автореферат диссертации по строительству, 05.23.15, диссертация на тему:Пересадочные узлы на линиях метрополитена глубокого заложения

^ петербургский

Государственный университет путей сообщения

■О

■■» На правах рукописи

• «V

КУЛАГИН Николай Иванович

ПЕРЕСАДОЧНЫЕ УЗЛЫ НА ЛИНИЯХ МЕТРОПОЛИТЕНА ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Специальность 05.23.15 — Мосты и транспортные

тоннели

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в виде научного доклада

санкт-петербург 1997

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ВАУЧСКИЙ Николай Павлович;

доктор технических наук, профессор ДЕМЕШКО Евгений Андреевич;

доктор технических наук, профессор МЕРКИН Валерий Евсеевич

Ведущая организация — ОАО «Проектно-изыскательский институт Метрогипротранс».

Защита состоится 26 июня 1997 г. в 13 час 30 мин на заседании диссертационного совета Д 114.03.04 в Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9, аудитория 3-237.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке ПГУПС.

Диссертация в виде научного доклада разослана 26 мая 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета докт. техн. наук

С. Р. ВЛАДИМИРСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

В диссертации, представленной в форме научного доклада, дается краткое содержание и обобщение опубликованных 1968-1997гг. работ и изобретений автора по результатам выполненных им научных исследований и проектно-конструкторсхих разработок.

Актуальность проблемы

Развитие больших городов, имеющих метрополитены, приводит к разветвлению сети и росту пересечений линий метрополитена в узлах пересадки, к необходимости поиска новых наиболее оптимальных планировочных и конструктивных решений пересадочных узлов с целью повышения удобства и комфортности пассажиров, снижения затрат времени на пересадку и в целом на поездку, уменьшения транспортной усталости населения, увеличения свободного личного времени горожан.

Не меньшее значение имеет разработка компактных пересгщочных узлов для увеличения КПД освоения городской территории, рационального комплексного использования подземного пространства, уменьшения отрицательного влияния подземных выработок на устойчивость породного массива и осадку дневной поверхности, особенно в районах плотной городской застройки, исторических и культурных памятников.

При разработке Перспективных схем развития метрополитенов, а также тесно связанных с ними Планов комплексного освоения подземного пространства городов, одним из существенных условий успеха является наличие большого выбора эффективных планировочных и конструктивных схем пересадочных узлов метрополитена, что позволяет квалифицированно спланировать как саму перспективную сеть метрополитена, так и примыкающее к нему подземное пространство, заблаговременно учесть эту перспективу при застройке новых и реконструкции старых районов развивающихся городов.

Поэтому научное обоснование и разработка новых планировочных схем, конструктивных и технологических решений пересадочных узлов метрополитена, эффективных методов и механизмов для их сооружения, при комплексном освоении подземного пространства, является актуальной научно-технической проблемой, имеющей важное значение для развития крупнейших городов России.

Актуальность проблемы подтверждается также включением се в Комплексную целевую научно-техническую программу на 1988-1990 и до 2000 года по достижению высшего мирового технического уровня в транспортном строительстве, раздел "Строительство тоннелей и метрополитенов", задания ТМ.04.04. "Разработать и внедрить эффективные конструкции станций метрополитенов глубокого заложения односводчатого и колонного типа" (1988-1995 гг.) и ТМ.05.05. "Разработать и применить эффективные обьемно-плаиировочные решения и конструкции сооружений, обеспечивающие рациональное использование подземного пространства при строительстве метрополитенов" (1995- 1997гт.).

Цель работы заключалась в научном обосновании, разработке, исследовании и внедрении в пракгшсу проектирования и строительства новых планировочных схем и конструкций, механизмов и технологий строительства пересадочных узлов метрополитена, обеспечивающих повышение пропускной и провозной способности метрополитена, комфортность и экономию времени пассажиров, компактное и комплексное освоение подземного пространства городов.

Идея работы: расширяя область применения хорошо зарекомендовавшего себя в подземном строительстве принципа сооружения сборных несущих конструкций с обжатием их в породу, создать принципиально новые высокоэффективные и удобные для пассажиров конструкции пересадочных узлов метрополитена.

Задачи исследований:

- анализ существующих объемно-планировочных н конструктивных решений пересадочных узлов метрополитена глубокого заложения и их классификация;

- обоснование направлений совершенствования существующих типов пересадочных узлов;

- разработка новых высокоэффективных конструкций пересадочных узлов метрополитена, технологий и механизмов для их строительства;

- комплексные исследования новых конструкций аналитическим методом и на моделях из эквивалентных материалов;

- разработка рекомендаций и нормативных дохуиеитов для возведения новых конструкций пересадочных узлов;

- внедрение новых конструкций в проектирование и строительство метрополитенов, исследования в натурных условиях поведения основных элементов конструкций п окружающего породного массива, разработка рекомендаций по дальнейшему совершенствованию конструкций и методов их строительства;

- разработка перспективных предложений по комплексному использованию подземного пространства на базе новых конструкций пересадочных узлов метрополитена глубокого заложения.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов, включающий анализ и научное обобщение производственного опыта проектирования и строительства пересадочных узлов метрополитена, расчет-но-аналитическнй метод, лабораторные исследования на физических моделях из эквивалентных материалов, эксперименты в производственных условиях при строительстве односводчатых станций и объединенного пересадочного узла на линиях метрополитена глубокого заложения.

Автор защищает;

- классификацию пересадочных узлов метрополитена на линиях глубокого заложения и научно-обоснованные рекомендации по выбору типа пересадочных узлов при строительстве новых линий;

- результаты исследований деформаций породного массива, устойчивости забоя и горного давления на временную крепь при сооружении сводов большого пролета, с обжатием их при монтаже в породу;

- принципиально новые, разработанные на уровне изобретений, конструкции объединенных пересадочных узлов метрополитена глубокого заложения;

- результаты комплексных исследований на физических моделях и при экспериментальном строительстве первого в отечественной практике объединенного двухъярусного пересадочного узла на две линии метрополитена;

- новые технологии и комплексы механизмов для индустриального строительства пересадочных узлов глубокого заложещш;

- п{ гдложения по применению новых перспективных конструкций и технологий строительства объединенных пересадочных узлов метрополитена для целей комплексного использования подземного пространства.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- комплексным подходом к изучению и решению проблемы строительства пересадочных узлов метрополитена;

- сходимостью результатов, полученных различными методами математического и физического моделирования па моделях из эквивалентных материалов с данными натурных исследований при строительстве первой в России двухъярусной пересадочной станции метрополитена глубокого заложения в С.-Петербурге;

- положительным» результатами внедрения рекомендаций и выводов автора в практику проектирования и строительства метрополитена.

Научная новизна и практическая значимость работы

На основе анализа практики и тенденций в строительстве метрополитенов разработана классификация пересадочных узлов метрополитена на линиях глубокого заложения и даны научно-обоснованные рекомендации по выбору типов пересадочных узлов при проектировании и строительстве новых линий.

При строительстве и на моделях из эквивалентных материалов выявлены закономерности проявления горного давления на временную крепь при сооружении сводов большого пролета в протерозойских глинах, предложена методика ее расчета и сформулированы основные требования к механизированному агрегату для разработки калоттнон прорези и монтажа сборного свода с разжатием в порода.

Предложены на уровне изобретений, разработаны, исследованы и внедрены в проектирование и строительство принципиально новые кон-струкцни и технологии сооружения пересадочных узлов, что является новым прогрессивным направлением а области пересадочных узлов метрополитена на линиях глубокого заложения.

Совокупность приведенных о работе научных результатов можно классифицировать как решение крупной научной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение, внедрение которой вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области метростроения.

Личный вклад автора cocroirr:

- в разработке классификации пересадочных узлов на линиях глубокого заложения;

- в постановке н проведении лабораторных и натурных (при строительстве) исследований анкерной крепи в протерозойской глине к паиря-

женно-деформированного состояния породы при сооружении сводов большого пролета на одпосводчатых станциях;

- в исследовании зависимости горного давления на временную крепь от ряда технологических факторов и выработке эмпирических формул для аналитического его определения;

- в разработке новых конструкций пересадочных узлов, технологий и Механизмов для их строительства;

- в постановке теоретических и лабораторных исследований по теме работы, анализе результатов исследований, в теоретическом обобщении и обосновании защищаемых положений;

- во внедрении результатов исследований в практику проектирования и строительства;

- в разработке рекомендаций по выбору типа пересадочных узлов при строительстве новых лилии.

Автор выражает глубокую признательность профес эру, доктору технических наук Голицынскому Д.М. за научную консультацию, а также доктору технических наук Фролову Ю.С., всем сотрудникам кафедры "Тоннели и метрополитены" и лаборатории моделирования тоннелей ЛИИЖТ'а (СПГУПС'а) за постоянную методическую помощь и поддержку в ходе выполнения работы.

Реализация результатов работы осуществлялась в ходе проектирования и строительства 12-ти одпосводчатых станций метрополитена С.Петербурга, при разработке Технико-экономического обоснования (ТЭО) метрополитена в г.Гавана (Куба), в ходе разработки "Комплексной схемы развития метрополитена в городах Сашгг-Пегербурге, Одессе, Челябинске до 2010 г. " (в рамках "Схемы развития и размещения метрополитенов в СССР на период до 2010 г."), Технико-экономического обоснования (ТЭО) продления Фрунзенско-Приморской лньаи метрополитена С.-Петербурга на юг, в разработке "Рекомендаций по проектированию и строительству

односводчатых станций в плотных устойчивых глинах типа протерозойских" (1979 г.), при разработке "Технологических карт-схем сооружения горных транспортных тоннелей" (1985 г.) и рабочей документации двухпутного железнодорожного Мысового тоннеля на побережье оз. Байкал, "Руководства по комплексному использованию подземного пространства при строительстве и реконструкции метрополитенов" (ЦНИИС, 1996 г.), при составлении "Схемы размещения объектов городской инфраструктуры и многофункциональных комплексов при освоении подземного пространства Санкт-Петербурга", о пионерных разработках - предложениях по созданию подземных ядерных электрических и тепловых станций, а также в предпроектных предложениях "Инженерно-технические решения по обращению с ради активными отходами (РАО) и отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) в Ленинградском регионе. Подземный комплекс".

