стройплощадки переключаются на ближайшую районную подстанцию.

Расчет мощности временной электроподстанции производится по установленной мощности одновременно работающих механизмов с электродвигателями в момент наибольшего развития строительно-монтажных работ:

где 865 кВт — установленная мощность потребителей напряжения, кВт (см. таблицу); K — коэффициент спроса, равный 0,8.

Определяем мощность трансформаторов:

где Q — реактивная мощность потребителей, кВт;

где ц — коэффициент мощности, ц = 0,75;

тогда

Таблица потребителей электроэнергии

Потребитель	Общая мощность, кВт
Осветительная сеть	25
Глинистое хозяйство	120
Сварочный пост	200
Административно-бытовой комбинат	50
Прочие	470

Одним из важнейших вопросов организации стройплощадки является её освещение.

Осветительная сеть выполняется из проводов, подвешенных на деревянных или железобетонных опорах. Для освещения используются светильники наружного освещения, устанавливаемые на опорах, а также прожекторы, устанавливаемые на зданиях.

Средняя освещенность площадки должна быть не менее 5 — 10 люкс (лк) на 1 м²территории.

Количество светильников N, необходимое для освещения территорий, определяется исходя из средней освещённости по формуле:

где К₁ — коэффициент потерь светового потока по сторонам, К₁ = 1,15 — 1,5 = 1,2;

К₂ — коэффициент запаса, учитывающий потерю света от загрязнениястекла ламп и прожекторов, К₂ = 1,2 — 1,5 = 1,2;

S — освещаемая площадь; S = 13500 м²;

E_ср — принятая средняя освещённость, Е_ср = 5 лк/м²;

F_пр — световой поток светильников, 12100 лм.

Для галогеновых прожекторов ИО 04-500-02 на каждый 1 Вт мощности приходится 24,2 лм. Следовательно, для 500-ватного прожектора световой поток равняется 12100 лм. Найдём общее количество светильников:

Для стройплощадки площадью 13500 м² — 4 галогеновых прожекторов ИО 04-500-02.

Правильный выбор освещённости обеспечивает увеличение производительности труда и высокий уровень техники безопасности на стройплощадке.

Высота подвески светильников находится по формуле:

где Еmin — минимальное горизонтальное освещение, Еmin = 1 лк.

2.5 Снабжение строительства теплом для обогрева зданий

Расход тепла на обогрев здания АБК:

где V_н — объём здания по наружному размеру, V_н = 3750 м³;

q_о — удельная тепловая характеристика здания, Вт\(м³ · K), q_в = 0,9;

t_нар — расчетная температура наружного воздуха, t_нар= — 28;

t_вн — температура внутри помещения, t_вн=18;

б — коэффициент, учитывающий климатические условия, =1;

q_в — удельная тепловая характеристика для вентиляции здания, Вт\(м³ · K), q_в = 0,9;

2.6 Водоснабжение строительства

При строительстве станции вода расходуется на производственные, санитарно-бытовые и противопожарные цели. Для водоснабжения стройплощадки применяется смешанная система водоснабжения, состоящая из постоянных внешних подводящих и временных разводящих сетей.

Перед началом строительства водопровода производится подсчет необходимого для обеспечения строительной площадки количества воды. Расход воды на производственные, санитарно-бытовые и противопожарные нужды определяется как сумма расходов по отдельным потребителям.

Ориентировочные расходы воды на производственные нужды приведены в таблице:

Наименование потребителя	Удельный расход воды, q л	Производительность (объём) работ, Ф
Приготовление 1 м³ бетонной смеси	250	20 м³/сут
Приготовление 1 м³ глинистого раствора	210	20 м³/сут
Заправка, питание, промывка одной автомашины: — грузовой — легковой	35 15	12 5
Экскаваторы (краны) с двигателем внутреннего сгорания в сутки	20	8
Механические мастерские на 1 станок	5	10
Слесарно-механичесике мастерские	10	10
Столярные мастерские	7	10

Водоснабжение строительства предусмотрено от городских водопроводных сетей. Расход воды на производственные нужды (л/с) определяется по формуле:

, л/с

где Ф — суточная производительность механизмов, установок или объем производимых работ данного вида (см. таблицу);

q — норма расхода воды, q = 1810;

k_z — коэффициент неравномерности потребления воды в течение смены;

1,2 — коэффициент на неучтенные потребности;

n — число часов работы механизмов (установок), n = 18.

Наименование потребителя	Коэффициент k_z
Производство строительных работ	1
Строительные и транспортные машины	2
Силовые установки	1,1
Производственные предприятия	1,25
Бытовые расходы на строительной площадке	2,7

Расход воды на санитарно-бытовые нужды определяют по формуле:

где q — средняя норма расхода воды на человека, q = 40 л;

N — число работающих (определяется в разделе «Экономическая часть»), N = 90;

Kz — коэффициент характера расхода воды, Kz = 2,7;

n — часы работы, n = 18.

Ориентировочный расход воды на бытовые нужды

Наименование потребителя	Средний расход воды, л
Столовая на одного посетителя	10-15
Вода в душе на 1 моющегося	20-30

Расчетный секундный противопожарный расход q_пож ориентировочно принимают: для строительных площадок до 30 га — 10 л/с, на каждые дополнительные 5 га — по 5 л/с. Так как у нас строительная площадка меньше 30 га то принимаем 10 л/с.

Максимальный расход воды q_макс на строительстве устанавливают для 2-ух случаев:

1) если q_пр + q_хоз < 2q_пож, то q_макс = q_пож + 0,5(q_пр + q_хоз);

2) если q_пр + q_хоз ? 2q_пож, то q_макс = q_пр + q_хоз;

P_пр + P_б = 0,31 + 0,15 = 0,47 л/с < 2 · 10 = 20 л/с;

значит q_макс = 10 + 0,5 · (0,31 + 0,15) = 10,24 л/с.

Все строительные и монтажные работы по устройству водопровода, а также опробование и сдачу магистралей и сетей осуществляют в соответствии с нормами СНиП 3.05.04-85

2.7 Архитектурно-строительные решения

Административно-бытовой корпус представляет собой трёхэтажное кирпичное здание с каркасом из монолитных железобетонных элементов. Относительная отметка заложения подвала — 2,950 м. За относительную отметку 0,000 принят уровень пола первого этажа. Относительная отметка пола второго этажа 3,350 м, третьего — 6,730 м, крыши здания — 9,840 м. В плане АБК представляет собой правильный прямоугольник размерами 24 х 12 м. Площадь застройки 288 м².

Фундаменты здания — отдельно стоящие монолитные железобетонные конструкции: ФМ1, ФМ2 и ФМ3. Материал фундаментов — бетон класса В 25 и арматура АIII. Размеры и материал фундаментов приняты в соответствии с ГОСТ 23275-85 и ГОСТ 5781-82. Соединение стержней арматурных каркасов фундаментов в местах пересечения производится контактно-точечной сваркой по ГОСТ 14098-91 и ГОСТ 10922-90.

Стены подвала запроектированы из сборных бетонных блоков ФБС 24.6.6-т (ГОСТ 13579-78*) по сборным железобетонным плитам ФЛ 20.24-3 (P = 4 т) на цементно-песчаном растворе М 100 с перевязкой швов через каждые 300 мм. Фундаментные блоки выкладываются на выровненную песчаную подготовку толщиной 50 мм с равномерным уплотнением. Места, некратные размерам блоков, заделываются бетоном класса В 7,5. Вертикальную гидроизоляцию выполнять обмазочной горячим битумом за 2 раза. Горизонтальную гидроизоляцию стен выполнять 2 слоями гидроизола на битумной мастике. Обратная засыпка пазух фундаментов выполняется чистым талым грунтом с трамбованием.

Наружные стены здания — кирпичные облегчённой кладки из керамического пустотелого кирпича КП-0/100/15.

Внутренние перегородки выполняются из керамического полнотелого кирпича К-75/1/15 по ГОСТ 530-95 и гипсокартона. Кладка ведётся на растворе М 50 с полным заполнением всех швов. Горизонтальные швы армируются сетками из 4 Вр1 (ГОСТ 8478-81*) с ячейкой 100 х 100 мм через каждые шесть рядов кладки по высоте. В местах пересечения перегородок арматурные сетки располагаются в соседних по высоте рядах кладки. Стойки перегородок устанавливаются с шагом не более 1500 мм вертикально по отвесу и строго в одной плоскости. Смещение стоек из плоскости перегородок допускается не более 5 мм. Сварка производится электродами типа Э-42 по ГОСТ 9467-75* в соответствии с требованиями ГОСТ 5264-80*.

Межэтажные перекрытия — монолитные железобетонные плиты покрытия, уложенные с помощью опалубки (опалубочный стол).

Кровля здания — рулонная плоская с внутренним водостоком. Кровля состоит из сборных железобетонных плит покрытия толщиной 220 мм, 1 слоя пароизоляции (филизол марки «Н»), слоя утеплителя, керамзита для создания уклонов и двухслойной гидроизоляции из наплавляемого филизола марок «Н» и «В» на стяжке из цементно-песчаного раствора М 100.

Оконные блоки — пластиковые с тройным остеклением. Наружные двери — пластиковые, внутренние — деревянные (ГОСТ 6629-88).

2.8 Технологический расчет при строительстве административно-бытового здания

перегонный тоннель строительство геологический

Выбор землеройной машины и механизма

Земляные работы на поверхности комплекса подземного сооружения производятся комплексно-механизированным способом, в соответствии со СНиП III-8-76. Их выполнение производится в начале строительства, когда на площадке отсутствуют здания и сооружения, что способствует выбору наиболее рациональной организации земляных работ, осуществлению наиболее оптимального баланса грунтовых масс, сокращает расстояния перемещения грунта, повышает эффективность работы оборудования и транспортных средств.

Земляные работы производятся только после проведения подготовительных работ: определения постоянных и временных отвалов, очистки территории от деревьев и кустарников, переноса существующих коммуникаций, снятия и складирования природного слоя почвы, выполнения геодезических и разбивочных работ по выносу в натуру проектируемых сооружений.

Выбор типа землеройных машин и механизмов в каждом конкретном случае зависит от объема работ, срока их выполнения, рельефа местности, размеров выемки или насыпи, условий перемещения или выгрузки грунта и т.д.

Экскаваторы находят на строительстве наибольшее применение. При проектировании работы экскаваторов и выборе их необходимо, прежде всего, рассчитать экскаваторный забой. Экскаваторным забоем называется рабочая зона экскаватора, включающая его рабочее место, часть массива грунта, отрываемого с одной стоянки, площадку для укладки грунта или место для стоянки или маневрирования транспортных средств.

Различают два вида забоев:

— лобовой (торцевой) — выемку разрабатывают на полную ширину;

— боковой — полная ширина, выемка получается путем последовательной разработки ряда, проходки.

Размеры забоя (ширина и глубина) зависят от:

— рабочих параметров принятого типа экскаватора;

— расположения и габаритов подъездных путей;

— типа применяемых транспортных средств;

— категории и влажности грунта.

