Применение набрызг-бетона при строительстве подземных объектов глубокого заложения в Москве

М. С. Панкратов, зам. директора СМУ-1 9 Мосметростроя
И. А. Бородин, директор СМУ-1 9 Мосметростроя

Оригинал статьи в журнале "Метро и Тоннели", №5, Ноябрь 2014

Наверное, нет необходимости доказывать, что строительство метрополитена является наиболее эффективным методом решения транспортных проблем мегаполиса.

Плотность населения в современных городах постоянно увеличивается, и это приводит к тому, что транспортная инфраструктура, которая вполне удовлетворяла требованиям недавнего прошлого, оказывается недостаточной. Более того, предполагаемые потребности ближайшего будущего требуют еще более производительной системы транспорта. В случае с метрополитеном это означает необходимость строительства дополнительных линий и станций в давно освоенных и застроенных районах, повышения производительности существующих станций за счет введения в строй новых выходов, дополнительных переходов и пересадок (рис. 1).


Метростроение на городских окраинах позволяет применять относительно дешевые методы строительства станций и притоннельных сооружений с поверхности, однако в условия плотной, иногда исторической, городской застройки отрытый способ может привести к громадным затратам, связанным с высвобождением территории, перекрытием движения и выносом коммуникаций из зоны застройки. Также велики оказываются непрямые затраты, так называемая социальная цена, связанная с тем, что жители окрестных районов вынуждены мириться с перекрытием дорог, шумом движения тяжелого грузового транспорта и другими неудобствами.

Однако решением этих проблем может стать применение технологии набрызг бетона, которая обладает большим количеством преимуществ перед традиционными методами.

Аналогичная по несущей способности строительная конструкция принципиально дешевле
Для устройства набрызг-бетонной крепи существует широкодоступное на рынке оборудование, причем комплект оборудования для устройства набрызг бетона дешевле, чем укладчик чугунной обделки.

Технология высоко механизирована
Оператор управляет набрызгом с дистанционного пульта, прикладывая минимальные усилия. Работа с оборудованием напоминает скорее видеоигру, чем строительство. Не требуется забивать оправки, устанавливать лонгарины, ориентировать тюбинги руками.

Максимальная механизация достигается при применении технологии фиброна брызг-бетона
В этом варианте функцию армирования выполняет стальная или полипропиленовая фибра, которая вводится в состав бетона при замесе на растворном узле. В этом случае отпадает необходимость в установке арок и сетки. Набрызг ведется непосредственно на породу без подготовительных работ.

В декабре 2013 г. ОАО «Мосметрострой» вынесло на обсуждение научно-технического совета департамента строительства Москвы предложение о прокладке опытного участка тоннеля с применением технологии фибронабрызг-бетона. Было одобрено строительство монтажной камеры укладчика между станциями «Фонвизинская» и «Бутырская» Люблинско-Дмитровской линии.

Камера представляет собой участок тоннеля длиной 40 м. Сечение показано на рис. 2.


В январе-феврале 2014 г. СМУ-19 Мосметростроя выполнило работы по устройству первого слоя набрызг-бетонной обделки внутренним диаметром 5850 мм (рис. 3).


В монтажной камере собрали классический укладчик чугунной обделки ТУ-1, и проходку возобновили с применением чугунной обделки.

Возведение постоянной обделки в камере (чугунной или железобетонной) планируется в январе-феврале 2015 г., что позволит вести наблюдения за крепью в течение года.

Камера находится в толще Воскресенских глин (которые представляют собой глины с прослойками известняка и мергеля).

Проходка камеры велась при помощи экскаватора-комбайна ITC 120 (рис. 4).


Экскаваторы-комбайны типа ITC отличаются от обычных типом рабочего органа. Вместо стрелы, оснащенной фрезой, они комплектуются рычажной стрелой экскаваторного типа. На рукояти стрелы установлен гидромолот, который смонтирован на салазках с гидравлическим механизмом выдвижения. Такая конструкция позволяет в течение нескольких секунд выдвинуть гидромолот или, наоборот, втянуть его обратно и перейти к работе ковшом.

Применение рабочего органа экскаваторного типа помогает избежать налипания глины на фрезу комбайна. Ковш может зачерпнуть и погрузить на транспортер грунт любой консистенции, что исключает проблемы, связанные с работой комбайна на нескальных пластичных грунтах.

Также комбайн ITC 120 способен разрабатывать породу на глубину 2,1 м ниже уровня опирания гусениц, что позволяет ему разрабатывать круглое сечение.

Собственно набрызг осуществлялся при помощи установки Meyco Oruga.

Применялась так называемая «мокрая» технология набрызга, когда бетонная смесь замешивается на бетонном заводе и при помощи автобетоносмесителя доставляется на строительную площадку. Далее бетонная смесь спускалась по бетоноводу, размещенному в стволе на глубину 65 м. На дне ствола бетон загружался в пневмобетоноукладчик типа Furukawa, который по рельсам буксировался к месту ведения работ по набрызгу. Пневмобетоноукладчик при помощи сжатого воздуха разгружался в бетононасос Meyco Suprema, который подавал бетон непосредственно к соплу набрызг-машины.

Разработка (рис. 5) велась заходками по 1 метру.


После разработки очередной заходки комбайн отъезжал назад, и его место возле забоя занимала набрызг-машина. Для разминовки оборудования в обратном своде тоннеля засыпался временный лоток.

На заводе в бетон добавлялся регулятор скорости гидратации, который позволял добиться сохранения живучести смеси на срок 8 и более часов. Применение регулятора гидратации приводит к уменьшению рисков, связанных с возможным застреванием автобетоносмесителя в пробке, а также позволяет не опасаться проволочек с ведением работ на площадке.

Данная технологическая схема сводит требуемый персонал к минимуму: оператор комбайна, оператор набрызг-машины и несколько человек вспомогательного персонала. Для сравнения, экипаж классического укладчика часто превышает 10 человек.

Во время и после окончания проходки ведется постоянный мониторинг деформаций крепи. Каждые 5 м по сечению тоннеля расположены семь маркеров деформаций, положение которых контролируется маркшейдерскими методами (рис. 6).


В настоящий момент наблюдения ведутся еженедельно. За четыре месяца наблюдений ни на одном маркере не было зафиксировано деформаций, превышающих 5 мм.

Во время выполнения работ несколько раз производился отбор кернов и контроль набора прочности бетона (табл.).

Маркировка образца Возраст образца
в сутках
Дата набрызга Средняя прочность,
МПа
Температура воздуха
(на поверхности)
Пикет 20.5 17 17.01.2014 26.5 -14
Пикет 25.5 14 20.01.2014 24.5 -16
Пикет 30.5 9 25.01.2014 21.2 -19
Пикет 35.5 5 29.01.2014 22 -22

Полученные результаты доказывают, что прочность получаемого набрызгом бетона не вызывает опасений даже при экстремально низких зимних температурах.

Оригинал статьи в журнале "Метро и Тоннели", №5, Ноябрь 2014

Проект набрызга сделан компанией Ramboll UK.