Результаты работы использовались при разработке технической документации (рабочее проектирование, временные технические условия) и при строительстве двухъярусного пересадочного узла метрополитена "Спортивная" в С.-Петербурге (1988-1996 гг.).

Изобретения автора п части конструкций, комплекса механизмов и методов строительства внедрены при строительстве ряда станции Петербургского (Ленинградского) метрополитена в период 1975-1996 гг.

Апробация работа

Основные результаты докладывались на Всесоюзном совещании "Новая технология и оборудование для строительства подземных сооружений" (Киев, IV-1974 г.), на Технико-экономическом Совете Главметрополн-тена СССР (1Х-1987 г.), научно-технических советах Минтраистрот СССР (1988,1990, 1991), Госстроя СССР (1988 г.), Межрегиональном научно-техническом симпозиуме "От качественного проекта к совершенному подземному сооружению" (Москва, 1993 г.), научно-технических конференциях "Комплексное использование подземного пространству. Северо-Западного

региона" (С.-Петербург, 1992 и 1994 гг.), на Всемирном конгрессе по тоннелестроению в Штутгарте (Германия, IV-1995 г.), на Координационных совещаниях по строительству двухъярусной пересадочной станции "Спортивная" в Петербурге, на Международном симпозиуме "Транспорт в современных условиях" - ТрансТЭК-96 и иаучно-техническом семинаре "Новые технологии тоннелестроения России - 96" (С.-Петербург - 1996г.), на конференциях в Доме ученых АН С.-Петербурга, на кафедре "Тоннели и метрополитены" ПГУПС и на заседании НИЦ "Тоннели и метрополитены" ЦНИИС (март 1997 г.).

Публикации

Основные положения работы опубликованы в 46 печатных работах, в числе которых одна монография, учебник, справочник, рекомендации по проектированию, 13 изобретений СССР и 1 патент ЧССР.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

С увеличением городоа и обострением проблемы перевозки пассажиров неуклонно возрастает роль метрополитена. По мере роста протяженности сети, с вводом в эксплуатацию второй и последующих линий, появляются пересадочные узлы в местах их пересечения шш касания. Как показывает опыт больших городов мира, развитие сети к се "сгущение" ведут к увеличению количества пересадочных узлов, которое растет более быстрыми темпами, чем количество линий; при этом подавляющее число пересадочных узлов (от 93 до 100% от их общего числа) составляют узлы на пересечении двух или трех линий. В России и других странах СНГ развитая сеть метрополитена в настоящее время имеется лишь в Москве (11 линий, 21 пересадочный узел), С.-Петербурге (4 линии, 6 узлов). В остальных городах имеется всего по 2-3 пересадочных узла. Но развитие метрополитенов в перспективе неизбежно приведет к появлению большого количества пере-

садочных узлов. Поэтому, решая проблему повышения удобства и скорости сообщения метрополитена, нужно предусматривать заранее строительство удобных и эффективных пересадочных узлов.

Мировая практика метростроения долгое время рассматривала пересадочные узлы как совокупность отдельных станций различных линий в местах их пересечения или касания, в связи с чем наиболее распространены пересадочные узлы на две-три линии, состоящие из отдельных станций, соединенных переходами с лестницами и эскалаторами. При этом длина переходов может быть значительной (до 200-300 м), что делает пересадку неудобной и длительной, когда пассажиры тратят до 7 мин. на переход с од-нон линии на другую. В плане пересадочные узлы из раздельных станций группирзтот параллельно, под углом , в виде веера, треугольника и т.п. В зависимости от длины поездки время на пересадку в такта узлах может составить от 10 до 30% (по Москзе от 8 до 62% - при двух пересадках) длительности всего маршрута. Стремление к сокращеншо этих непроизводительных потерь времени привело к создашпо объединенных пересадочных узлов. За рубежом, в частности в Европе, осуществлен ряд конструклтно-планировочных решений, которые за некоторыми исключениями, в целом не дали существенного улучшения пересадочных узлов на линиях метрополитена глубокого заложения, хотя при строительстве станционных комплексов в открытых котлованах или на поверхности пересадка с одной линии метрополитена на другую или с метрополитена на другие виды общественного пассажирского транспорта решается удовлетворительно.

В отечественной практике проблема достаточно удобной пересадки на линиях глубокого заложения решена в С.-Петербурге и Москве путем строительства пересадочных узлов из двух станций с совмещенным движением поездов, при параллельном расположении станций в одном уровне. Пересадка пассажиров в попутном направлении производится путем перехода поперек платформы в течение 10-12 с. Однако з обратном направле-

нин, для 25-30% всех пассажиров пересадка производится через переходы в середине или в торце станций с затратой от 60 до 160 с, при этом пассажирам приходится сначала преодолевать лестничный подъем над габаритом вагона, а затем, пройдя соединительный коридор, спуститься на соседней станции на эту же величину переподъема.

При разработке перспективных схем развития метрополитена наличие большого выбора планировочных и конструктивных схем удобных пересадочных узлов позволяет заблаговременно учесть эту перспективу при проектировании и строительстве. Поэтому проектными организациями, научными и учебными институтами и организациями постоянно ведется поиск новых удобных и эффективных конструкций пересадочных узлов. Большой вклад в разработку и исследования конструктивно-планировочных и технологических решений подземных сооружений метрополитенов глубокого заложения, организацию и механизацию строительства внесли Волков В.П., Маковский В.Л., Лиманов Ю.А., Луговцов A.C., Антонов О.Ю., Айвазов Ю.Н., Булычев Н.С., Фотие^а H.H., Власов С.Н., Кошелев Ю.А., Голицынский Д.М., Демешко Е.А., Медейко В.И., Сахини-ди И.К., Скобенников ПЛ., Гуцхо В.А., Алихашкин В.А., Котов В.В., Семенов А.И., Муромцев Ю.В., Оганесов Г.И., Меркин В.Е., Самойлов В.П., Степанов П.В., Ходош В.Л., Фролов Ю.С. н др.

Специалистами "Метрошпротраиса" для Московского метрополитена были разработаны предложения по конструкциям объединенных пересадочных узлов на две линии в виде пятипролетной станции колонного типа с расположением платформ в одном уровне, а также в виде двухъярусной трехпролетной колонной станции с островными или боковыми платформами. Однако эти разработки не были реализованы . На метрополитене г.Вашингтона (США) эксплуатируются объединенные пересадочные узлы с расположением двух станций разных линий одна над другой ькрест, без совмещения движения поездов у одной платформы, поэтому этот тип переса-

дочного узла не имеет основных преимуществ объединенных узлов. На основе анализа отечественной и зарубежной практшсн и тенденций в строительстве метрополитенов автором предложена классификация пересадочных узлов метропогаггена на линиях глубокого заложения, в основу которой положены основные признаки объемно-планировочных и конструктивных решений, такие как: объединение в один объем станций разных линий, совмещение у общей посадочной платформы движения поездоз разных линий, количество пересекающихся и узле линий, размещение по вертикали или горизонтали посадочных платформ в едином объеме узла и др. (Таблица 1). Данная классификация поззоляет описать пересадочный узел любого типа, указаз все его основные отличительные особенности.

Несколько особняком от описанных выше типоа пересадочных узлов стоят встречающиеся в зарубгхиой прзтсткке (Нью-Йорк, Вашингтон, Лион) пересадочные станции па несколько линий метрополтггена , когда одна или подряд несколько станции являются пересадочными с линии на линию за счет устройства пер?д и за станцией камер съезда со стрелочными переводами, без каких-либо изменений ее планировочного и хопстручгпшиого решении. Для пассанснра эта схема очень удобна, так как выйдя из поезда одной ливни, пассзкир с этой з;се платформы, далее не переходя ее, садится п следующий по расписанию поезд другой линии. Однако у данной схемы имеется крупный недостаток, так как яри таком решении происходи существенное снижение пропускной способности казядей линии в связи с тег.?, что в график следования поездов одной линии "вклиниваются" поезда другой линии. Этого недостатка лишены остальные схемы пересадочных узлов, рассмотренные в предложенной классификации.

Сопоставление пересадочных узлов различной конструкции и планировки показывает, что наиболее эффективными по ряду показателей являются объединенные пересадочные узлы, в которых совмещены посадочные

Таблица 1

Классификация пересадочных узлов па.лтппих мегроползггена глубокого залокения

№ л/п Основное отличие пересадочного узла Число ЛИНИЯ, пересекающихся з узле Время пере-садхн (с) Доля времени пересадки в обшей продолжительности поездки (%) *) Конструктигим особенность узла Пропускная способность узла на пересадку (тыс. г.гс! час)

тт шал тт тах

1 Пересадочный узел с раздельными станциями на кааеюй линии, с нгсогмешегошм д-юсе.чдем поездов 2 и беяег 60 420 5 62 Планнрсаки параллельная, треугольником, веером и до. до 30 на одну станцию узла

2 Пересадочный узел с раздельными станциями на каждой линии, с совмещенным движением поездов 2 10 160 2 22 Планировка параллельная или под утлом до 175 на одну станцию

3 Объединенный одноярусный пересадочный узел на две ляиии с совмещенным движением поездов 2 10 150 2 22 Трех - или пятипролетиый, колонного типа, или да. до 350 нзузел

А Объединенный двухъярусный пересадочный узел на две линии с несовмещенным движением поездов 2 60 120 Одаосводчатой или даухсвод-чатоЯ конструкции . Вашингтонской типа ("вкрест") до 75 на узел

5 Объединенный двухъярусный пересадочный узел на дзелинии с совмещенным движением поездов 2 10 120 2 22 Односводчатой конструкции трешролетный колонного типа до 270 на узел

6 Объединенный двухъярусный пересадочный узгя нг три линии 3 10 150 односвсдчатой конструкции, тргхлроягтный колонного типа со средним тоннелем э дза яруса до 400 на узел

7 Объединенный многоярусный пергсадочкый узел, сооружаемый в глубоком котловане 2 и более 10 160 шахтнего типа И ДО- от 50 до 175 на £рус

*) Данные приведены по эксплуатируемым а С.-Петербурге и Мосоге епеим

платформы прямого и обратного направлений. Их преимущества сводятся к следующему:

- минимальное время пересадки (в понугиом направлении до 10-12 с, и обратном направлении - до 60 с);

- минимальная доля времени пересадки в общей продолжительности поезда! на метрополитене (от 2 до 16%);

- минимальное врем;/ посадки-высадки пассажиров за счет равномерного распределения пассажиров вдоль платформы и отсутствия их концентрации в отдельных местах (вблизи лесгниц, переходов, эскалаторов);

- минимальное снижение частоты движения поездов в узле пересадки за счет минимального времени высадки-посадки при равномерном распре-делешш пассажиров по дшше состава;

- максимальная пропускная способность узла па пересадку (до 400 тыс. пассажиров в час прп 8-ми вагонном составе);

- максимальные удобства пассаясирам при Переса; че поперек платформы, при отсутствии переходов и лестниц;

- минимальные площади занимаемого узлом подземного пространства за счет компактной его планировки.