Принимаем одноковшовый экскаватор с прямой лопатой Э-303. Его технические характеристики:

— ёмкость ковша — 0,3 м³;

— наибольший радиус резания — 5,9 м;

— наибольшая высота разгрузки — 4,0 м;

— наибольший радиус разгрузки — 5,4 м;

— высота разгрузки при наибольшем радиусе разгрузки — 2,66 м;

— наибольшая высота резания — 5,96 м;

— наибольший радиус резания на уровне стоянки — 3 м;

— вес экскаватора — 9,62 т;

— среднее давление на грунт — 0,55 кг/см²;

— усилие на блоке ковша 6000 кг;

— продолжительность цикла при угле поворота 90⁰ и работе в отвал — 15 сек;

Найдём длину рабочей передвижки — расстояние между двумя последовательными стоянками экскаваторами. Для прямой лопаты:

L_п = R_р — R_ст= 5,9 — 3 = 2,9 м,

где R_р — наибольший радиус резания;

R_ст — наибольший радиус резания на уровне стоянки.

Определим ширину забоя поверху (в данном случае — лобовой забой, прямая лопата, транспортные средства и экскаватор располагаются на одном уровне):

= = 15,65 м.

Наибольшая глубина забоя при разработке выемок прямой лопатой не должна превышать высоты резания H_р = 5,96 — что достаточно в нашем случае.

Выбор и определение количества транспортных средств

Транспортирование разрабатываемого экскаваторами грунта может осуществляться с помощью автосамосвалов, тракторов с прицепами, железнодорожного транспорта широкой и узкой колеи, конвейеров и гидротранспорта. Окончательно принять тот или иной тип транспорта можно только после тщательного расчета. Необходимо, чтобы количество и ёмкость транспортных средств соответствовали производительности экскаватора и ёмкости его ковша, скорость транспортирования была максимальной, погрузка — непрерывной.

Количество транспортных средств определяют из условий непрерывной погрузки:

t_п — расчетное производительность погрузки;

n — (табл.) количество циклов черпания в 1мин при рабочем оборудовании, n = 3;

M — количество ковшей грунта, загружаемого в кузов:

— объемный вес грунта, = 1,6 — 1,9 т/м³;

Q — грузоподъемность транспортного средства, Q = 6 т;

q — геометрическая емкость ковша, q = 0,3 м³;

К₁ — коэффициент перехода от объема разрыхленного грунта к объему плотного грунта:

К_n — коэффициент наполнения, принимается по таблице (песок влажный, прямая лопата), К_n= 0,9 — 0,92;

К_р — коэффициент разрыхления грунта (песок средний) К_р = 1,14 — 1,2.

Так как ёмкость ковша экскаватора 0,3 м³ принимаем автомобиль самосвал МАЗ-5549 грузоподъемностью 6 т.

Определяем расчетную продолжительность пробега, приняв среднюю скорость движения V_ср = 30 км/ч = 0,5 км/мин при L = 0,5 км.

мин.

Определяем расчетную продолжительность разгрузки. По данным практики, принимаем ее равной 0,35 мин.

Определяем продолжительность маневрирования самосвала. По данным практики, принимаем t_м = 0,5 мин.

Определяем потребное количество самосвалов:

самосвалов.

Производительность одноковшового экскаватора

Сменная производительность:

Ц = T 60 q n K₁ K_в (м³) = 7600,330,790,68 = 200 м³/смену.

Т — продолжительность смены 7 часов;

q — геометрическая емкость ковша, q = 0,3 м³;

K₁ = K_н/К_р — коэффициент наполнения ковша разрыхленным грунтом в плотном теле.

Величина коэффициента использования (K_в) сменного времени зависит от потерь на передвижения экскаватора, условий подачи транспортных средств и т.п. К_в обычно принимают равным (в лобовом забое) 0,68.

К_н — коэффициент наполнения, принимается по таблице (песок влажный, прямая лопата) К_n = 0,9 — 0,92;

К_р — коэффициент разрыхления грунта (песок средний) К_р = 1,14 — 1,2.

Монтажные работы. Выбор монтажного крана

При выборе монтажного крана необходимо учитывать возможность установки этим краном самого тяжелого конструктивного элемента в наиболее высокую и отдаленную точку монтируемого здания или сооружения; перемещения монтажного крана без его демонтажа от одного объекта к другому; методы монтаж; вид сооружения и условия его сооружения; обеспечение хорошей видимости рабочего места.

Выбор монтажного крана целесообразно начинать с определения показателя монтажного веса. Этот показатель характеризует равновесность сборных элементов здания или сооружения. Чем меньше количество типов и типоразмеров конструкций в сооружении и ближе их весовые характеристики, тем полнее используется кран по грузоподъемности и другим параметрам.

Кран подбирают по наибольшей массе элемента конструкции. Мелкие элементы целесообразно укрупнять (пакетировать) до уровня весовой характеристики наибольшего элемента. Если нельзя добиться укрупнения элементов, то применяют несколько кранов разной грузоподъемности: для легких и тяжелых элементов. Показатель монтажного веса К определяется как отношение усредненной массы элемента Q_ср к максимальной массе Q_нб элемента в этой группе.

Наименование элементов	Монтажная масса 1-го элемента, т	Количество элементов в здании, шт.	Общая масса элементов, т
сборные железобетонные плиты ФЛ 20.24-3	4	30	120
сборные бетонные блоки ФБС 24.6.6-т	2	120	240
опалубка для колонн (1 каркас)	0,2	15	3
опалубка для перекрытий (1 секция)	0,3	72	21,6
инвентарные подмости (1 секция)	0,2	36	7,2
Итого:		273	391,8
Усреднённая масса элемента	1,4

Q_ср (средняя масса элемента) равна 391,8/273 = 1,4.

Тогда К = 1,49/4 = 0,36. Такое значение К позволяет обойтись одним краном. Примем пневмоколёсный кран КС-5363 (характеристики крана на рис.).

Грузоподъемность крана

Q = Q_э + g_тп + g_к + g_м (т) = 4 + 0,1 + 0,1 + 0,1 = 4,3 т

g_м — масса навесных монтажных приспособлений;

g_к — масса конструкций усиления;

g_тп — масса такелажного приспособления;

Q_э — наибольшая масса поднимаемого элемента, 4 т.

Минимальная необходимая высота подъема крюка

H_кр = h_о + h_э + h_з + h_с + h_п = 10 + 0,6 + 1 + 2 + 1,5 = 15,1 м.

где h_о — превышение опоры монтируемого элемента над уровнем стоянки монтажного крана, м;

h_э — высота монтируемого элемента, м;

h_з — запас по высоте, необходимой для заводки элемента над местом установки или переноса через ранее установленные элементы, м;

h_с — высота строповки, м;

h_п — высота полиспаста в стянутом состоянии, м.

Минимальный вылет стрелы

Определяем по формуле:

Здесь d =0,5м; e = 0,2 м; b/2 = 1,5/2=0,75.

Максимальная длина стрелы

Для монтажа конструкций станционного комплекса и перегонных тоннелей используется козловой кран ККТС-20.

Характеристики ККТС — 20

максимальная грузоподъёмность, т	20
высота подъёма крюка от уровня головки рельс, м	9
глубина опускания крюка ниже уровня головки рельс, м	16

Козловой кран ККТС-20

Пневмоколёсный кран КС-5363

Таблица характеристик крана КС-5363

3. Технология строительства перегонного тоннеля

Котлованы с естественными откосами применяют в устойчивых грунтах при наличии достаточно свободной городской территории (на незастроенном или малозастроенном участке города или на очень широких улицах). Широкий котлован выгодно отрывать с откосами, чтобы избежать большого расхода материалов на крепление стен. Крутизна склонов котлована определяется его глубиной и физико-механическими свойствами грунтов.

Котлованы с вертикальными стенами применяют при невозможности устройства котлованов с естественными откосами. Чаще всего такую конструкцию котлованов используют при строительстве подземных сооружений вблизи зданий в условиях плотной городской застройки.

Если позволяет планировка территории, то стены котлованов могут быть комбинированными. Комбинированные стены применяют для частичной разгрузки откосов и в том случае, если грунты по глубине котлована неоднородны. Такие конструкции позволяют уменьшить материалоемкость крепи котлованов.

Для крепления вертикальных стен котлованов, разрабатываемых в грунтах с естественной влажностью, чаще всего применяют металлические сваи. В качестве свай используют стальные балки двутаврового сечения № 30 — № 60 или трубы диаметром 200 — 400 мм. Кроме того, в качестве свай могут быть использованы железобетонные или бетонные (буронабивные) сваи.

Наиболее распространено временное крепление вертикальных стен котлована металлическими сваями. Металлические сваи забивают на глубину 3 — 5 м ниже основания конструкции тоннеля и погружают вдоль котлована или траншеи на расстоянии 1 — 1,5 м одна от другой. Профиль двутавровых балок зависит от ширины и глубины котлована и числа рядов расстрелов между ними. Наибольшее распространение имеют двутавры № 40 — 55.

Металлические сваи забивают молотами, вибропогружателями, дизель-молотами. Вибропогружателями и вибромолотами обычно оснащают краны-экскаваторы, имеющие большую маневренность. Реже в качестве базовой машины применяют копровые установки. Молот для забивки свай выбирают по методике, изложенной в СНиП III-9-74 «Основания и фундаменты». В данном случае — копровой установкой КО-16. Если расчётная длина свай превышает стандартную, их выполняют сварными из нескольких стандартных секций.

По мере разработки котлована между сваями за полки двутавров закладывают доски — забирки (толщиной 5 — 7 см), передающие боковое давление грунта на сваи. Их закрепляют клиньями и рейками, загоняемыми между доской и полками двутавров. Для придания устойчивости сваи распирают в зависимости от глубины котлована и интенсивности бокового давления одним, двумя или тремя рядами расстрелов.

Применяют расстрелы металлические различных сечений: швеллерные, состоящие из швеллеров № 30 или № 40 с накладками из стальных листов через 0,8 — 1,2 м; трубчатые диаметром 15 — 20 см или и редких случаях в виде сквозных ферм.

Для равномерного распределения усилий в местах опирания расстрелов к сваям прикрепляют продольные пояса из швеллеров № 24 или № 26.

На одном или двух концах расстрел имеет выдвижные части длиной 1,7 м из двух швеллеров, которые служат для раскрепления его на сваи посредством металлических клиньев и вкладышей. Боковое давление грунта, воспринимаемое промежуточными сваями, передается на подкосы, имеющиеся по концам расстрелов. Расстояние между расстрелами в продольном направлении составляет обычно 3,6 — 4,5 м, но может быть увеличено до 10 м при условии усиления продольных поясов.

Устройство котлованов с применением временной крепи включает следующие технологические операции: подготовительные работы, забивку свай, разработку грунта, планировку дна котлована, устройство бетонной подготовки, гидроизоляцию лотка, монтаж обделки, гидроизоляцию стен и перекрытия, обратную засыпку конструкции и планировку, извлечение свай.

Различают параллельную и последовательную схемы осуществления работ (в зависимости от последовательности выполнения технологических операций).

В первом случае одновременно выполняют все технологические операции на различных участках. Такая схема организации работ возможна, если подземный объект имеет длину более 100 — 150 м.

Во втором случае каждую технологическую операцию выполняют после завершения предыдущей на всей длине объекта. Такую схему организации работ применяют при строительстве сравнительно коротких подземных объектов (менее 100 — 150 м) или при невозможности раскрытия широкого фронта работ.

При последовательной схеме ведения работ сокращается длина технологического участка, уменьшается потребность в рабочей силе, однако несколько замедляется скорость строительства.

В нашем случае применяем параллельную схему осуществления работ. Независимо от организации работ основные технологические операции выполняют аналогичным образом.

При строительстве подземных сооружений в городских условиях к подготовительным работам относят: перекладку подземных коммуникаций, мероприятия по обеспечению сохранности зданий, фундаменты которых расположены в зоне обрушения котлована, устройство водоотводных канав или отвалообразований, предохраняющих котлован от затопления ливневыми дождями или талыми водами. Для установки свайного ограждения вдоль бровок будущего котлована вскрывают контрольные траншеи глубиной до 1,5 — 2 м и шириной 0,5 — 0,8 м для уточнения мест расположения подземных городских коммуникаций.

Расстояние от места забивки свай до расположения действующих коммуникаций (газопровод, водопровод, канализация и т. д.) должно составлять не менее 3 м, а в зимний период — не менее 5 м.

При значительном (на 1 м и более) сезонном промерзании грунта целесообразно перед забивкой свай предусмотреть бурение лидерных скважин на глубину промерзания.

В некоторых случаях во избежание шума и вибрации, сопровождающих забивку свай, их устанавливают в заранее пробуренные скважины, закрепляя в донной части (до уровня дна котлована) бетоном. Пространство между стенками скважины и сваей засыпают песком.

При устройстве котлована с вертикальными стенами его ширину принимают на 0,3 — 0,5 м больше ширины возводимого сооружения на случай отклонения свай при забивке (погружении) и для того, чтобы при их извлечении не повредить обделку тоннеля. При сборной обделке полное уширение котлована может доходить до 2,2 — 2,4 м по условию устройства гидроизоляции.

При малой глубине котлованов (не более 10 м) грунт разрабатывают сразу до проектной отметки с помощью экскаваторов, которые устанавливают на поверхности земли.

Разработанный грунт грузят в автосамосвалы, и часть его вывозят в отвал, а часть используют для обратной засыпки котлована. При большой глубине котлованов грунт разрабатывают отдельными ярусами. В этом случае автосамосвалы, для которых в определенных местах устраивают съезды (с уклоном до 0,01), загружают в котловане.

Котлован большой глубины (более 10 м) разрабатывают в заходками. Первую заходку делают с разработкой в средней части котлована траншеи глубиной 2,5 м для пропуска экскаватора под расстрелами. Грунт первой заходки разрабатывают драглайном. Вторую заходку до полной глубины котлована разрабатывают экскаватором (с прямой лопатой) или грейфером (с перемещением его вдоль края котлована). Наиболее целесообразно применять для разработки котлована экскаваторы универсального типа, которые можно использовать как механические лопаты, драглайны и краны.

При этом выемку грунта следует вести от середины котлована к бортам с оставлением у свай берм шириной не менее 1 м. Грунт непосредственно у свай срезают вручную заходками на две-три доски затяжки с немедленной их установкой за полки двутавра и тщательной расклинкой, чтобы они были плотно прижаты к грунту. А перемещают его в зону действия экскаватора с помощью бульдозеров, находящихся на дне котлована

При незначительном притоке подземных вод в процессе разработки грунта выполняют открытый водоотлив насосами, установленными на поверхности земли или в котловане. Одновременно с разработкой грунта осуществляют тщательное крепление стен котлована досками, заводимыми за полки свай. Дощатая крепь должна быть плотно расклинена между грунтом и сваями и не должна иметь щелей.

Крепление стен котлована ведут одновременно с разработкой грунта. После разработки котлована на определенную глубину по обеим его сторонам между сваями устанавливают продольные горизонтальные связи в виде поясов из швеллерных или двутавровых балок, которые распирают поперечными расстрелами. Монтаж балок поясов и расстрелов осуществляют стреловыми гусеничными или колесными кранами, установленными на бровке котлована, или козловыми кранами.

Подземное сооружение чаще всего выполняют из сборных элементов или из объемных секций и секций замкнутого сечения, реже — из монолитного железобетона.

Работы по возведению конструкции при свайном креплении котлована выполняют в следующей последовательности. После разработки и зачистки котлована в его основание укладывают слой бетона толщиной 10 см — так называемую подготовку, затем устраивают стяжку, т. е. на подготовку наносят слой раствора (цементно-песчаного) толщиной 4 см, хорошо выровненный и заглаженный. Раствор выравнивают виброрейкой, полосами 2 м поперёк тоннеля. Одновременно с устройством подготовки вдоль боковых стен котлована возводят защитные стенки для гидроизоляции. Они могут быть возведены из асбоцементных листов толщиной 10 — 12 мм, кирпича (- щуцванд на высоту 0,75 м), шлакоблоков, железобетонных плит толщиной 3 см, армированных двумя сетками из проволоки диаметром 5 — 6 мм.

Защитные стены из железобетонных плит возводят следующим образом. Вначале на расстоянии 0,5 — 0,7 м от стен котлована и 1 — 1,5 м друг от друга устанавливают стойки, которые связывают между собой досками и раскрепляют распорками, устанавливаемыми по высоте стен. К стойкам прибивают обрешетку из досок толщиной 2,5 и шириной 20 см, к которой крепят железобетонные плиты размерами 120 х 60 х 4 см. Обшивку обрешетки плитами осуществляют снизу вверх, начиная со дна котлована. Поверхность плит в местах, где имеются неровности, а также швы между плитами заполняют цементным раствором и тщательно выравнивают. После устройства подготовки и возведения защитной стенки приступают к гидроизоляционным работам. Для этого по подготовке дна котлована и по всей высоте защитных стенок наносят в два слоя гидроизоляционный материал, главным образом на резинобитумной основе (бризол, изол) с выведением концов на защитные стенки. После окончания изоляционных работ в лотке для предотвращения повреждения изоляции укладывают защитный слой из цементного раствора толщиной 2 — 3 см и приступают к монтажу обделки.

Вначале укладывают лотковые блоки, затем стеновые (их фиксируют в вертикальном положении при помощи инвентарных винтовых стяжек — подкосов). После выверки правильности установки лотковых и стеновых блоков стыки между ними бетонируют с предварительной сваркой выпускной арматуры. До укладки плит перекрытия на опорную поверхность стеновых блоков наносят слой цементного раствора, обеспечивающий плотную посадку плит на стены. Зазор между стеновыми блоками и гидроизоляционной стенкой заливают цементным раствором. Монтаж сборной обделки осуществляют при помощи стреловых или козловых кранов.

Готовую конструкцию засыпают грунтом. За стены отсыпают песчаный грунт слоями 20 — 30 см, каждый слой поливают водой и уплотняют. Засыпку за стены подземного сооружения следует осуществлять одновременно с двух сторон во избежание одностороннего бокового давления грунта. На перекрытие грунт отсыпают слоями 50 — 60 см, уплотняя его послойно.

После засыпки грунта за стены подземного сооружения демонтируют расстрелы, пояса обвязки и извлекают сваи.

В последнюю очередь выполняют отделочные и монтажные работы в подземном сооружении, осуществляют восстановительные работы на поверхности и ликвидируют строительную площадку (снос временных сооружений и планировка).

Основными технологическими операциями при траншейном способе являются: прокладка траншей, монтаж основных несущих элементов подземного сооружения, разработка грунта внутри подземного сооружения.

Прокладку траншей и монтаж основных несущих элементов подземного сооружения в последние годы осуществляют в основном способом «стена в грунте». Сущность способа заключается в том, что вначале по контуру на всю глубину заложения сооружения в грунте отрывают траншею шириной 0,4 — 1 м. Для удержания стенок от обрушения траншею по мере выемки из нее грунта заполняют высокотиксотропным глинистым раствором. Тиксотропный глинистый раствор, имея низкую вязкость и высокую глинизирующую способность, проникает в грунт и кольматирует стенки траншеи, образуя на их поверхности тонкую (0,5 — 30 мм) и достаточно плотную и прочную корку. Наличие такой корки предотвращает избыточную фильтрацию глинистого раствора в грунтовый массив и удерживает от обрушения стенки траншеи. Глинистая корка является также своеобразным экраном, обеспечивающим передачу на грунт статического и динамического давлений глинистого раствора. Для устойчивости траншейных стен необходимо, чтобы давление глинистого раствора превышало активное давление грунта и воды. Из этого условия находят требуемую плотность глинистого раствора, которая обычно колеблется в пределах 1,05 — 1,2 г/см³. После того как траншея будет отрыта на проектную глубину, глинистый раствор заменяют постоянной крепью. Под защитой возведенных стен в дальнейшем разрабатывают грунт внутри сооружения. В этом случае предварительно возведенная в грунте постоянная крепь чаще всего играет роль грузонесущей конструкции подземного сооружения.

Постоянная крепь по контуру подземного сооружения при использовании этого способа может быть выполнена из монолитного железобетона (бетона) или из сборного железобетона.

Конструктивно монолитная железобетонная (бетонная) крепь по периметру подземного сооружения может быть выполнена из стыкующихся между собой буронабивных свай или отдельных отрезков траншей.

При возведении стен в грунте из отрезков траншей работы ведут в отдельных секциях (захватках) длиной 3 — 6 м последовательно или в шахматном порядке, что зависит от принятого оборудования и условий проведения работ. Способом стена в грунте можно возводить подземные сооружения как с прямолинейным, так и криволинейным контуром.

Как показал опыт, применение способа стена в грунте наиболее эффективно в сложных гидрогеологических условиях: при наличии высокого уровня грунтовых вод и водоупора на практически достижимой глубине, а также при устройстве подземных помещений и ограждений котлованов в городских условиях вблизи существующих зданий.

«Стена в грунте» представляет собой вертикальную монолитную конструкцию, возводимую в узкой траншеи, заполненной глинистым раствором.

Устройство «стены в грунте» условно можно разделить на 4 фазы:

— устройство «пионерной траншеи» и заполнение ее глиняным раствором;

— разработка грунта в захватке экскаватором;

— установка армокаркасов;

— бетонирование захватки методом вертикально-перемещающейся трубы (ВПТ).

Метод «стена в грунте» подробно рассмотрен на примере сооружения станции «Шипиловская» (см. дальше).

Перед устройством «пионерной траншеи» необходимо выполнить подготовительные работы: планировка площадки вдоль будущей стены в грунте с таким расчётом, чтобы по обеим сторонам траншеи было достаточно места для установки оборудования и движения автомобильного транспорта.