Строительство пересадочных узлов совмещенного типа, улучшая условия пересадки, как правило, удлиняет расстояний между предыдущей п последующей за пересадочным узлом .станциями за счет искривления трассы в плане для достижения параллельности путей у одной общей платформы в пределах узла пересадки. Автором был выполнен анализ влияния угла пересечения линий метрополитена на длину перегона, время хода поезда и расход электроэнергии (45). Для случаев пересечения линий в узле пересадки под углами до 90° к.т.н. Ляндой A.A. были определены следующие па-paMirpbi: длина перегона, время хода поезда на этом перегоне, расход электроэнергии и максимальная реализуемая на этом перегоне скорость движс-

ния поезда. Расчеты произведены для условной (без искривления) длины перегона 1800 м и 1000 м при минимальных радиусах кривых в плане 400 м.

Как показали расчеты, при увеличении угла пересечен!« линий от 0° до 30° длина трассы увеличивается до 4%, время хода примерно на столько же. Почти не меняется расход электроэнергии. При дальнейшем увеличении угла пересечения линий до 90°. длина трассы увеличивается на 22-39%, время хода поезда, даже с увеличением максимальной скорости при разгоне, также увеличивается на 29-16%, расход электроэнергии увеличивается на 15-17%.

Таким образом, возможность применения станций с совмещенным движением поездов не ограничивается только существующим на сегодня вариантом их параллельного расположения. Как показано в (45), в пересадочном узле из двух станций преимущество совмещенного движения может б£пъ сохранено, н при расположении двух станций под углог.1 друг к другу до 60°, но при этом несколько удопшяюся два смежных перегена по одному пути у каждой линии, а также увеличивается длина переходного коридора между станциями. В пересадочном узле из трех раздельных станций целесообразно совмещенное движение поездов на двух из них, а на третьей станции принять обычную схему, т.е. несовмещенное движение. При использовании схемы совмещенного движения поездов на третьей станции, на ней можно организовать движение у одной платформы поездов различных линий, но в разные стороны.

Принцип пересадки через платформу в максимальной степени дает выигрыш во времени и наиболее удобен для пассажиров в станциях одно-сводчатого типа с совмещенным движением поездов, где ни пилоны, ни колонны не затрудняют переход больших потоков пассажиров с одной стороны платформы на другую.

Олносводчатые станции - как основа конструкция новых пересадочных узлов

Благодаря своим преимуществам в отечественной практике широкое применение нашли станции метрополитена одиосводчатой конструкции: монолитные, сборные, сборно-монолитные, с использованием метода "стена в грунте". Станции одиосводчатой конструкции строятся закрытым способом в скальных, полускальных грунтах, в грунтах относительно слабой прочности. В последнее время много строится односподчатых станций, сооружаемых в открытых котлованах. В ряде городов России внедряется так называемый полузакрытый способ сооружения односводчатых станций мелкого заложения, с использованием приемов как закрытого, так и открытого способа работ. В С.-Петербурге в протерозойских глинах к настоящему времелн построено 14 станций, 12 из которых находятся в эксплуатации, односзодчатого типа глубокого заложения (закрытого способа работ), с использованием принципа обжатия в породу несущих сборных железобетонных обделок.

Станция (рис. 1) представляет собой односводчатую конструкцию со сборньыи верхним и обратным сводами из железобетонных блоков. Пятами сводов служат тоннели фн 5.5 м со сборной железобетонной тюбинговой обделкой, частично заполненные монолитным бетоном. Верхний свод пролетом 18.4 м радиусом по внутреннему контуру 9.8 м и обратный свод внутренним радиусом 15.0 м выполнены нз несвязанных друг с другом циркульных арок. Каждая арка состоит из нормальных блоков сплошного сечения и одного замкового с двумя домкратами Фрейссинэ для разжатия при монтаже путем нагнетания в них цементного раствора специального состава. Нормальные блоки по радиальным торцам снабжены упруго-пластичными винипластовыми прокладками для уменьшения концентрации напряжений по торцам блоков и уменьшения эксцентриситетов передачи нормальных сил.

Конструкция н метод строительства односводчатых станций данного типа имеют целый ряд преимуществ, выгодно отличающих их от других типов станций: большой пролет свода; обжатие в породу несущих конструкций, что сводит к минимуму воздействие стрО!гтельсгва на окружающий породный массив; минимальные осадки поверхности; индустриальный метод строительства при использовании механизированных перегонных щитов и агрегатов для сооружения свода, комбайнов и экскаваторов для разработки основного объема породы; малые срокй строительства.

При строительстве первых станции подобного типа выполнены комплексные исследования рациональных методов строительства, в результате которых:

- выявлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния пород в забоях при сооружении свода большого пролета, обжатого в породу, влияния величины начального обжатия на устойчивость забоя, определены в натурных условиях величины горного давления на временную крепь (3, 4, 5, 7, 8, 11,12, 31);

- проведены исследования несущей способности анкерной крепи в протерозойской глине, предложена методика ее расчета и схемы возможного применения при закреплении забоев большой площади (2, 9, 12);

- выработаны (в соавторстве) рекомендации по проектированию я строительству односводчатых станций в устойчивых глинах (13);

- разработаны основные критерии для проектирования механизированного агрегата для сооружения сводов большого пролета (12), а также на уровне изобретения предложены конструкции агрегата для проходки опорных тоннелей с обделкой из набрызгбетона (10), крепи (б) и механизированного агрегата для сооружения калоттной прорези (15, 26), внедренного при строительстве двух односводчатых станций.

Исследование устойчивости забоя, характера проявления

л нслнчины горного давления на временную крепь при сооружения сводов большого пролета

Наиболее сложным в строительстве элементом сооружения одиосвод-чатых станций является верхний свод. Большой пролет выработки (до 22 м) и площадь забоя, его круговое очертание и большое количество элементов в арках, технология обжатия многошарнирных арок в породу, наконец, скорость сооружения свода - все эти факторы определяют не только устойчивость пород в забое, но также устойчивость и надежность всей конструкции станции и деформации земной поверхности над нею. С целыо уточнения технологии сооружения свода и выработки рекомендаций по ее улуч-шешпо, в т.ч. по расчету элементов временной крепи забоя, выполнены исследования влияния всех этих факторов при строительстве односводчатых конструкций в натурных условиях и на моделях из эквива ентных материалов (3, 7,8, И, 12, 45).

На основании наблюдений при строительстве ряда односводчатых станций н позднее - на двухъярусном пересадочном узле выявилась следующая картина деформаций породы в забое. Как правило, наибольшая трещиноватосгъ пород в забое отмечается в средней трети забоя по ширине - на односводчатых станциях и несколько больше (до 40-45% по ширине) -на пересадочном узле. Разрушение грунта под действием горного давления происходит, в основном, в пределах лба забоя и выше уровня кровли, как правило, не распространяется при непрерывной проходке со средней скоростью около 1.0 м в сутки. Вывалов породы при этом, как правило, не наблюдается. Лишь при остановках проходки на сугкн-двое отмечались отдельные вывалы породы из кровли объемом до 1.1 м*. Из лба забоя вывалы объемом до 3 м3 наблюдались при встречз с большими заколами и трещи-

нами, пересекающими забой на всю высоту. При беспрерывной проходке свода пересадочного узла вывалов не отмечено.

Определение горного давления на временную крепь забоя производилось путем замера относительных деформаций мерных баз на стойках рам временной крепи в криволинейной калоттнон прорези съемным индикаторным прибором ЦНИИСа с базой 600 мм. Шкала прибора имела цену деления 0.01 мм. Прибор позволял на металлических стойках определять напряжение с точностью до 35 к гс/см2. Замеряя напряженна в металле рам, путем пересчета определяли горное давление. Проведенные исследования выявили, что горное давление по длине забоя поперечной к оси станции штольни не одинаково: максимальная величина горизонтального давления 3.59тс/м1, вертикального - 7.35 тс/мг зафиксированы в средней части, т.е. по оси станции. По нсюравлеито к опорным тоннелям горное давление уменьшается п 4 раза. При проходке тсалогпюй прорези с устойчивой скоростью 0.9-1.0 м/супси вертикальное н горизонтальное горное давление в призабошгоп зоне не успевает развиваться. Как правило, в средней части забоя величина вертикального горного дзялення не превышает 1.2-1.5 тс/м2, горизонтального - 0.54 тс/м2. У опор сеодэ, т.е. по краям забоя, горное давление уменьшается в 8-9 раз.

Исследования при строительстве выявили также, что обжатие арок сводз в породу двумя домкратами Фрейссинэ полояаггельпо сказывается как па устойчивости пород в забое, так и ка деформации свода (выполажнвание) и пород над ним. Основные деформации свода (до 88%) происходят в течение первых четырех месяцев, в том числе - до 30% в первые часы, в период между разжатием арки первым и вторым домкратами. Увеличение усилия разжатия домкратов до 50-55% от величины нормальной силы в блоках от полного столба пород над сводом, а также уменьшение интервала времени между разжатием до 1.5-2-х часов позволяет умень-

шить на 30-35% общую деформацию свода, пород над ним и на 14-15% осадку поверхности земли.

На моделях из эквивалентных материалов выполнены исследования влияния на устойчивость забоя обжатия свода в породу, величины отставания его от лба забоя и скорости проходки. Применена двухслойная схема модели породы, при которой верхний слой - четвертичные отложения, нижний, в котором осуществлялась проходка - протерозойские глины. Верхний слой, в связи с малой устойчивостью этих пород, в модели заменен компенсирующей равномерно распределенной нагрузкой. Подбор эквивалентного материала протерозойских глин и заполнение стенда выполнялись по технологии, разработанной в лаборатории моделирования тоннелей СПГУПС (ЛИИЖТа). Масштаб моделирования был принят 1 : 20. Моделировалась средняя часть калотгной прорези, где условия для устойчивости забоя наименее благоприятны. Исследования показали, что при проходке непосредственно над сводом возникает "волна давления", когда в 4-9 м впереди забоя давление в породе постепенно увеличивается на 7-18% по сравнению с природным, достигая этого максимума в 2-4 м впереди забоя. Затем О!и снижается на расстоянии 0.5 - 2.5 м впереди забоя до величины природного и в зоне обделки падает до величины 40-50% от природного. В плоскости забоя оно составляет 70-95% от бытового. Достигнув минимума, после обжатия арки и нагнетания за обделку, давление поднимается, по мере удаления от забоя приближаясь к величине природного. На рис. 2,3 представлены кривые изменения вертикального давления над кровлей забоя, вызываемые проходкой, и область деформаций породного массива впереди и над забоем калоттной прорези, которые доказывают преимущества проходки с обжатием свода с породу и минимальным отставанием свода от лба забоя.

На основании комплексного рассмотрения результатов натурных и экспериментальных исследований для условий проходки в протерозойских глина' предложены графики и формулы для определения величины гори

Vue. 1. Поперечное сечение одкосвсдчатой спшщиа глубокого заложаат "Площадь Муясестая" (С-Петербург)

Pue. 2. Сраяттаыюя схелиг границ сб-.аспш деформаций переднего массива (тмоЬсхв) при скорости проходки 30 »1'пес; 1 - проходка без обясатпя свода в породу с отставанием о^д-ikm от забоя 2 м; 2 - то же с сбжащсм; 3 - то же с об-латисм прч отстаскшщ свода от забсч 0.5' м

о, «гM

^yïérrntiiuiimu

Рис. 3. Ихиснение дз&яен'лг. « П'у^пом .u iccuг. а (на .чод^ли) над шедшей свода номере npchàaur.tatufi улйоч

зонтального и вертикального горного давления на временную крепь в зависимости от указанных выше факторов, сформулированы основные требования к технологии строительства станций в целом, что нашло отражение в разработанных с участием автора "Временных технических условиях на строительство одиосводчатых станций и двухъярусного пересадочного узла одиосводчатой конструкции", а также в требованиях к проектированию агрегата для механизированной разработки породы и монтажа обделки, который был позже применен при строительстве двух одиосводчатых станций.

Успешный опыт индустриального строительства и длительной (с 3976г.) эксплуатации (19, 31), большой объем проведенных при этом экспериментальных и натурных исследований выявили высокую эффективность одиосводчатых конструкций, открыли возможность использования основных принципов и особенностей данной конструкции для разработки на ее основе конструкций и технологий строительства объединенных двухъярусных пересадочных узлов.

Пересадочный узел на дне линии метрополитена со сботтым междуэтажным перекрытием Разработанный при участии и под руководством автора (38, 39, 42,44, 45, 46, 47) узел (рис. 4) представляет собой односводчатую конструкцию. Боковые опоры сводов, верхнего и обратного, забетонированы во вспомогательных тоннелях наружным диаметром 9.8 м со сборной железобетонной тюбинговой обделкой. Увеличенный размер опор позволил соорудить в них продольные вентиляционные каналы для отвода горячего воздуха (через поперечные каналы) от ходовых тележек стоящего на станции подвижного состава.

Верхний свод наружным радиусом 11.2 м состоит из 16 железобетонных блоков толщиной 70 см и шириной вдоль станции 50 см. Разжатие свода в породу осуществляется путем у ановки в шелыге свода одного рас-

пориого блока, оснащенного двумя домкратами Фрейссинэ. Все блоки оснащены по торцам переменными по толщине упруго-пластичными внни-пластовыми прокладками, обеспечивающими центрированную передачу нормальных сил в арках свода с минимальными эксцентриситетами. Обратный свод внутренним радиусом 15 м состоит из 13 блоков и замыкается разжатием в 2-х разжимных стыках железобетонными клиньями с установкой вкладышей. Ширина арок обратного свода 1.0 м.

Несущей конструкцией под пути и платформы верхнего яруса служат внутренние сборные железобетонные конструкции. Ширина верхней платформы 11.7 м, нижней, несколько стесненной колоннами, - 13.2 м. Под платформой нижнего яруса размещаются служебные помещения и проходные кабельные коллекторы. Под платформой верхнего яруса - только кабельные коллекторы. На верхний ярус примыкает эскалаторный тоннель с четырьмя эскалаторами, соединяющими станцию с вестибюлем на поверхности. Нижний ярус в противоположном конце станции также соединен эскалаторным тоннелем с поверхностью, верхний и нижний ярусы соединены между собой двумя группами малых эскалаторов.

Строительство пересадочного узла (рис. 5) началось с сооружения опорных тоннелей. В их контуре, по схеме "сквозной" проходки перегонным механизированным щитом (второй тоннель - тгабипго укладчиком) были пройдены с железобетонной обделкой пилот-тоннели диаметром 5.63 и 5.5 м, которые затем были расширены до диаметра 9.8 м с разборкой обделки малого диаметра и монтажом обделки большого диаметра. Внутри этих тоннелей были сооружены монолитные опоры сводов. Верхняя часть сечения с монтажом арок несущего свода проходилась в калоттной прорези с разработкой породы отбойными молотками и монтажом арок специальным укладчиком, аналогичным использованному при сооружении одно-сводчатых станций. Разработка породы ядра осуществлялась стреловыми горнопроходческими комбайнами и гидравлическим тоннельным экскава-

тором. Монтаж арок обратного свода производился передвижной кран-балкой. Такими же кран-балками следом монтировались внутренние конструкции и в последнюю очередь - с подмостей, организованных на кран-балках, навешивались водозащитные армоцементные зонты.

Уровень механизации разработки породы составил около 80%, монтажных и бетонных работ - 100%. Работы велись наступающим (от наклонного хода к. противоположному концу станции) фронтом.

Исследование напряжеиио-деформированного состояния конструкции и породного массива

Поскольку подобная конструкция пересадочного узла строилась впервые, на всех этапах проектирования и строительства было организовано научное сопровождение работ. На первом этапе проектирования конструкция исследовалась математическими методами: Ленметрогипротран-сом (Захаров Г.Р., Салан А.И., Яковлев А.Н.) и Киерским автодорожным институтом (д.т.н. Айвазов Ю.Н.) был выполнен постадийный расчет обделки узга по программе Station, составленной на основе алгоритма метода КАДИ-ЦНИИС для четырех стадий: после предварительного обжатия верхнего свода обделки сразу после ее монтажа d пределах заходки; прн эксплуатации незамкнутой конструкции без обратного свода - до подведения обратного свода; после предварительного обжатия обратного свода; при эксплуатации замкнутой конструкции после монтажа и включения в работу обратного свода.

На моделях из эквивалентных материалов в лаборатории Петербургского университета путей сообщения (Коньковым А.Н., д.т.н. Голицын-ским Д.М., д.т.н. Фроловым Ю.С.) по разработанному автором техническому заданию и при его участии были выполнены исследования напряжений и деформаций в модели станционного узла и окружающего его по-

родного массива. Эксперименты выполнены на стендах с геометрическим масштабом 1 : 50 для стадий строительства от монтажа верхнего свода до замыкания обратного свода и спустя 23 месяца (в пересчете на натуру) после замыкания обратного свода. Подбор эквивалентных материалов, закатка стендов производилась по отработанной и многократно используемой методике. Наблюдения за деформациями модели породы и обделки станции осуществлялись методом фотофиксации, а также индикаторами стрелочного типа с точностью 0.005 мм (в модели). На всех этапах монтажа л загружения модели велись замеры напряжений и усилий в обделке, для этого использовались упругие микродинамометры ДМ-2 с измерительными элементами из тензодатчиков с дистанционной фиксацией измерений. Результаты измерений и наблюдений приведены к натуре на основании теории подобия. Моделировались фактические инженерно-геологические условия строительства станции.

Итоговая картина деформированного состояния конструкции и эпюра контактных напряжений при нагрузке 100% уН представлена на рис. 6. Исследования показали, что после замыкания обратного свода рост осадок шелыгн верхнего свода резко замедлился, в течение 7-ми месяцев в пересчете на натуру протекали почти с равномерной скоростью н к концу периода

13 месяцев при бытовой нагрузке 100% уН величина вертикальных перемещений шелыги свода составила 9.0 см, блоков в четвертях свода в среднем 4.5 см. Вертикальные осадки опор составили в среднем 3.0 см, горизонтальные перемещения верха опор в сторону массива грунта - 2 см, осадка шелыгн обратного свода составила 2.5 см.

Таким образом, итоговые деформации конструкции при нагрузке

100% уН оказались невелики и находились, практически, на уровне ранее построенных односводчатых станций. Напряжения на контакте между об-

пересадочного узла односеодчатой конструкции на две линии метрополитена (станция "Спортивная" С.*Пеп1ербург)

а - ¿шора контактных напряжений (МНа) между обделкой и грунтовым массипом; б - дсформиронаниое состояний кон-«л рукнии при Оытиной нагрузке 7Н (см)

деда с и и гру1гговым массивом не достигали предела длительной прочности протерозойских глин. Напряжения под опорами в среднем 1.3 МПа.

После исследования конструкций при бытовом давлении производилось поэтапное пригружение модели с целыо выяснения ее несущей способности, ступенями 20% уН. С нагрузки 160% уН начинался рост деформаций конструкций, в основном за счет деформаций опор, что приводит к выпо-лаживаншо и перегруженшо обратного свода. При конечной нагрузке 220%

уН разрушения еще не произошло. Но при нагрузке 160-170% уН величина контактных напряжений под опорами достигла величины длительной прочности протерозойских глин, и эту нагрузку, по-видимому, можно считать предельной.

В ходе экспериментов было проведено также исследование устойчивости конструкции при технологическом отставании монтажа обратного свода до одного года и выявлено, что это отставание не опасно н не приведет- к значительному увеличению перемещений конструкции и потере устойчивости ее элементов.

Иа основании проведенных на моделях исследований был сделан вывод, что данная конструкция надежна на всех стадиях ее строительства н после его завершения, при эксплуатации.