3.4 Габарит приближения строений

Внутреннее очертание перегонных тоннелей метрополитенов проектируют в соответствие с габаритом приближения строений. Габаритом приближения строений называют перпендикулярный оси пути контур, внутрь которого не должны выступать никакие части сооружений и устройств (с учетом неточностей, допущенных при проходке выработки и возведении обделки). Габарит приближения строений для перегонов показывает расстояние от оси пути и от уровня головки рельсов до облицованных поверхностей. Поэтому при проектировании конструкций учитывают возможные отклонения и неточности при их строительстве, возможные деформации обделок после их возведения.

В габарит приближения строений для тоннелей прямоугольного сечения входит служебная дорожка, располагаемая с правой по ходу движения поездов стороны. Поэтому стена должна быть отодвинута от оси пути на расстояние 2200 мм. Кроме этих линий, на чертеже габарита показана также вертикальная линия, удаленная на расстояние 2450 мм от оси пути, для подпорных стен на наземных участках линии (лист 4).

3.5 Верхнее строение пути метрополитена

На линиях метрополитена для укладки верхнего строения пути применяют бетонное основание, что позволяет содержать его, а, следовательно, и весь тоннель, в чистоте. Недостатком такого пути является его жесткость, ухудшающая условия работы подвижного состава. На главных путях линий метрополитена в качестве ходовых рельсов применяют рельсы типа Р-65, а на парковых и служебный путях — типа Р-43. Рельсы укладывает на сосновые шпалы, длина шпал для перегонных тоннелей метрополитенов составляет 2700 мм. Общее количество шпал на 1 км пути составляет для прямых участков 1680 штук, для кривых — 1840 штук. Прикрепление рельсов к шпалам осуществляют при помощи раздельного скрепления.

4. Сооружение «стены в грунте» станции метрополитена «Шипиловская»

4.1 Общие сведения

«Стена в грунте» представляет собой вертикальную монолитную конструкцию, возводимую в узкой траншеи (ширина 600 метров), заполненной глинистым раствором. Общая длина сооружаемой стены 2 300 метров, глубина 11,68 метра. Основным оборудованием для сооружения «стены в грунте» являются:

— глинорастворный узел с регенерирующей установкой и глиноотстойником, растворонасос;

— экскаватор типа Поклеин SC-160 с грейферным оборудованием;

— стреловой кран КС-5363 грузоподъемностью 25 тонн;

— бетонная труба 300 с приемным бункером;

— автобетоносмесители типа СБ — 60.

Ведомость основных машин и механизмов приведена в таблице.

№ п.п.	Наименование оборудования	Количество	Примечание
1	Экскаватор Поклеин SC-160	1	V_к =0,5 м³
2	Фронтальный погрузчик ТО-18	1	V_к =1,5 м³
3	Экскаватор «Белорусь»	1	V_к =0,15 м³
4	Кран пневмоколесный КС-5363	1	L_стр = 15м; г/п=25т
5	Кран пневмоколесный СМК-10	1	L_стр = 10м; г/п=10т
6	Автосамосвал	3	г/п=7т
7	Автобетоносмеситель СБ-60	6	V_б =2,5 м³
8	Бадья для бетона	2	V_б =1,5 м³
9	Емкость для отстоя грунта	3	V =20 м³
10	Бункер для приема бетонной смеси	1	V =0,85 м³
11	Электровибратор поверхностный И-7 Электровибратор глубинный И-21	4 2	N=0,4 кВт N=1 кВт
12	Комплекс оборудования для приготовления глинистого раствора	1	_________
13	Бетонолитная труба	2	273 L=12м
14	Насос типа «Гном 10-10»	1	_________
15	Сварочный аппарат СТА-24	2	N=19,5 кВт

Устройство «стены в грунте» условно можно разделить на 4 фазы:

Устройство «пионерной траншеи» и заполнение ее глинястым раствором.

Разработка грунта в захватке экскаватором.

Установка армокаркасов.

Бетонирование захватки методом вертикально-перемещающейся трубы (ВПТ).

4.2 Устройство «пионерной траншеи»

По контуру станции сооружается «пионерная траншея» шириной 700 мм. Глубина траншеи 1,2 метра. Стенки траншеи с воротником выполняются бетоном В-15 на арматурной стенке с ячейками 10 10 см из стержней АI 8. Грунт разрабатывают экскаватором типа обратная лопата на базе трактора «Беларусь». Армировку и бетонирование ведут заходками 0,6 метра по высоте и 2 метра по длине. Подача бадьи с бетоном, щитов опалубки, арматурных стенок осуществляется краном СМК-10. После завершения строительства «пионерную траншею» заполняют глинистым раствором.

1. Разработка грунта в захватке.

До начала работ подготавливается бентонитовый раствор, плотностью 1,1 г/см³, в объеме необходимом для заполнения захватки. Состав раствора устанавливается центральной лабораторией Мосметростроя 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 Поклен 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 грузиться в автопогрузчик типа ТО-18 и перегружается в промежуточные отстойники вместимостью V = 20 м³^. После отстоя грунта, из емкости откачивают воду насосом «Гном 10-10», а осушенный грунт грузиться экскаватором «Беларусь» в автосамосвал грузоподъемностью 7 тонн и вывозиться в отвал.

Работы по разработке грунта необходимо производить в теплое время. 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.

4.3 Установка армокаркасов

Первоначально на стройплощадке собираются армокаркасы из отдельных элементов (их ширина на 200 — 250 мм меньше ширины траншеи). Дальше, 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 6 метров, к выпускам нижней секции. Сваренный армокаркас опускается на проектную глубину с закреплением над траншеей при помощи инвентарных обрезков металлических труб.

Держать каркас в глинистом растворе длительное время не следует, так как частицы глины, осаждаясь на каркасе снижают сцепление бетона с арматурой.

После установки арматурных каркасов приступают к укладке бетонной смеси в захватках.

4.4 Бетонирование захватки методом ВПТ

Перед началом бетонирования собирается из отдельных звеньев длиной 3 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=0,85 м³. Дальше из автобетоносмесителя, через бункер и трубу, подается в траншею бетон, который вытесняет бентонитовый раствор. Сам раствор по трубам направляется на регенерацию. Закончив бетонирование участка траншеи на высоту одного звена бетонолитной трубы (3 метра), трубу поднимают краном КС-5363 и удаляют ее одно звено. Операция повторяется 4 раза (43 = 12 м). Для того чтобы процесс бетонирования был непрерывным, на одну захватку необходимо иметь 6 автобетоносмесителей типа СБ-60 (62,5 = 15 м³). Во избежании перемешивания бетонной смеси и глиняного раствора, конец бетонолитной трубы должен быть всегда заглублен в бетонной смеси не менее чем на 1,2 метра.

4.5 Организация работ

Для ведения работ по устройству «стены в грунте» весь объем работ разбивается на 5 участков длиной 120 метров каждый. На участке работы ведутся в две смены, одновременно на трех двухметровых захватках: на одной захватке ведется разработка грунта, на другой бетонирование или монтаж каркаса, на третьей бетон набирает прочность. Расстояние между захватками 40 метров.

Состав бригады при двухсменной работе — 12 человек. Средняя скорость сооружения «стены в грунте» V = 1,5 зах./смену (3 м/смену), что дает продолжительность работ:

Продолжительность устройства «пионерной траншеи» Т_п = 22 дня (по данным из производства). Общая продолжительность работы Т_с = 100+22 =122 дня.

Циклограмма работ по сооружению «стены в грунте» приведена в графической части. Расчет и ведомость основных объемов работ указаны в таблице.

Ведомость основных объемов работ по сооружению «стены в грунте»

№ п.п.	Наименование работ	Ед. изм.	Объем на захватку	Общий объем
1	Разработка «пионерной траншеи» экскаватором	м³	——	1404
2	Бетонирование «пионерной траншеи»	м³	——	900
3	Разработка грунта экскаватором Поклеин	м³	15,84	4320
4	Монтаж арматурного каркаса	т	3	900
5	Укладка бетонной смеси	м³	14,4	4320
6	Приготовление бетонного раствора	м³	14,4	4320
7	Установка бункера и бетонной трубы	шт	1	300

4.6 Строительно-монтажные работы

Общие сведения

После завершения работ по сооружению «стены в грунте» приступают к строительно-монтажным работам по сооружению станции. Эти работы можно разделить на следующие этапы:

сооружение лотка;

монтаж несущих боковых элементов;

монтаж обвязочных балок;

монтаж плит перекрытия;

сооружение консольных балок КБ-2;

сооружение консольных балок КБ-1;

сооружение внутренних конструкций станции;

заключительный этап работ.

Ведомость основного оборудования для строительно-монтажных работ приведена в таблице.

№ п.п.	Наименование	Кол-во, шт.	Примечания
1	Козловой кран ККТС-20	1	L=32,5м, г/п=20т
2	Кран пневмоколесный СМК-10	1	L_стр=10м, г/п=10т
3	Автосамосвал	3	Г/п=7 т
4	Прицеп тяжеловоз Т-151 А	1	Г/п = 20 т
5	Тягач ЯАЗ-210	1	Г/п = 12 т
6	Спецмашина	1	L=18м, г/п=20т
7	Миксокрет	1	V=0,5 м³
8	Электровибратор поверхностный И-7 Электровибратор глубинный И-21	4 4	N=0,4 кВт N=1 кВт
9	Электросварочный аппарат СТА-24	2	N=19,5 кВт
10	Бадья для бетона	4 2	V=0,5 м³ V=1,5 м³
11	Отбойные молотки	3	N=0,1 кВт

Монтаж основных элементов станции и пристанционных сооружений производится с использованием козлового крана ККТС — 20. Характеристика козлового крана транспортного строительства ККТС-20:

грузоподъемность — 20 тонн;

высота подъемного крюка при сборке крана с верхними и нижними секциями стоек опор — 9 метров;

высота подъемного крюка при сборке крана без нижних секций стоек опор — 4,5 метров;

пролет крана наибольший (со вставкой) — 40 метров;

пролет крана наименьший (без вставки) — 25 метров;

рабочий вылет консоли — 11,6 метров;

тип рельса — 43, Р-50;

длина хода грузовой тележки — 23-40 метров;

скорость подъема груза массой до 20 т — 8 м/мин;

скорость подъема груза массой до 10 т — 16 м/мин;

скорость передвижения грузовой тележки — 37 м/мин;

скорость передвижения крана — 35 м/мин;

база крана при сборке с верхними и нижними секциями стоек опор — 14 м;

база крана при сборке без нижних секций стоек опор — 9 м;

глубина опускания крюка ниже уровня головки рельса — 16 метров;

установленная мощность — 59,5 кВт;

масса — 73,5 т.