По итогам математического и физического моделирования были внесены некоторые изменения в конструкцию с целыо увеличения ее устойчивости: очертание свода было изменено с кругового на коробовое путем замены четырех блоков на блоки большего радиуса, благодаря чему свод стал более пологим и увеличилась величина распора. Кроме того, толщина обратного свода была увеличина с 400 до 700 мм, диаметр монолитных опор доведен до диаметра 9.8 м.

Исследования в натурных условиях выполнялись силами маркшейдерской службы Метростроя и Петербургской лаборатории ЦНИИС.

Автором выполнен анализ результатов этих исследований и сопоставление их с данными математического и физического моделирования (42, 44, 45), под его руководством к при участии проводился анализ хода строительства и вносились соответствующие коррективы в принятые ранее решения.

Наблюдения за осадками поверхности над строящейся станцией велись в течение всего периода строительства по трем створам реперов поперек продольной оси станции.

На рис.7,8 представлены результаты проведенных наблюдений -мульды осадок поверхности по одному из створов и график нарастания осадок во времени. Над осью станции максимальные осадки составили 276 мм (76% от прогнозируемой величины 365 мм по прогнозному расчету института ВНИИГалурпм). Спустя четыре года с момента монтажа обратного свода нарастание осадок поверхности над станцией практически прекратилось.

Большие величины деформаций поверхности над двухъярусным узлом по сравнению с Односводчатой обычной станцией (в 2.53 раза) объясняются четырьмя факторами: во-первых, проходка опорных тоннелей большего диаметра вызвала на 26 мм (в 2.3 раза) большие осадки; во-вторых, разработка калоттной прорези и монтаж верхнего свода велись с меньшими в 2.06 раза средними скоростями; в-гргтькх, длина арок верхнего свода пересадочной станции, состоящих из 16 нормальных блоков и одного с домкратом Фрейссинэ, в 1.33 раза больше, количество стыков между блоками, которые обжимаются при монтаже свода, соответственно больше в 1.3 раза, а обжимающих домкратов в обоих случаях два. Отсюда, как следствие, и деформация шелыги свода в пересадочном узле оказалось больше в 154 раза; в-четвертых, просадка монолитных опор свода в пересадочной станции оказалась в 2.5 раза (49.5 мм претив 20 мм) больше в связи со значительным отставанием по времени подведения обратного свода.

Лгг. 7. Мульда осадок госерхкоскги ¡ta разных rnuauix строительства станции "Cr.opnwirum":

1 - через б нес. после проходки опорных тоннелей и НВУ-I и II;

2 - перед проходкой верхнего свода; 3 - спустя 12 «ее. после проходки верхнего свода; 4 - через б нес. после монтажа обратного свода; 5 - через 15 мес. после монтажа обратного сюда; 6 - через 48 мес. носче монтажа обратного свода; 7 - мульда осадок по прогнозу

Pik. 8. Деформации поверхности (А) и шелыги свода (Б) станции "Спорпшщтя":

I - проходка пилот-тоннелей в пределах опор; II - проходка опорных тоннелей диаметром 9.8 м и бетонирование опор;

III - проходка калотпюй прорези и монтаж верхнего свода;

IV - разработка породного ядра и монтаж обратного свода;

V - монтаж внутренних конструкций

Наблюдения за деформациями несущих конструкций в процессе строительства

Осадка шелыги свода (замерялась каждая пятая арка, всего 27 арок) составила от 62 мм до 185 мм, в среднем 126 мм. Из этой величины около 50% проявилось спустя месяц после монтажа свода, около 72% - спустя 4 месяца, примерно 90% - через год после монтажа свода. Заметные деформации прекратились спустя три года с момента монтажа.

Маркшейдерские замеры осадок опор производились равномерно по длине станции на 12 точках на одной опоре и на 8 точках - на другой в период с начала работ по сооружению верхнего свода до конца монтажа обратного свода. Минимальные осадки составили 7мм, максимальные- 68 мм, средняя величина 49.2 мм на одной опоре и 49.5 мм - на другой.

Кроме того, замерами отмечено сближение верхних внутренних точек опор в среднем на 65.6 мм, нижних - в среднем на 157.2 мм. За счет неравномерного смещения верхних и нижних точек внутрь станции опоры приобрели наклон верхних точек наружу ог 0° 19' до 0°2б'.. Произошел носоро г опор со смещением вниз и вовнутрь станции. Объясняется это значительным отставанием монтажа обратного свода и проявлением бокового горного давления при большой высоте опор. Для сравнения отмстим, '¡то в процессе строительства обычных одцосводчатых станций горизонтальных подвижек, а также какого-либо поворота опор не зафиксировано.

Наблюдениями за деформациями обратного свода в период от монтажа до укладки монолитного бетона жесткого основания (т.е. от 3.5 мес. до 0.5 мес.) отмечена осадка большинства кол?ц иа величину от 1 мм до 37 мм. На ряде колец, где период наблюдения составлял 3.5 мес., произошло поднятие середины колец на величину от 3 мм до 25 мм за счет осадки онор свода.

Сопоставление результатов исследований конструкции двухъярусного пересадочного узла на моделях из эквивалентных материалов с попучеи-

нымн в ходе строительства иатуриыми данными говорит о почти полной сходимости результатов в качественном отношении и о правомерностн вывода о надежности конструкции, сделанного по результатам моделирования перед началом строительства. Однако в количественном отношении отмеченные ранее несовпадения в части большей величины вертикальной деформации верхнего свода и опор, выявившиеся при строительстве, объясняются некоторыми отличиями условий моделирования и строительства, а именно:

- при моделировании не учитывалось наличие в блоках верхнего свода винипласговых прокладок;

- верхний контур криволинейной прорези в модели разрабатывался по шаблону с плотным прилеганием блоков к породе, тогда как в натуре над сводом имелись слои досчатой затяжки с клиньями между двумя слоями досок;

- разжатие арок верхнего свода на модели велось усилием (применительно к натуре) 300 тс, а фактически в соответствии с ВТУ выполнялось в два этапа: на первом - 80-100 тс; на втором - 220 тс;

- отставание подведения обратного свода от верхнего на модели принималось (с учетом масштаба времени) 1 год, хотя фактически получалось от 20 до 22 мес.;

- длительность наблюдений за деформациями верхнего свода и опор на моделях составила 3 года, а в натуре - 5 лет.

Близкими оказались и скорости нарастания деформаций (и напряжений в блоках) верхнего свода: спустя 6-8 мес. после монтажа деформации составили в моделях 70-71%, в натуре 76-81% от их конечной замеренной величины.

Единственным отличием в качественном отношении результатов моделирования от фактических данных явились горизонтальные деформации опор. На моделях опоры под воздействием усилий от свода перемещались

наружу, вдавливаясь в породу в верхней части в среднем на 20 мм, в нижней части - сдвигались внутрь станции на 9 мм. В натуре верхние точки, очевидно, под воздействием горизонтального бокового давления сдвигались внутрь станции на величину около 35 мм и за счет большего смещения нижних точек опор внутрь станции поворот каждой опоры оказался больше прогнозируемого.

Указанные ранее преимущества построенного 2-х ярусного пересадочного узла позволяют говорить о высокой эффективности дайной конструкции. Однако, когда ввод в эксплуатацию одной из двух линий метрополитена отодвигается на большой срок, происходит "замораживание" капиталовложений и увеличение эксплуатационных затрат.

С целыо устранения отмеченного выше недостатка данной конструкции предложены новая конструкция и способ ее сооружения:

Объединенный двухъярусный пересадочный узел Fia две линии с поэтапным, по мере ввода линий в эксплуатацию, строительством ярусов (16. 17. 22, ?5. 27)

Принципиальное отличие этой конструкции (рис. 9) от конструкции построенного и описанного выше пересадочного узла заключается в том, что меадуэтажное перекрытие выполнено в виде монолитной железобетонной арки, жестко соединенной с боковыми монолитными опорами, а в перекрытие упираются, без возможности смещения внутрь, тюбинги временной части круговой обделки опорных тоннелей.

При строительстве первой из двух линий возводят верхний ярус пересадочного узла одпосводчатой конструкции. Работы производят в следующей последовательности: механизированным щитом проходят вместе с прилегающими перегонами пилот-тоннели со временной железобетонной обделкой ф 5.63 м, собираемой соосно с обделкой опорных тоннелей. С ио-

мощью комплекса механизмов (27) сначала разбирают по кольцу обделку пилот-тоннеля, дорабатывают механизированной фрезой породу и монтируют ттобингоукладчихом сборную железобетонную обделку опорного тоннеля. В опорных тоннелях бетонируют опоры сводов с консольной частью перекрытия, с распором в эти консоли обделки тоннелей. Механизированным агрегатом разрабатывают грунт калоттной прорези с монтажом арок сборного железобетонного свода и с разжатием их на породу домкратами Фрейссинэ. Разрабатывают с помощью комбайнов породу верхнего яруса до низа междуэтажного перекрытия. Вслед за разработкой породы сооружают участками железобетонные конструкции междуэтажного перекрытия, с оставлением проемов под будущие эскалаторы междуэтажного подъема и устройством их временного заполнения. Сооружают платформу, монтируют зонты и другие внутренние конструкции верхнего яруса и укладывают пути. Проходят эскалаторный тоннель, примыкающий к верхнему ярусу станции, сооружают натяжную камеру, монтируют эскалаторы. Сооружают участки перегонных тоннелей нижнего яруса на границе со станцией. Верхний ярус станции в составе участка линии сдают в эксплуатацию.

При возведении следующей линии метрополитена, при эксплуатируемом верхнем ярусе под защитой арки междуэтажного перекрытая и боковых опор комбайнами короткими участками разрабатывают грунт нижнего яруса с удалением тюбингов временного заполнения обделки опорных тоннелей, монтируют арки обратного сяода с разжатием их на породу. Жесткая конструкция, образованная опорами свода и междуэтажным перекрытием, передает давление от верхнего свода на породу и за счет продольной жесткости воспринимает нагрузки на участке разработки породы и монтажа обратного свода. После монтажа конструкций посадочной платформы нижнего яруса, проходки эскалаторного тоннеля, монтажа всех эскалаторов, включая междуэтажные, выполнения других работ станция готова к эксплуатации в раздельном режиме: каждая линия - па своем ярусе.