Монтаж обвязочной балки

Работы по сооружению обвязочной балки ведутся заходками 12 м в следующей последовательности:

отбойными молотками разламывается бетон пионерной траншеи со стороны котлована, подрабатывается грунт до уровня бетона «стены в грунте». Грунт и разломанный бетон грузится вручную в автосамосвалы г/п 7 тонн и отвозится в отвал;

зачищаются выпуски арматуры и бетон «стены в грунте»;

выставляется опалубка с внутренней стороны обвязочной балки и монтируется армокаркас из отдельных стержней, с дальнейшей приваркой его к выпускам«стены в грунте». Вторая сторона опалубки набирается по мере бетонирования. Опалубка выполняется из досок =4 см;

бетонируется обвязочная балка. Бетон привозится автосамосвалами, выгружается в бадьи V=0,5 м³ и подается краном через направляющий лоток в опалубку. Балка бетонируется заходками 0,5-0,7 метра по высоте и 3 метра по длине. Бетон уплотняется вибраторами. Торцевая опалубка выполнена из металлической сетки. Все работы по установке опалубки, подача бетона и арматуры ведется с помощью крана СМК-10. Опалубка снимается после набора бетоном 70% прочности.

Монтаж балок перекрытия, сооружение консольных балок КБ-2

После сооружения обвязочной балки разрабатывается грунт котлована на глубину 4 метра и козловым краном ККТС — 20 устанавливаются балки перекрытия Б_кр — 18 (шаг установки — 5 метров) с последующей приваркой арматуры к выпускам обвязочной балки. Монтаж балок разрешается только после набора бетоном обвязочной балки 100% прочности.

Одновременно в вестибюлях № 1 и № 2 приступают к монтажу консольных балок.

КБ-2, служащих несущим элементом для внутренних конструкций вестибюлей. Арматура подается краном ККТС -20 и приваривается к арматуре боков несущих стен. Дальше устанавливается деревянная опалубка и бетонируется консольная балка. Бетон подают по бетоноводу от «Миксокрята» установленного на бровке котлована.

7.2. Сооружение лотка, монтаж консольных балок КБ-1.

Дорабатывается грунт до проектных отметок, сооружают бетонную подготовку толщиной 200 мм, гидроизолируют лоток. Сам лоток бетонируется заходками 3 метра в следующей последовательности:

Монтируются армокаркасы лотка и торцевая опалубка (из металлической сетки), подается в бадьях V = 1,5 м³ бетон и уплотняется вибраторами;

По мере бетонирования по верху лотка укладывается шпалы опалубки;

Бадьи с бетоном, гидроизоляционный материал, армокаркасы и опалубка подается краном ККТС — 20. Бетон доставляется в автобетоносмесителях и перегружается в бадьи.

Монтаж консольной балки КБ — 1 ведут после сооружения лотка. Технология монтажа аналогична сооружению балки КБ — 2.

Сооружение внутренних конструкций станции

После набирания 100% прочности лотком приступают последовательно к сооружению внутренних конструкций: венткамеры, вестибюля №1, платформенной части, вестибюля №2, СТП.

Одновременно приступают к монтажу остальных плит перекрытия, со варкой выпусков арматуры между плитами и последующим омоноличиванием стыков бетоном в деревянной опалубке. Подача балок перекрытия, бетона в бадьях V = 0,5м³ и других материалов осуществляется с помощью крана ККТС -20.

Заключительный этап строительства

После сооружения перекрытия, его поверхность выравнивают, делают разгрузку и выполняют гидроизоляционные работы. Одновременно сооружается открытым способом подземные пешеходные тоннели, входы на станцию.

После завершения всех строительно-монтажных работ по сооружению обделки станции приступают к обратной засыпке котлована, демонтажу временных зданий и сооружений, расчистке и сдаче городу строительной площадки.

Расчёт объёмов основных строительно-монтажных работ

Монтаж плит перекрытия (4 балки на 5 метров длины тоннеля):

Сооружение консольных балок КБ-2:

L₁ = 36,1 — длина вестибюля

V₂ = 2 x 2 x 36,1 = 144 м

Сооружение обвязочной балки и консольной балки КБ -1:

L = 300 м — длина станции

V₅ = V₄ = 2 х 300 = 600 м

Гидроизоляция лотка:

L=300 м; S_В = 17,7 ширина лотка

H_н = 1м высота наклеивания изоляций на стену станции;

V₅ = 300 x 17,7 + 2 x 1 x 300 = 5610 м²;

Бетонирование лотка:

L=300 м, S_В = 17,7, H₁ = 1м, H₂ = 0,5м — толщина лотка у стен и в оси симетрии

Гидроизоляция перекрытия:

S_н = 18,9 м — наружная ширина станции;

H_с = 2,2 м — высота части боковой стены, которая изолируется вместе с перекрытием.

V₇ = 300 x 18,9 + 2 x 300 x 2,2 = 6990 м².

Ведомость основных объемов работ и их продолжительности (строительно-монтажные работы)

№ п.п.	Наименование работ	Ед. изм.	Кол-во, шт.	Скорость, м/мес	Продол-ть, мес.
1	Монтаж обвязочных балок	м	600	160	3,8
2	Монтаж перекрытия	шт.	240	160 шт/мес	1,5
3	Сооружение консольных балок КБ-2	м	144,4	200	0,7
4	Гидроизоляция лотка	м²	5610	1300	4,3
5	Бетонирование лотка	м³	3982	800	5
6	Сооружение консольных балок КБ-1	м	600	200	3
7	Гидроизоляция перекрытия	м²	6990	800	8,7
8	Сооружение в.к. вестибюля № 1	м	36,1	—	1,1
9	Сооружение в.к. венткамеры	м	23,6	—	0,6
10	Сооружение в. к. платформенного участка	м	140	—	3
11	Сооружение в.к. вестибюля № 2	м	36,1	—	1,1
12	Сооружение в. к. СТП	м	64,0	—	2,8

4.7 Выбор материала конструкции станции

Район строительства станции «Шипиловская» является очень сложным для строительства станции метрополитена с точки зрения горно — геологических условий и инженерных соображений. Сложные гидрогеологические условия (уровень грунтовых вод на глубине около 5 метров — 6 метров) наличие дорог и трамвайных путей, стесненность поверхности строительной и окружение ее жилыми домами вынуждает к применению специальной конструкции станции.

Работы по сооружению станции должны быть относительно бесшумны, с большой скоростью и с предусмотрением мер по защите фундаментов окружающих зданий (наименьшее расстояние от стены станции до фундамента здания около 10 м).

При вышеприведенных условиях нельзя применять котлованный способ строительства, так как он влечет за собой очень шумную работу дизель-молотов погружающих сваи и не обеспечивает соответствующей защиты фундаментов зданий. Самой подходящей в данных условиях технологией строительства будет сооружение станции способом «стена в грунте». Такой способ является бесшумной технологией, обеспечивающей устойчивость окружающего массива. В таком случае по конструктивным соображениям возможны два варианта:

1. «Стена в грунте» является только закреплением бортов траншей.

2. «Стена в грунте» является одновременно закреплением борта траншеи и несущей стеной конструкции станции. Второй вариант является более перспективным и его принимаем для строительства станции метро «Шипиловская».

«Несущая стена в грунте» уменьшает в сравнении с первым вариантом экономические затраты, продолжительность строительства (не нужно строить боковых стен станции). Меньше становиться на 3 — 5 м ширина траншеи, что важно при сооружении участка станции. С другой стороны «несущая стена в грунте», как элемент обделки станции, требует более качественного выполнения, особенно с точки зрения прочности и гидроизоляции.

Конструкция перекрытия станции может быть выполнена в 3 вариантах:

1. монолитное, сводчатое или плоское перекрытие;

2. сборное, железобетонное трех пролетное перекрытие;

3. сборное, железобетонное однопролетное перекрытие.

Для строительства станции принимаем вариант третий, перекрытие состоящие из отдельных тавровых балок шириной 1 метр каждая. В этом случае отпадает применение дополнительного крепления стен анкерами или распорами в стадии строительства, так как сами балки, установленные с шагом 5 метров, выполняют их функцию.

Сооружение трех пролетной станции (вариант — 2) влечет за собой большие объемы строительно-монтажных работ (необходимость монтажа колон, их фундаментов, ригелей), что удорожает строительство. Монолитное перекрытие необходимо сооружать на самой площадке, что удлиняет во времени и усложняет сам процесс строительства.

В качестве примера в разделе «Экономическая часть», приведено сравнение стоимости строительно-монтажных работ и стоимости материалов конструкций для обделки станции со сборным железобетонным и монолитным железобетонным перекрытием. В результате сравнения: сборное железобетонное однопролетное перекрытие оказалось по забойным затратам на 8,2% дешевле монолитного, плоского железобетонного перекрытия.

4.8 Конструкция обделки станции

Обделка станции состоит из 3 главных элементов: сборного, железобетонного перекрытия, боковой монолитной железобетонной стены и монолитного, железобетонного лотка.

Сборное железобетонное перекрытие

Перекрытие состоит из тавровых балок типа Бкр — 18 длиной 18 метров, шириной полки 1 метр, высотой полки 0,18 метра, шириной ребра 0,2 метра и общей высотой 1,05 метра. Балки монтируются с зазором 0,25 метра между полками. В зазоре арматуру балок сваривают и омоналичивают бетоном стык. Верхняя продольная арматура балки приваривается к выпускам обвязочной балки с последующим омоноличиванием стыка. Балка Бкр — 18 выполняется из бетона В — 35 и арматуры: продольная 8 х АIII Ж40, поперечная АI Ж10, арматура полки — АI 10. Расчет балки Бкр — 18 спецификация арматуры приведена в разделе 4.3

Гидроизоляция перекрытия состоит из: слоя цементно — песчаного раствора В — 7,5 толщиной от 20 до 60 мм (разуклонка), пароизоляции (один слой стеклобита марки Г), защитного слоя из цементно — песчаного раствора В — 7,5 толщиной 30 мм, керамзитбетона толщиной 100 мм, выравнивающего слоя цементно — песчаного раствора В — 7,5 толщиной 30 мм 2 — х слоев гидростеклоизола марки Г, защитного слоя цементно — песчаного раствора В 7,5 толщиной 40 мм, армированного 2 сетками из проволоки Ж4 мм с ячейками 150 х 150 мм.

Боковая монолитная железобетонная стена

Боковая стена состоит из: «стены в грунте» и обвязочной балки. «Стена в грунте» выполняется секциями, длиной по 2 метра каждая, высотой 11,65 м и шириной 0,6 метра. Стыки между секциями рабочие. Для обеспечения совместной работы секции устраивается монолитная обвязочная балка высотой 2,1 метр. Балку сооружают с непрерывным горизонтальным армированием. Конструкция балки выполняет так же функции опорной консоли для плит перекрытия. Ее арматура соединяется с выпусками балки Бкр — 18.

Продольная арматура «стены в грунте» и обвязочной балки соединяется между собой и состоит из (на 1 секцию длиной 2 метра) 24 стержней АIII Ж 40, продольная арматура опорной консоли (на 2 метра балки) 12 стержней АIII Ж16. Поперечная арматура состоит из десятиветьевых хомутов из стержней АI Ж 14. В арматурном каркасе предусматривается место для бетонолитной трубы мм. Боковая стена выполняется из бетона В — 30. Расчет и спецификация арматуры приведены в разделе 3.6.