Для большего удобства пересадки нужно поменять местами по одному пути каждого яруса, с использованием построенных при строительстве первой линии четырех групп камер съезда. Тогда попутная пересадка основной массы пассажиров с одной пинии на другую будет осуществляться на каждом ярусе переходом пассажиров через платформу, а пересадка в обратном направлении (меньшая часть пассажиров) - с помощью междуэтажных эскалаторов.

Данная конструкция пересадочного узла метрополитена и метод его сооружения бьыш принципиально одобрены на Технико-экономическом Совете Главмеггрополитена МПС, Мишрансстроем и Госстроем СССР в 1987 году. При рассмотрении нескольких вариантов с точки зрения градостроительных и планировочных решений, а также, в первую очередь, удобства пассажиров при пересадке, было признано целесообразным вместо двух раздельных односводчатых, колонных или пилонных станций с переходными коридорами между ними сооружать диухъяр сную пересадочную станцию данной конструкции. Общий экономический эффект от снижения затрат при строительстве объединенного двухъярусного пересадочного узла оценивался в 750 тыс.рублей (в ценах 1984 года).

В период 1984-1986 гг. и 1995-1996 гг. на кафедре "Тоннели и метрополитены" ЛИИЖТа - СПГУПС (Коньковым А.Н., Фроловым Ю.С., Го-лицынехим Д.М.) на моделях из эквивалентных материалов были проведены исследования статической работы конструкции на различных этапах сооружения, которые подтвердили ее надежность как при строительство, так и при эксплуатации сначала только верхнего яруса, а затем после полного завершения конструкции в качестве 2-х ярусного пересадочного узла.

Геометрический масштаб моделирования был принят 1 : 50. Исследуемая станция располагалась в толще протерозойских глин со слоем 10 м над шелыгой свода ненарушенных глин и 30 я - четвертичных отложений. Исследовалась статическая работа конструкции и определялась ее несущая

способность на трех этапах: на этапе после сооружения опор и монтажа верхнего свода; после сооружения междуэтажного перекрытия и ввода верхнего яруса станции и эксплуатацию; после сооружения нижнего яруса и ввода полностью сооруженной конструкции пересадочного узла в эксплуатацию.

Наблюдения за деформациями модели породы и обделки станции осуществлялись методом фотофиксации перемещения деформационных марочек, заложенных в породу у стеклянной стенки стенда. Напряжения в грунте и усилия в обделке замерялись с помощью упругих микродинамометров ДМ-2 с измерительными элементами из тензодатчиков и дистанционной фиксацией измерений.

В результате исследований 1 этапа, когда был "смонтирован" верхний свод, было установлено, что при нагрузке от полного веса столба грунта

над станцией (100% *уН) вертикальные перемещения шелыги свода к моменту возведения перекрытия в пересчете на натуру составили 3.2 см, осадки опор -1.1 см, горизонтальные перемещения верха опор в сторону массива грунта - около 0.6 см (рис. 10 а). Напряжения в глинах на контакте с конструкцией нигде не приближались к пределу длительной прочности протерозойских глин (2.4 МПа).

С целью проверки несущей способности конструкции вертикальная

нагрузка была ступенями увеличина до 200% уН. При этом максимальное перемещение шелыги свода составило 25.2 см, осадки опор - в среднем 6.0 см. Разрушения или выхода из строя отдельных элементов конструкции не наблюдалось, т.е. до замыкания междуэтажного сводчатого перекрытия и разработки грунта нижнего яруса конструкцич обладает малой деформа-тивностъю н достаточной несущей способностью.

а - при эксплуатации первой линии; б - при эксплуатации • второй линии

змилалеитчих материалов:

а - деформации, см, до замыкания плиты перекрытия (этап I -100% уН); б - деформации после замыкания перекрытия (этап И - 100% у11); в - деформации после замыкания обратного свода (этап 111 - 100%у1!)

На 2 этапе исследований, когда было "забетонировано" междуэтажное арочное перекрытие на грунте, изучались характер статической работы перекрытия, напряженно-деформированное состояние конструкции в целом. При загрузке 100% уН картина деформированного состояния конструкции представлена на рис. 10 ® . Максимальное вертикальное перемещение шелыги свода составило 10.1 см (в пересчете на натуру), блоков в четвертях свода - 6.0 см, у опор - 3.0 см. Горизонтальные перемещения блоков в своде составили, в среднем, 5.7 и 3.4 см. Вертикальные перемещения опор увеличились незначительно, достигнув в среднем величины 1.25 см. Перемещение междуэтажного перекрытия практически отсутствует из-за большой площади контакта с грунтом, более того, перекрытие препятствует дальнейшей осадке опор. Анализ контактных напряжений на этом этапе показывает, что эти напряжения ни в одной точке контура не превосходят длительной прочности протерозойских глин, составляя максимум 42%.

При загрузке 150% уН и 200% уН вертикальные перемещения шелыги свода составили соответственно 20.2 си и 26.0 см, в четвертях свода - 10.1 см и 15.1 см (в пересчете на натуру). Максимальные горизонтальные перемещения блоков в четвертях свода составили соответственно 7.0 см и 9.8 см. Дальнейших вертикальных и горизонтальных перемещений опор не наблюдалось, что свидетельствует о том, что устройство перекрытия практически исключило перемещение опор. В процессе нагружений разрушения или потери устойчивости элементов конструкции не наблюдалось, что свидетельствует о возможности безопасной эксплуатации верхнего яруса станции до начала сооружения нижнего.

На 3 этапе исследований, после разработки ядра и замыкания конструкции обратным сводом картина. деформированного состояния конструкции к моменту стабилизации перемещений изменилась незначительно: осадка шелыги свода составила 12.7 см (1/165 пролета), осадка опор - 5.4 см,

контактные напряжения под опорой увеличились до 1.7 МП а, нормальная сила в шелыге свода составила 12100 кН, у опор 9800 кН.

Осадка шелыги обратного свода составила 0.5 см.

Основной вывод, который можно сделать на основании анализа этих данных, следующий: к моменту сооружения нижнего яруса конструкция уже находится в практически стабилизированном состоянии, что очень важно с точки зрения безопасности эксплуатации верхнего яруса во время проведения работ по сооружению нижнего яруса. Стабилизация перемещений подтверждает, в частности, что обратный свод к моменту полного затухания перемещений остается мало загруженным: нормальная сила в шелыге 3500 кН, у опор 2600 кН (т.е. практически на уровне усилий обхсатия).

Таким образом., результаты проведенных исследований показали, что конструкция объединенного двухъярусного пересадочного узла на две линии односводчатой конструкции с поэтапным строительством ярусов и вводом узла в эксплуатацию по мере строительства линий в настоящее время в наибольшей степени отвечает требованиям, предъявляемым к пересадочным узлам по комфортности, минимальному времени пересадки с линии на линию, эффективности конструкции, индустрнальностн метода ее сооружения, возможности вводить ее в эксплуатацию этапами, не "замораживая" на длительный срок большие кашггаловложення.

Одной из отличительных особенностей отечественных (и других стран СНГ) метрополитенов является большое среднее расстояние ыехзду станциями. Если средняя величина перегона среди всех метрополитенов мира составляет 1128 м, то на отечественных метрополитенах она существенно больше, например, в Москсе-1615 м, в С.-Петербурге - 1850 м.

В ряде отечественных и зарубежных городов (Москва, Петербург, Киев, Харьков и др.) районы старой застройки в центральной части города, через которые проходят лишш метрополитена, имеют целые промыш-

ленные зоны, которые предполагается в будущем выносить за пределы городской черты с последующей застройкой освободившейся территории жилыми кварталами, что потребует решения по-новому в этих районах проблемы общественного транспорта. Строительство в будущем на этих длинных перегонных тоннелях станций, промежуточных и пересадочных, существенно улучшит транспортную ситуацию в этих районах, повысит эффективность существующей сети метрополитена. Эта проблема успешно решается с помощью повой конструкции и метода строительства объединенного двухстодчатого узла глубокого заложения, сооружаемого на действующей линии метрополитена, которая расширяет область применения односводчатых станций с обжатой в породу обделкой (рис. 11).

Пересадочный комплекс (24, 28, 34, 45) выполнен с одной общей средней опорой верхних и обратных сводов и двумя раздельными боковыми. Железнодорожные пути и пассажирские платформы попутного направления различных линий устроены в двух уровнях под единым сводом. Обделка перегонных тоннелей действующей линии используется в качестве защитно-ограждающей конструкции и опалубки при бетонировании посадочных платформ верхнего яруса, выполненных в виде монолитных или сборно-монолитных железобетонных консолей, вплотную прилегающих к. обделке действующих тоннелей и соединенных жестко с опорой сводов монолитным железобетонным перекрытием под сооружаемыми путями. Под перекрытием по всей длине станции предусмотрены служебные помещения; СТП могут быть расположены в противоположном от наклонного хода торце каждой станции или, при устройстве наклонных ходов с каждого торца, в отдельных выработках.

Соседние станции одинаковы. В случае строительства в протерозойской глине средняя общая опора сводов может быть выполнена в сборной тюбинговой обделке ф 9.8 м. При междупутье на эксплуатируемых тоннелях 25 м данная конструкция станции позволяет получить необходимую шпри-

ну средней опоры и охранные породные целлхи вокруг действующих тоннелей. Боковые опоры выполнены по типу опор существующих односвод-чатых станции, т.е. забетонированы в тоннелях фа 5.5 м. Верхние своды также аналогичны сводам этих станций, из блоков, обжатых в породу; обратные - из монолитного бетона и железобетона, в связи с необходимостью сооружения их по частям под эксплуатируемыми тоннелями. Платформы действующей линии - сборно-моиолитные шириной 7.3 м с размещением в их пределах эскалаторов на пересадку. Верхние платформы строящейся линии метро - монолитные шириной 6.0 м с уширением до 10.5 м в местах примыкания междуэтажных эскалаторов и в торцах станций у наклонного хода. Компоновка платформ в два яруса позволяет рационально использовать подсводовын станционный объем и получить суммарную ширину двух платформ попутного направления 13.6 м, что на 16% больше, чем на построенных в последнее время односводчатых станциях. Время перехода пассажиров с платформы одной линии на другую, попутного направления составит 30 - 50 с, на платформу обратного направления - 60 -90 с, с использованием эскалаторов н переходов под нижними платформами. Пропускная способность узла на пересадку при 4-х эскалаторах между ярусами может составить 70 - 75 тыс. пассажиров в час.