Гидроизоляция «стены в грунте» состоит из стального листа толщиной 6 мм приваренного к арматурному каркасу. Гидроизоляция обвязочной балки состоит из: керамзит — бетона толщиной 100 мм, выравнивающего слоя из цементно — песчаного раствора В — 7,5 толщиной 30 мм, 2 слоев гидростеклоиза марки Г, защитного слоя цементно — песчаного раствора В- 7,5 армированного одной сеткой из проволоки Ж14 мм с ячейками 15х15 мм (ГОСТ 5336 — 67) и защитной сетки из железобетонных плит толщиной 30 мм.

Монолитный железобетонный лоток

Лоток имеет переменную толщину: 1м, по бокам и 0,5 м по середине Ширина лотка 17,7 м. Арматура лотка состоит из плоских каркасов, установленных с шагом 0,2 метра по длине станции и связанных между собой монтажной арматурой А1 Ж10. Плоский каркас состоит из 2 стержней AIII Ж40 и хомутов А1 Ж10. Конструкция лотка выполняется из бетона В — 30. Расчет арматуры лотка и ее спецификация приведены в разделе 3.7.

Гидроизоляция лотка состоит из бетонной подготовки В 7,5 толщиной 200 мм, выравнивающего слоя из цементно — песчаного раствора В 7,5 толщиной 30 мм, 2-х слоев гидростеклоиза марки Г, защитного слоя цементно — песчаного раствора В 7,5 армированного одной сеткой из проволоки Ж 1,4 мм с ячейками 15 х 15 мм (ГОСТ 5336 — 67). Гидроизоляция лотка соединяется со стальной листовой «стеной в грунте» путем наклеивания.

4.9 Расчёт балки перекрытия Бкр-18

Определение нагрузок

нагрузка от веса дорожного покрытия:

где d_а?= 0,08 м — толщина асфальтового покрытия, g_а = 19,6 кН/м — вес асфальтового покрытия, d_б?= 0,22 м — толщина бетонного основания, g_б = 24 кН/м³ — вес бетонного основания.

q^н_?п = 0,08 x 19,6 + 0,22 x 24 = 6,8 кН/м².

нагрузка от грунта засыпки:

q^н_зас = g?x H_г,

H_г = 2м — толщина слоя грунта, g = 20 кН/м³ — объемный вес грунта засыпки (супеси)

q^н_зас = 20 x 2 = 40 кН/м²;

нагрузка собственного веса плит перекрытия принимается по данным из производства: q^н_св = 9,2 кН/м²

Расчетная вертикальная нагрузка на 1 п.м станции:

q = K x (q^н_?п + q^н_зас + q^н_св) = 1,15 x (6,8+40+9,2)=64,4 кН/м

временная вертикальная нагрузка о транспортных (по СниП 2.05.03 — 84) «Мосты и трубы». Самой неблагоприятной является нагрузка в виде полос типа А-11 (трамвай) и определяется по формуле:

q^в_н = q₁ + q₂, , ,

V=10,78 кН/м — распределенная нагрузка на обе колеи, P₁ = 107,91 кН — осевая нагрузка на одну тележку, А₁ = 0,2 + 2 (б_а+ б_б₎ + 2 H_г x tg 26,5 = 0,2 +2 (0,08+ 0,22) +2xtg26,5, A₁=2,79 м.

В₁ = 0,6+2(б_а+ б_б₎ + 2 H_г x tg 26,5 = 0,6+2(0,08+0,22)+2tg26,5 = 3,19 м

Расчетная, временная, вертикальная нагрузка на 1 п.м станции:

q^в = K(q₁ + q₂)=1,2x(1,7+6,1)=9,4кН/м.

Определение внутренних усилий

Балка перекрытия жестко связана путем сварки выпусков арматуры с арматурой боковых стен. Соотвественно ее расчет ведется, как для защемленной железобетонной балки, с учетом пластических деформаций прииводящих к перераспределению внутренних усилий.

Изгибающие опорные и пролетные моменты определяются в упругой системе по формулам:

с учетом пластических деформаций:

После расчетов получаем: М_max =1594 кН/м, Q_max = 664 кН, N = 502,2 кН.

Расчетная схема. Эпюры M,Q,N для балки перекрытия.

Подбор продольной арматуры

Исходные данные: рабочее сечение балки принимаем прямоугольным b x h = 20 x 105см, длина балки L=18м, класс бетона В35 (R_b =195 мПа, R_tt=1,3 мПа, Е_в=34,5 мПа), арматура класса АIII (R_s=R_sc=355 мПа, Е_s=200 x 10³ мПа).

Балка воспринимает нагрузки от 1,25 м длины перекрытия что составляет: N= 1,25 x 502 = 603 кН, М=1,25 x 194 = 1913 кН/м.

Защитный слой бетона а=а`=5 см

Начальный расчетный эксцентриситет:

е_ф = М/N = 1913|603 = 3,17 м

Случайный эксцентриситет:

e_а = h/30=1,05/30=0,035>1/600=18/600=0,03м

Начальный эксцентриситет:

e_в = e_ор + e_а = 3,17+0,035 = 3,205 м

Момент инерции сечения:

J=bh³/12=0,2×1,05³/12=0,0184 м⁴

Коэффициент, определяющий внецентренность приложения нагрузки:

Коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки для обделок Кол=2

Первоначальный коэффициент армирования принимаем равным Ц₀=0,05

Критичиская сила:

, подставив значения получим:

N_кр = 10681 кН

Коэффициент продольного изгиба:

e₀ x h = 3,205×1,06 = 3,397 м — случай больших эксцентриситетов.

Эксцентриситет e= e₀ x h + 0,5 x h — a = 3,397 + 0,5 x 1,05 — 0,05 = 3,872 м.

Определение площади сечения арматуры при условии симметричного армирования:

А_s=А_sc

А_s=А_sc= 0,00527 м² = 52 см².

Общий коэффициент армирования:

Окончательно принимается: для пролетной части 2 x 4 стержня АIII Ж?40 (2 x 50,24 см), приопорной части, в растянутой зоне 4 стержня АIII Ж40 (50,24 см) в сжатой зоне 2 стержня АIII Ж?40 (25,12 см) плюс 2 стержня АIII Ж?40 работающих в качестве отгрибов (25,12 см). Спецификация арматуры приведена в таблице 3.5.

13. Проверка прочности сечения для приопорного участка:

N_e A₀ x b x h₀² x R_b x R_sc x A_sc x (h₀ — a’)

603 x 3,872 0,4 x 0,2 x 1² x 19,5 x 10³ + 355 x 10³ x 0,002512 x (1-0,05)

2334,8 2407,2 кН — запас прочности К₃ = 1,03

N < x b x h₀ x R_b + R_sc x A_sc — R_s x A_s

603 < 0,55 x 0,2 x 1 x 19,5 x 10³ + 355 x 10³ x 0,002512 — 355 x 10³ x 0,005024

603 кН < 1253,2 кН — запас прочности К₃ =2,1.

Подбор поперечной арматуры

Исходные данные: рабочее сечение принимаем прямоугольным b x h = 20 x 105 см, арматура АI (R_sw = 175 МПа, Е = 210 x 10³ МПа). Балка воспринимает нагрузки от 1,25 м длины перекрытия: Q = 1,25 x 664,2 — 797 кН. Остальные данные приведены в разделе «Подбор продольной арматуры».

Коэффициент, учитывающий влияние нормальной силы:

Максимальная поперечная сила воспринимаемая бетоном:

F = 0,6 x (1 + Ф_п) x R_tt x h₀ x b = 0,6 x (1 + 0,015) x 1,3 x 10³ x 0,2 = 158,3 кН

F = 158,3 кН < Q_макс = 797 кН

В соответствии с нормами проектирования поперечной арматуры принимаем: двухветьевые хомуты с шагом S = 20 см на приопорных участках (l₀ = 4,5 м) и S = 40 см в средней части пролета. Диаметр стержней d=10 мм с площадью поперечного сечения.

А_sw = 2 x 0,785 = 1,57 см² (один хомут)

Усилия воспринимаемые хомутами на единицу длины:

Проверка прочности хомутов на действие поперечной силы:

q_sw 0,3 x (1+Ф_п) x R_bt x b = 0,3(1+0,015) x 1,3 x 10³ x 0,2

137,4 кН/м > 79 кН/м

Проверка прочности хомутов на действие поперечной силы на наклонной после между наклонными трещинами:

Определяем величину Ф_w₁:

< 3

тогда: Q_max < 0,3 x Ф_w₁ (1-0,01 x R_b) x R_b x b x h₀ x 10³

Q_max < 0,3 x 1,12(1-0,01 x 19,5) x 19,5 x 0,2 x 1 x 10³ = 1054,9 кН

797 кН < 1054,9 кН Проверка прочности по наклонной трещине.

Длина проекции наиболее опасного наклонного сечения:

С=4,4 м > 2h₀ = 2 x 1 = 2м принимаем длину проекции С = 2h₀ = 2м

Определение усилия воспринимаемого бетоном:

Q_b = 2/С(1+Ф_п) x R_bt x b x h₀² = 2/2(1+0,015) x 1,3 x 10³ x 0,2 x 1² = 263,9 кН

Q_b = 263,9 кН > F=153,3 кН тогда Q_b =F=153,3 кН

Определение продольных усилий воспринимаемых хомутами:

Q_sw = q_sw x C = 137,4 x 2 = 274,8 кН

Определение поперечных усилий воспринимаемых отгибами (2 отогнутых стержня продольной арматуры):

Q_sinC = R_sw x A_sinC x sin = 290 x 10³ x 0,002512 x sin45 = 515,1 кН

Проверка прочности: Q Q_b + Q_sw + Q_sinC

797 кН 153,3+274,8 + 515,1 = 943,2

В качестве поперечной арматуры принимаем 2x 22 хомута АI 10 с шагом 20 см и 22 хомута АI 10 с шагом 40 см. Спецификация арматуры приведена в таблице 4.1.

Подбор арматуры в полке балки перекрытия.

Q₁ = Q₂ = 46,1 кН

Для уменьшения сортамента арматурной стали принимаем стержни АI 10 мм с шагом установки 0,2 м сжатой и растянутой зоне (5 стержней на один метр длины полки). А_s = А_sc = 5 x 0,785 = 3,925 см²/м.

Дальше проверяем несущую способность полки, как изгибаемой конструкции (расчет на 1 метр длины полки), с учетом что А_s = А_sc получаем формулу:

М R_s x A_s (h₀ — a’)

6,15 кН < 225 x 10³ x 0,0003925(0,15-0,03)=12,4 кН

Проверка прочности сечения полки на действие поперечной силы (для расчета принимаем что Ф_п = С); Q_max < F = 0,6 x R_bt x h₀ x b = 0,6 x 1,3 x 10³ x 1 x 0,15;

46,1 кН < 117 кН.

Поперечная сила полностью воспринимается бетоном полки. Спецификация арматуры полки приведена в таблице 3.5

Спецификация арматуры балки перекрытия Бкр-18.