Строительство должно выполняться в два этапа:

На первом этапе на длинном перегоне в месте пересечения с будущей новой линией метрополитена сооружается одна из двух объединенных в узел станций с опорами разного диаметра, которая используется в качестве промежуточной станции. На эксплуатируемой линии, одновременно со строительством этой станции сооружаются дае камеры съезда над вторым перегонным тоннелем перед и за будущим пересадочным узлом, а также два участка перегонного тоннеля, соединяющие камеры съезда с путем на верхнем уровне строящейся станции.

На втором этапе при строительстве новой лннип метрополитена, достраивается вторая часть пересадочного узла, движение поездов с верхней платформы переключается на старый участок тоннеля - па путь нижнего уровня построенной второй станции. Объединенная конструкция используется в качестве пересадочного узла на две линии.

Учитывая большую величину общего пролета данного станционного узла (50 м), высокую чувствительность к неравномерным осадкам сборных сводов, обжатых в породу, наличие эксплуатируемых тоннелей внутри сооружаемых конструкций, представляется необходимым до внедрения данной конструкции в строительство выполнить рад исследований , в частности:

- изучить влияние этапности строительства на деформативность сооружаемых конструкций и осадки поверхности;

- определить деформации эксплуатируемых тоннелей под сооруженными сводами вследствие разгрузки породного ядра от бытового горного давления;

- уточнить геометрические и прочностные характеристики элементов конструкций и необходимость связей в блоках колец свода.

В соответствии с техническим заданием автора во ВНИИГалургии Хуцким В.П. выполнены прогнозные расчеты оседапня земной поверхности при строительстве объединенного узла данной конструкции применительно к условиям строительства Петербургского метрополитена: при кровле устойчивых протерозойских глин над . сводами мощностью 10м л глубине заложения 59 м от оси опорных тоннелей до поверхности и толщей четвертичных отложений над протерозойскими глинами около 40 м. Расчеты выполнены для всех этапов строительства для вариантов последовательного сооружения сводов с разницей во времени не менее 0.5 года и одновременного их сооружения. Технология сооружения всех опорных тоннелей и сводов с обжатием в породу принята та же, что и на односводчатых

станциях. Сопоставление результатов показывает, что осадки поверхности над осью пересадочного узла могут составить 250 мм при последовательном, и 350 мм - при одновременном строительстве двух станций. Величина осадок поверхности дня условий городской застройки оказалась неприемлемо велика. Поэтому в технологию строительства нужно снести коррективы: сооружение верхних сводов вести механизированным агрегатом со скоростью не менее 2-3 м в сутки, создавая фрезой гладкий контур породы; обхсатие свода в породу выполнять усилием 120-150 тс в арке - первичными домкратами Фрейссинэ и разжимать арку не только в шелыге свода, но и в 2-х дополнительных узлах - на опорах или в четвертях свода. Вошошю, положительно скажется проходка с использованием опережающей щелевой крепи из быстротвердеющих цементных растворов.

На моделях из эквивалентных материалов были проведены исследования напряжеинотдеформированного состояния пересадочного узла при сооружении его по схеме последовательного сооружения станции и с отставанием разработки породного ядра и устройства обратных сводов на год (в пересчете на натуру) от монтажа верхних сводов. В связи с отсутствием конкреттго "адреса" строительства перспективного рла, условия заложения приняты аналогичными с принятыми условиями заложения при исследованиях на моделях станции "Спортивная". Нагрузка от полного веса грунта над станцией - 0.94 МПа.

В ходе всех этапов сооружения осуществлялись нз.мгреннл смещений элементов конструкции, нормальных сил в сводах и величии напряжений на контакте между обделкой и грунтовым массивом.

Картина итогового напряженно-деформированного состояния конструкции первой станции после окончания ее сооружения к моменту стабилизации смещений и напряжений оказалась следующей: осадка шелыги верхнего свода станции составила 170 мм, осадка левой опоры - 65 мм, средней опоры - 43 мм, осадка шелыги обратного свода составила 7 мм.

Гас. 11. Двухсгодчалтч пересадочная стшаргя, сооружаемая ал действующем перегоне без перерыка деажгяля: 1 - боковые опоры; 2 - междуэтажный эскалатор; 3 - платформа верхнего яруса; 4 - верхннй свод из блоков: 5 - основание путей верхнего яруса; б - монолитная опора верхнего яруса; 7 - основание путей нижнего яруса; 8 - платформа нижнего яруса; 9 - совмещенная опора; (0 - монолитный обратный свод; II - перегонный тоннель строящейся лшшн; 12 - перегонный тоннель действующей ттин

Рис. 12. Объединенный ¿вухънрусный пересадочный узел на три ДШЧШ с поэтапном спадом в эксгиуялшциго ярусов: I - платформы верхнего яруса; 2 - переходной пикт; 3 - платформы нижнего яруса; 4 - междуэтажные .клиторы

Верх левой опоры сместился на 14 мм в сторону массива грунта, верх средней - на 6 мм (все величины здесь и далее приведены в пересчете на натуру). Напряжения на контакте между обделкой и грунтовым массивом составили: в зоне шелыги верхнего свода - 0.87 МПа, под левой опорой - 1.7 МПа, под средней опорой - 1.4 МПа, т.е. нигде не приближаются к пределу длительной прочности протерозойских глин - 2А...2.1 МПа. Сразу >хе после разработки калоттной прорези был отмечен небольшой подъем (в пределах 10 мм) обделки дейсвующего перегонного тоннеля, связанный с разгрузхой породного массива.

Картина деформированного состояния пересадочного узла в целом после сооружения второй станционной выработай и стабилизации напряженно-деформированного состояния конструкции характеризовалась следующим образом: после сооружения верхнего свода второй станционной выработки средняя опора получила дополнительное вертикальное смещение и составила 123 мм. Вследствие этого изменилось деф рмированное состояние верхнего свода левой (первой) станционной выработки: осадка шелыги увеличилась до 230 мм, просматривается некоторая неравномерность осадок левой и правой частей свода в примыкающих к опорам блоках. Осадки левой опоры и блоков левой опоры половины обратного свода, практически, не изменились. Напряжения на контакте низа средней опоры и грунтового массива увеличились до 1.9 МПа, в остальных зонах по контуру обделки первой станции изменились незначительно (в пределах 5 - 12% в сторону увеличения).

Осадки шелыги свода второй станционной выработан составили 180 мм, в четвертях свода - в среднем 168 мм, осадка левой опоры составила 56 мм, середины обратного свода - 5 мм. Деформированное состояние второй станционной выработки близко по характеру и величине к деформированному состоянию первой, зарегистрированному до момента сооружения второй станционной выработки. Отс да можно сделать вывод, что нали-

чие рядом законченной в строительстве первой станции узла мало повлияло на напряженно-деформированное состояние второй.

После проходки калотшой прорезн, также, как и в первой станции, был зафнкагрован подъем обделки перегонного тоннеля на 10 мм.

Характер и величины напряжений на контакте между обделками верхнего и обратного сводов близки к зарегистрированным п первой станционной выработке и нигде не приближаются к величине предела длительной прочности протерозойских глин.

В целом, величины смещений элементов обделок и контактных напряжений по контуру сооружения не превышают илн превышают незначительно величины, зарегистрированные в ранее проводимых экспериментальных и натурных исследованиях различных вариантов конструкций од-косводчатых станции.

Объединенные пересадочные узлы на три линии

В крупнейших городах мира с развитой сетью метрополитена пересадочные узлы на 3 линии составляют от 11.7% до 26.4% всех пересадочных узлов. Поскольку этот процент достаточно велик, автором при участии Яковлева А.Н. ("Ленметрогипротранс") была выполнена проработка возможного конструктивного и объемно-планировочного решения объединенного пересадочного узла односводчатой конструкции на три линии метрополитена в вариантах двухъярусного и трехъярусного исполнения (45). Анализ этих вариантов приводит к выводу, что в данной конструкции не удается реализовать для всех трех линий преимущество пересадки по схеме "переход через платформу", конструкция исключительно сложна в строительстве, не позволяет поэтапный ввод в эксплуатацию и по своим технико-экономическим показателям (площадь сечения 910 и 1230 м2 или

152 и 205 м 2 / на пуп,) не может быть рекомендована к дальнейшей разработке и строительству.

Более предпочтительна предлагаемая автором трехпролетпая конструкция колонного типа объединенного двухъярусного пересадочного узла на три линии (рис. 12). Конструкция предусматривает совмещенное движение поездов первой и второй линий у двух островных платформ верхнего яруса. На нижнем ярусе размещаются две боковых платформы третьей линии. Пересадка пассажиров в попутном направлении из поездов первой и второй линий происходит переходом через платформу, в обратном направлении - через переходные мосты над путями среднего зала узла. Пересадка с первой и второй линий на поезда третьей линии производится с помощью эскалаторов между верхним и нижним ярусами. Пассажиры обратного направления должны пользоваться и эскалаторами, и переходными мостами.

Боковые тоннели сооружаются со сборной железобетонной обделкой внутренним диаметром 10.0 м. Верхний свод собирается из блоков внутренним радиусом 8.3 м с обжатием в породу и с использованием опережающей щелевой крепи из быстротвердеющего цементного раствора. Каждая платформа верхнего яруса имеет ширину 10 м, несколько стеснена колоннами. Ширина нижних боковых платформ 4.0 м. Обратный свод внутренним радиусом 13.5-14.0 м обжимается домкратами Фрейссинэ в породу и в боковые монолитные бетонные опоры, которые сооружаются при строительстве верхнего яруса.

Строительство пересадочного узла предусматривается в два этапа: сначала - верхний ярус и монолитные опОры нижнего яруса. Междуэтажное железобетонное перекрытие работает как обратный свод и может быть выполнено с использованием предварительного напряжения бетона натяжением пучков высокопрочной арматуры.

Данная конструкция пересадочного узла удобна для большинства пассажиров, время пересадки от 10 до 150 с, пропускная способность узла

до <100 тыс. пассажиров в час. Узел компактен, площадь поперечного сечения 465 м2 , или 77 м2 /1 пуп. составляет 72% от поперечного сечения рассмотренного выше узла "Спортивная". На первом этапе эксплуатации, как узла на две линии, конструкция имеет площадь сечения 350 м2 или 87 м*/1 путь, т.е. 31% по сравнению со "Спортивной".