№ п.п.	Назначение арматуры	Профиль	Длина, м	Уд. масса, кг/м	Кол-во, шт.	Общая длина, м	Общая масса, кг
1	Продольная	40 AIII	18	9,87	2	36	355,3
2	Продольная с отгибом	40 AIII	18	9,87	2	36	355,3
3	Продольная	40 AIII	19	9,87	4	76	750,1
4	Поперечная, двухветьевые хомуты с шагом 200 мм	10 AI	2,4	0,617	2×22	105,6	65,2
5	Поперечная, двухветьевые хомуты с шагом 200 мм	10 AI	2,4	0,617	22	52,8	32,6
6	Арматура полки шаг 200 мм	10 AI	2×1,3	0,617	89	231,4	142,8
7	Монтажная арматура полки	10 AI	18	0,617	2×4	144	88,8
ИТОГО:	AIII AI	148 533,8	1460,7 329,3
Бетон В 35	6,7 м³

4.10 Расчёт боковой стены («стены в грунте»)

Расчет боковой стены ведется на основе: «Справочника проектировщика. Основания фундаменты и подземные сооружения». При проектировании боковой стены учитываются нагрузки и воздействия возникающие в условиях строительства и эксплуатации сооружения. Все нормативные нагрузки, коэффициенты надежности по нагрузкам принимаются в соответствии с требованиями: СНиП II-6-74 и СНиП 2.02.0-83.

Расчёт боковой стены в стадии эксплуатации

Боковую стену в стадии эксплуатации рассчитываем как подпорную стенку с одной распоркой (плита перекрытия) равновесие которой обеспечивается за счет усилия сжатия распорки и пассивного давления грунта на заделанную в грунт нижнюю часть стенки. Статический расчет сводится к: определению необходимого заглубления стены в грунт, вычислению усилий действующих в стенке и распорке.

Расчет производится по схеме Якоби Э.К. как для незащемленной стенки — заглубления стенки ниже дна котлована определяется только из условия обеспечения ее статического равновесия против выпора. Схема работы стенки приведена на рисунке 3.2.

Для расчета принимаем усредненную плотность грунта _с = 19 кН/м³ и усредненный угол внутреннего трения _с = 31. Дальше определяют коэффициент активного _а и пассивного _п давления грунта:

_а =tg² (45-/2) = tg² (45-31/2) = 0,32, _п =tg² (45+/2) = tg² (45+31/2) = 3,12

Давление грунта в точке А рассчитываем по формуле:

P_а = K x (_с x H + q_п) x _а =1,1 x (19,2 + 6,8) x 0,32 = 15,8 кПа

Давление грунта в точке В рассчитываем по формуле:

P_в = K x _с x H x _а + p_г = 1,1 x 19 x 11,5 x 0,32 + 57 = 133,9 кПа

Где: p_г — 57 кПа — гидростатическое давление.

Пассивное давление грунта определяю по формуле:

P_п = K x _с x h₀ x _п + p_г

Где К = 2,3 для = 31 — коэффициент сил трения учитывающий сцепление между стеной и грунтом — принимаю по табл. 16.9 из (3).

При не защемленной стенке величина заглубления ее в основании определяется исходя из следующих условий равновесия системы: сумма моментов всех сил относительно точки А закрепления распорки должна равняться нулю и сумма проекции всех сил на горизонтальную ось должна равняться нулю. Требуемую величину заделки в грунте (hо) и опрную реакцию в точке закрепления (Rа) находим путем подбора из уравнения:

Ма + Еп x (Нс + hо — hп) — Еа’ x (Hc + ho) x 1 / 2 — Еа x (Hc + ho) x 2 / 3 = 0

R_а + E_п — E_а — E_а‘ = 0

Где: E_п — равнодействующая пассивного давоения грунта:

1,2 — коэффициент надежности, принимаемый по СН 477 — 75, Р^в_п, Р^п_с — пассивное давление в точке В и С, Е_а — равнодействующая активного давления.

P^c — активное давление в точке С, Е_a‘= P^a x (h₀ + H_c)

h_п — ордината приложения равнодействующей пассивной силы:

Путем подбора определяем что hо = 3,25 м тогда:

P^В_п = 2,3 x 19 x 0 x 3,12 + 57 = 57 кПа

P^с_п = 2,3 x 19 x 3,25 x 3,12 + 89,5 = 532,6 кПа

h_n = 1/3 x 3,25 x (1 + 57 /(57 + 532,6)) = 1,19 м3

Е_а = 1 / 2 x (3,25 + 9,5) x (188,2 — 15,8) = 1099,1 кН

Е_а = 15,8 x (3,25 + 9,5) 201,5 кН

Все значения подставляем в уравнение (1):

1407+798,4 x (9,5 + 3,25 — 1,19) — 201,5 x (9,5 + 3,25) x 1 / 2 — 1099,1 x (9,5 + 3,25) x 2 / 3 = 0

1407 + 9229,5 — 1284,6 — 9341,1 = 0 0

Из уравнения (2) находим опорную реакцию Ra в точке закрепления:

R_a = E_a + E_a — E_п = 1099,1 + 201,5 — 798,4 = 502,2 кН

Полную величину заглубления стенки h рассчитываем по формуле:

h = 1 / 2 x h₀ = 1,2 x 3,25 = 3,9 м

Для определения внутренних усилий рассматриваем стенку, как сборную, опертую в месте установки распорки и в точке равнодействующей пассивного давления грунта. Уравнение моментов принимает значение:

М_х = 502,2х — 7,9х² — 2,2 х² — 1407

Уравнение поперечных сил принимает значение:

Q_х = 502,2 — 15,8x — 6,8 x²

На основе этих уравнений определяем значения изгибающих моментов и поперечных сил. Расчетная схема эпюры изгибающих моментов и поперечных сил приведены на рисунке 3.2

Рис. 3.2. Расчетная схема (стадия эксплуатации). Эпюры M и Q для боковой стены

Расчёт боковой стены в условиях строительства. Этап I

Боковую стену на первом этапе строительства можно рассматривать как статически определимую консольную стену, устойчивость которой обеспечивается уравновешенностью пассивного и активного давлений грунта. Расчет такой стены сводится к определению необходимого заглубления ее в грунт основания. Для расчета принимаю метод Блюма — Ломейера (способ «упругой линии») дающий довольно близкие к натуральным данным результаты. Схема расчета приведена на рисунке 3.3.

При расчете учитываем, что строительство ведется с водопонижением (нет гидростатического давления воды). Временную нагрузку от козлового крана, или автотранспорта принимаю равной qв=50 кН/м.

Давление грунта на стенку в точке А’ будет составлять:

P^a‘ = K x q_в x _а = 1,1 x 50 x 0,32 =17,6 кПа

Давление грунта в точке В рассчитываем по формуле:

P^в = P^a‘ + K x _с x H_c x _а = 17,6 + 1,1 x 19 x 4 x 0,32 = 44,3 кПа

Давление грунта в точке В рассчитываем по формуле:

P^с = P^a‘ + K x x Hx _а

Заменяя пассивное давление грунта равнодействующей сосредоточенной силой Е_п‘ и составляем уравнение изгибающих моментов относительно точки С, получаем уравнение из которого определяем ho:

1 / 3 Е_a x (H_c + h₀) + 1 / 2 Е_а‘ x (H_с + h₀) — 1 / 3 E_п x h₀ = 0

Путем подбора определяем h₀= 3,85 м, тогда P_г = 0 (водоотлив)

P^с_п = 2,3 x 19 x 3,85 x 3,12 = 524,9 кПа

P^с =17,6 +1,1 x 19 x 7,85 x 0,32 = 70,1 кПа

Е_п = 1 / 1,2 x 3,85 x 524,9/2 = 809,3 кН

Е_а = 1 / 2(4+3,85) x (70,1 — 17,6) = 206,1 кН

Е_а` = 17,6 x 4 x 3,85 = 138,2 кН

Все значения подставляем в уравнение:

1 / 3 x 206,1 x (4 + 3,85) + 1/ 2 x 138,2 x (4 + 3,85) — 1/ 3 x 809,3 x 3,85 =0

539,3 + 5424 — 1038,6 = 0; 32,6 = 0

Полная величина заглубления стенки составляет:

n = 1,2 x 3,85 = 4,62 м

Для определения изгибающих моментов и поперечных сил рассматриваю стену как консольную балку нагруженную активными и пассивными нагрузками. Для определения пассивной нагрузки принимаем коэффициент надежности К=1/1,2.

Уравнение моментов принимает значения:

Для x 4 М_x = — 8,8 x² — 1,1 x³

Для 4 x 7,85 М_x = 17,8x³ — 235,6x² + 907,2x — 1209,6

Уравнения поперечных сил принимают значения:

Для x 4 Q_x = -17,6x — 1,1x

Для 4 x 7,85 Q_x = 53,5x² — 472x + 908,8

На основании этих уравнений определяем значения изгибающих моментов и поперечных сил. Расчетная схема, эпюры изгибающих моментов и поперечных сил приведены на рисунке 3.3.

Рис. 3.3. Расчетная схема (1 этап стадии строительства).

Эпюры M и Q для боковой стены.

Расчёт боковой стены в условиях строительства. Этап II

Расчет боковой стены на втором этапе строительства ведется по схеме Якоби аналогично расчету боковой стены в стадии эксплуатации. Схема работы приведена на рисунке 3.4.

Определяем нагрузку на стену на втором этапе строительства:

Момент М_а возникает от внецентренно приложенной нагрузки от веса балки перекрытия:

М_а =1 / 2 x q^н_св x l_b x l₀ = 1/ 2 x 9,2 x 18 x 0,45 = 37,3 кНм

Где l_b = 18 м — длина балки, l₀= 0,45 — расстояние от оси опоры балки до оси стены.

Временную нагрузку от козлового крана или автотранспорта принимаем равной 50 кН/м² (по данным из производства).

Давление грунта на стену в точке А’ будет равно:

P^а` = 1,1 x 50 x 0,32 = 17,6 кПа P^а` = K x q^н_св x _a

Давление грунта в точке В рассчитываем по формуле:

P^в = P^а` + K x _с x H_с x _а + P^в_г = 17,6 + 1,1 x 19 x 7,68 x 0,32 + 58,6 = 127,6 кПа

Где: P^в_г =58,6 — гидростатическое давление в точке В.

Давление грунта в точке С рассчитываем по формуле:

P^с = P^а` + К x _с x (H_с + h₀) x _а + P^c_г

Путем подбора находим h₀ и R_а используя следующие условия равновесия системы: сумма моментов всех сил относительно точки А должна быть равна нулю, сумма проекций всех сил на горизонтальную ось должна быть равна нулю.

М_a + Е_п (Н_с+h₀-h_п -h_а) — E_а`(h_а +(H_с+h₀) x 1 / 2) -E_а (h_а+(H_с+h₀) x 2/3)= 0 (3)

R_a + E_п + E_а + E_а‘ = 0 (4)

Если h₀= 3,3 м, тогда (на основе раздела “расчет боковой стены в стадии эксплуатации”)

P^в_п = 2,3 x 19 x 0 x 3,12 + 58,6 = 58,6 кПа;

P^c_п = 2,3 x 19 x 3,3 x 3,12 + 91,6 = 541,5 кПа;

P^c = 17,6 +1,1 x 19 x 10,98 x 0,32 + 91,6 = 182,6 кПа.

E_a = Ѕ(3,3 + 7,68) x (182,6 -17,6)=905,8

E_a‘ = 17,6 x (3,3+7,68) = 193,2 кН

Все значения подставляем в уравнение (3):

37,3+825,1(7,68 + 3,3 + 2 — 1,21)-193,2(2+(7,68 + 3,3)x 1 /2) — 905,8 (2+ 7,68 + 3,3)x 1/2=0

37,3 + 9711,4 — 1447,1 + 8442,1 = 0

-140,5 = 0

Из уравнения (4) находим R_а_: R_а = 905,8 + 193,2 — 825,1 = 273,9 кН. Полная величина заглубления стенки составляет h=1,1×3,3=3,63 м h=1,1x h₀

Для определения внутренних усилий рассматриваем стену как опертую в месте установки распорки и в точке равнодействующей пассивного давления грунта. Уравнения изгибающих моментов принимают значения:

Для x < 2,0 М_x = — 37,3 + 273,9

Для 2,0 < x < 12,98 М_x = — 56,7 + 353,8x + 4,43x² — 2,5x³

Уравнения поперечных сил принимают значения:

Для x < 2,0 Q_x = 273,4 кН

Для 2,0 < x < 12,98 Q_x = 248,6 + 13,9x — 7,5x²

На основе этих уравнений определяем значения изгибающих моментов и поперечных сил. Расчетная схема, эпюры изгибающих моментов и поперечных сил приведена на рисунке 3.4.

Рис. 3.4. Расчетная схема (2 этап стадии строительства).

Эпюры M и Q для боковой стены.

Проверка основания боковой стены по несущей способности и деформации

Расчет выполняется на основе СНиП 2.05.2.03-83 «Основания здания, сооружения», только для стадии строительства станции, так как в условиях эксплуатации все нагрузки на основание будут передаваться через лотковую плиту.

При расчете необходимо учитывать размеры условного фундамента, определяемые по формуле (расчет на 1 погонный метр длины станции):

Где: F — площадь условного фундамента, H_с = 11,68 м — полная высота «стены в грунте», h = 4 м — высота заглубления в грунт участка стены, _с = 31 — угол внутреннего трения для суглинков.

Нагрузка на основание будет составлять:

где: С_тс = 80 кН — нагрузка от плит перекрытия, С_тс — нагрузка от собственного веса стены С_тс = _б x б_ст x H = 23 x 0,6 x 13,8 = 190,4 кН, _б = 23 кН/м³ — средняя плотность ж/б, б_ст = 0,6 м — ширина стены, H = 13,8 м — полная высота боковой стены.

Основание боковой стены сложено мелкими песками и супесями средней плотности ₁₁ = 18 кН/м, коэффициент пористости е = 0,65, удельным сцеплением С_п = 2 кПа, углом внутреннего трения = 32.

Максимальное расчетное давление на основание определяем по формуле (СНиП 2.02.03-83).

Проверка несущей способности основания: Р_max < R, 114,6 кПа < 288,5 кПа.

Проверка основания по деформациям. Давление грунта под подошвой условного фундамента равно:

Р_б = _с x H_с = 19 x 11,68 = 221,92 кПа, P₀ = 114,6 кПа < P_б = 221,92 кПа, согласно СНиП 2.02.03 — 83 расчет основания по деформациям не производится.

Подбор продольной арматуры

Исходные данные: рабочее сечение стены принимаем прямоугольным b x h = 100 x 60 см (расчет ведется на 1 погонный метр длины сиены), высота стены H = 13,78 м, защитный слой бетона а = а ` = 5 см, класс бетона В-30 (R_b=17,0 МПа, R_bt=1,2 МПа, Е_в=32,5 x 10³ МПа), арматура класса АIII (CR_s = R_sc = 355 МПа, Е_s = 200 х 10³ МПа). Максимальный изгибающий момент М = 1407 кН/м, продольная сила N=664 кН. Расчет ведем аналогично разделу 3.4. Арматуру подбираю для стадии эксплуатации с дальнейшей проверкой боковой стены в стадии строительства:

е_ор = 1407/664,2 = 2,119 м

е_а = 13,78/600 = 0,023 м > 0,6/30 = 0,02 м

е_о = 2,119 + 0,023 = 2,142

J = 1 x 0,6³ / 12 = 0,018 м

К_б1 = 2 принимаем Н₀ = 0,025 тогда:

N_кр = 8,865 мН = 8865 кН

е_о = 2,142 x 1,08 = 2,31 м;

e = 2,31 + 0,6 x 0,5 — 0,05 = 2,56 м

Принимаю шесть стержней АIII 36 (75,96 см²) в растянутой и сжатой зоне. По технологическим соображениям боковая стена делиться на «стену в грунте» высотой 11,68 м и обвязочную балку высотой 2,1 метра. Спецификация продольной арматуры приведена в таблице 3.6 (арматура «стены в грунте») и таблица 3.7 (арматура обвязочной балки).

Проверка прочности стены в стадии эксплуатации:

N_e < A₀ x b x h₀² x R_b + A_sc (h₀² — a’)

664 x 2,56 < 0,4 x 1 x 0,6² x 17 x 10³ + 355 x 10³ x (0,55 — 0,05) x 0,007592

1699,8 кН/м < 3785,6 кН/м — запас прочности К_з = 2,2

Список использованной литературы

И.В. Баклашов, В.Н. Борисов «Проектирование и строительство горнотехнических зданий и сооружений». Строительные конструкции зданий и сооружений. Москва, «Недра», 1990.

В.П. Волков «Тоннели и метрополитены». Москва, «Транспорт», 1975 г.

В.Е. Меркин, С.Н. Власов, О.Н. Макарова «Справочник инженера-тоннельщика». Москва, «Транспорт», 1993 г.

В.Г. Храпов «Тоннели и метрополитены». Москва, «Транспорт», 1989 г.

Б.А. Картозия, М. Н. Шуплик, Б.И. Федунец и др. «Шахтное и подземное строительство», т. II. Москва, «Академия горных наук», 1999 г.

Нормы по проектированию и устройству гидроизоляции метрополитенов, сооружаемых открытым способом. Москва, 1993г.

СНиП II-40-80, ч. II, глава 40 «Метрополитены». Москва, «Стройиздат», 1981 г.

Гальперин П. М., Зайцев В. С. «Гидрогеология и инженерная геология».

Б.Ф. Кирин, К. З. Ушаков «Охрана труда».

И.В. Баклашов, Б.А. Картозия «Механика подземных сооружений и конструкций крепей». Москва, «Недра».

Б.А. Картозия, Б.Н. Борисов «Инженерные задачи механики подземных сооружений». Расчёт крепей и обделок. Москва, изд-во МГГУ, 1997 г.

Размещено на

Выдержка из текста работы

1. Геологическая часть.

2. Организация строительства

Ориентировочный расход воды на бытовые нужды

Пневмоколёсный кран КС-5363

Таблица характеристик крана КС-5363

3. Технология строительства перегонного тоннеля

4. Сооружение «стены в грунте» станции метрополитена «Шипиловская»

Ведомость основных объемов работ и их продолжительности (строительно-монтажные работы)

№

Кол-во,

Скорость,

Продол-ть,

4.8 Конструкция обделки станции

Подбор поперечной арматуры

QsinC = Rsw x AsinC x sin = 290 x 103 x 0,002512 x sin45 = 515,1 кН

Спецификация арматуры балки перекрытия Бкр-18.

Рис. 3.2. Расчетная схема (стадия эксплуатации). Эпюры M и Q для боковой стены

Расчёт боковой стены в условиях строительства. Этап I

Pс = Pa‘ + K x x H x а

Рис. 3.3. Расчетная схема (1 этап стадии строительства).

Эпюры M и Q для боковой стены.

Мa + Еп (Нс+h0-hп -hа) — Eа`(hа +(Hс+h0) x 1 / 2) -Eа (hа+(Hс+h0) x 2/3)= 0 (3)

Ra + Eп + Eа + Eа‘ = 0 (4)

Если h0 = 3,3 м, тогда (на основе раздела “расчет боковой стены в стадии эксплуатации”)

Pвп = 2,3 x 19 x 0 x 3,12 + 58,6 = 58,6 кПа;

Pcп = 2,3 x 19 x 3,3 x 3,12 + 91,6 = 541,5 кПа;

Pc = 17,6 +1,1 x 19 x 10,98 x 0,32 + 91,6 = 182,6 кПа.

Ea = Ѕ(3,3 + 7,68) x (182,6 -17,6)=905,8

Ea‘ = 17,6 x (3,3+7,68) = 193,2 кН

Все значения подставляем в уравнение (3):

37,3+825,1(7,68 + 3,3 + 2 — 1,21)-193,2(2+(7,68 + 3,3)x 1 /2) — 905,8 (2+ 7,68 + 3,3)x 1/2=0

37,3 + 9711,4 — 1447,1 + 8442,1 = 0

-140,5 = 0

Для x < 2,0 Мx = — 37,3 + 273,9

Для 2,0 < x < 12,98 Мx = — 56,7 + 353,8x + 4,43x2 — 2,5x3

Уравнения поперечных сил принимают значения:

Для x < 2,0 Qx = 273,4 кН

Для 2,0 < x < 12,98 Qx = 248,6 + 13,9x — 7,5x2

Рис. 3.4. Расчетная схема (2 этап стадии строительства).

Эпюры M и Q для боковой стены.

Список использованной литературы

Q_sinC = R_sw x A_sinC x sin = 290 x 10³ x 0,002512 x sin45 = 515,1 кН

P^с = P^a‘ + K x x Hx _а

М_a + Е_п (Н_с+h₀-h_п -h_а) — E_а`(h_а +(H_с+h₀) x 1 / 2) -E_а (h_а+(H_с+h₀) x 2/3)= 0 (3)

R_a + E_п + E_а + E_а‘ = 0 (4)

Если h₀= 3,3 м, тогда (на основе раздела “расчет боковой стены в стадии эксплуатации”)

P^в_п = 2,3 x 19 x 0 x 3,12 + 58,6 = 58,6 кПа;

P^c_п = 2,3 x 19 x 3,3 x 3,12 + 91,6 = 541,5 кПа;

P^c = 17,6 +1,1 x 19 x 10,98 x 0,32 + 91,6 = 182,6 кПа.

E_a = Ѕ(3,3 + 7,68) x (182,6 -17,6)=905,8

E_a‘ = 17,6 x (3,3+7,68) = 193,2 кН

Для x < 2,0 М_x = — 37,3 + 273,9

Для 2,0 < x < 12,98 М_x = — 56,7 + 353,8x + 4,43x² — 2,5x³

Для x < 2,0 Q_x = 273,4 кН

Для 2,0 < x < 12,98 Q_x = 248,6 + 13,9x — 7,5x²