Предложения по применению новых конструкций пересадочных узлов метрополитена глубокого заложения в целях комплексного освоения подземного пространства Метрополитен с его вестибюлями и станциями, как центрами притяжения больших масс пассажиров, является основой, как бы скелетом, на который может быть "навешена" большая часть объектов городской инфраструктуры, размещаемых под городом при комплексном освоении его подземного пространства. Станции метрополитена закрытого способа работ в их настоящем виде мало приспособлены для комплексного использования подземного пространства, т.к. они сконструированы для их единственной, транспортной функции. Из существующих в настоящее время станционных конструкций для этой цели может служить конструкция 2-х ярусной станции, с размещением на нижнем ярусе платформы и путей метрополитена, а на верхнем - универмагов, рынков, спортивных комплексов, кинотеатров, выставочных залов и т.п. Планировочные и конструктивные решения подобных универсальных подземных комплексов (36, 37, 41, 45) разработаны и могут быть рекомендованы к строительству.

К пересадочным узлам на линиях глубокого заложения можно отнести разработанную кз уровне изобретения конструкцию пересадочного узла, условно названную конструкцией "шахтного типа" (21, 40, 45), в которой использована идея опускного колодца большого диаметра, в нижней части которого размещен объединенный пересадочный узел на две или более линий метрополитена, а в верней - различные объекты городской инфраструктуры. В данной конструкции могут быть реализованы принципы о(л.-

единенного пересадочного узла метрополитена с совмещенным движением поездов, комплексного освоения подземного пространства города и поэтапного строительства и ввода в эксплуатаццшо различных ярусов пересадочного узла по мере строительства новых линий метрополитена.

Предложенные новые конструкции пересадочных узлов односводча-того типа, технологии и механизмы для их строительства могут быть использованы также и для сооружения атомных электростанций и теплостан-ций в протерозойских глинах (35), хранилищ радиактивных отходов и отработавшего ядерного топлива (43). Технология сооружения односводча-той станции метрополитена и основной принцип этой конструкции были применены при строительстве одного из двухпутных тоннелей БАМ на побережье оз.Байкал (32, 33), заложены как типовые решения п "Технологические карты-схемы сооружения горных транспортных тоннелей" Минтрансстроя СССР (23). В стадии согласования и утверждения находится разработанное также при участии автора "Руководство по комплексному исиользоааншо подземного пространства, при строительстве и реконструкции метрополитенов" (41).

Рекомендации по выбору типа пересадочного узла при строительстве норму, линий метрополитена глубокого заложения

1. При разработке Схемы развотия метрополитена на перспективу нецелесообразно предусматривать в ней пересадочные узлы более чем на три линии.

2. В случае, ссли при обеспечении требуемой провозной способности 2-3 2-линий, пересекающихся в узле, максимальная суммарная частота движения поездов этих линий на перспективу в час "пик" не превышает 40-42 * пар поездов в час, пересадку пассажиров между поездами этих линий можно организовать на промежуточной станции одной из линий, пропуская

через нее поезда других линий через камеры съезда, организуемые перед и за этой станцией пересадки.

3. При пересечении двух новых строящихся линий в узле пересадки под углом до 45 ° (в плане) пересадку целесообразно организовать путем строительства объединенного двухъярусного пересадочного узла одно-сводчатой конструкции с монолитным междуэтажным перекрытием и возведением узла в два этапа: при строительстве первой линии - верхнего яруса, при строительстве второй линии - нижнего.

4. В этом же случае, но при одновременном (ниш с коротким временным интервалом) строительстве дзух линий целесообразно строительство объединенного двухъярусного пересадочного узла односводчатой конструкции или объединенного одноярусного узла колонного типа.

5. При пересечении двух (или трех) линий иод углом более 45° целесообразно строительство объединенного пересадочного узла о открытом котловане "шахтного" типа с введением его в эксплуатацию этапами, по мере ввода новых линий.

6. При пересечении в узле 3 *-линнЙ под углом до 45° целесообразно строительство объединенного пересадочного узла колонного типа на три линии с вводом узла в два этапа: сначала под дае линии верхнего яруга, затем при строительстве третьей линии - нижнего.

7. При строительстве пересадочного рла на две лини:! на эксплуатируемом перегоне целесообразно строительство объединенного двухсводча-того пересадочного узла, с размещением платформ попутного направления под одним сводом в два яруса.

8. При строительстве рядом с существующей станцией пересадочного узла на две линии при угле пересечения линий не более 60° целесообразно строительство для второй липни своей станции пересадки с организацией совмещенного движения поездов попутного направления на каждой ст;ш-

ции путем строительства двух камер съезда на одном пути эксплуатируемой липни и соединительных тоннелей, н переключения движения.

В случае, если угол пересечения линий более 60", следует строить на каждой линии свою станцию без совмещенного движения поездов, а пересадку осуществлять через соединительные переходы.

Данные рекомендации в части трассирования лшшй и объемно-планировочных решений могут быть использованы независимо от инженерно-геологических условий строительства, а в частя конструктивных решений разработаны для условий строительства в плотных устойчивых глинах, типа протерозойских, и для других инженерно-геологических условий должны быть соответственно им откорректированы.

Таким образом, выполненные автором разработки и исследования новых эффективных в технологическом отношении и удобных для пассажиров планировочных решений и конструкций пересадочных узлов на линчах метрополитена глубокого заложения позволяют „широко использовать их при реализации Комплексных перспективных схем развития метрополитенов и освоения подземного пространства в городах, а танке в широком диапазоне других объектов народного хозяйства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация в форме научного доклада представляет собой краткое обобщенное -изложение результатов научных исследований, технических и технологических решений, выполненных и опубликованных автором в области проектирования и строительства пересадочных узлов на линиях метрополитена глубокого заложения, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в метростроении.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы сводятся ж следующему:

1. На основе анализа отечественной и зарубежной практики и тенденций в строительстве метрополитенов разработана классификация пересадочных узлов метрополитена на линиях глубокого заложения.

2. Установлено, что наиболее эффективными с точки зрения равномерности загрузки развитой сети метрополитена, максимальной пропускной способности, минимального времени пересадки, максимального удобства для пассажиров и компактного использования подземного пространства являются объединенные пересадочные узлы на две щш три линии, в которых в единой конструкции совмещены посадочные платформы прямого и обратного направлений. При прочих равных условиях предпочтение следует отдавать объединенным пересадочным узлам, конструкция которых позволяет поэтапный ввод узла в эксплуатацию и в меньшей степени удлиняет трассу пересекающихся в данном узле линий.

Сооружение пересадочных станций в случае их раздельного выполнения на каждой линии, с использованием принципа совмещенного движения поездов целесообразно при углах пересечения линий от 0° до 60", т.к. при этом увеличение длины трассы примыкающих к узлу пересадки перегонов, времени хода поезда и расхода электроэнергии на движение поездов составляет менее 10%, существенного ухудшения трассы и удорожания строительства на происходит.

3. Выполнены комплексные исследования рациональных методов сооружения односводчатых станций метрополитена глубокого заложения с обжатием свода в породу, явившихся основой конструкций принципиально новых объединенных пересадочных узлов.

В результате этих исследований выявлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния п(5род в забоях при сооружении сводов большого пролета, зависимости горного давления на временную

крепь от ряда технологических факторов и предложены формулы для аналитического его определения. Проведены исследования несущей способности анкерной крепи в йротерозойской глине, предложена методика ее расчета и схемы возможного применения при закреплении забоев большой площади. Разработаны основные критерии для проектирования механизированного агрегата для разработки калоттной прорези и мо!ггажа арок свода.

4. На уровне изобретений разработаны принципиально новые эффективные конструктивные решения объединенных пересадочных узлов глубокого заложения на 2 и 3 линии, в том числе пересадочных узлов с поэтапным, по мере ввода линий в эксплуатацию, строительством, а также сооружаемых без перерыва движения поездов на действующем перегоне.

Новые конструкции заложены в адресную программу согласно Комплексной схеме развития метрополитена С.-Петербурга.

5. Проведены комплексные исследования, в т.ч. методом физического моделирования, предложенных конструкций, которые подтвердили возможность их безопасного строительства и эксплуатации,

6. Внедрена в строительство конструкция объединенного двухъярусного пересадочного узла на две линии "Спортивная" в С.-Петербурге. В натурных условиях исследованы деформации конструкций, породного массива и дневной поверхности, выполнено сопоставление полученных данных с результатами физического моделирования и расчетами.

7. Предложены на уровне изобретений, разработаны и внедрены в проекты или.в строительство новые эффективные технологии и.комплексы механизмов для индустриального строительства станций метрополитенов, в т.ч. пересадочных узлов, а именно:

- способ сооружения двухъярусной пересадочной станции метрополитена односводчатой конструкции;

- способ возведения двухсводчзтого пересадочного узла метрополитена на действующей лилии;

- механизированный агрегат для проходки калотгной прорези и сооружения свода односводчатой станции;

- механизированный комплекс для сооружения тоннелей со сборной обделкой при предварительной проходке их пилот-тоннелем меньшего диаметра и др.

8. Предложены рекомендации по выбору типа пересадочного узла при строительстве новых линий метрополитена глубокого заложения.

9. Разработаны предложения по применению конструкций 2-х ярусных объединенных пересадочных узлов для целей комплексного использования подземного пространства на объектах транспорта, городской инфраструктуры, ядерной энергетики, центров захоронения и длительного безопасного хранения химически- и радиацнонно опасных отходов.

10 Разработан (в соавторстве) ряд нормативных документов и рекомендаций, в том числе:

"Рекомендации по проектированшо и строительству односводчатых станций в плотных, устойчивых глннах типа протерозойских" (1979 г.), "Технологические карты-схемы' сооружения горных железнодорожных тоннелей" (1985 г.), "Руководство по комплексному использованию подземного пространства при строительстве и реконструкции метрополитенов" (1996 г.)

Основные положения и научные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Сооружение камер пересадки на станции "Пл.Восстания".

Сб."Метрослрой", 1968, № 4, с.7-9. (Соавтор Сахиивдн И.К.).

2 Анкерная крепь в протерозойских глинах.

Сб."Метрострой", 1973, № 6, с. 4-5. (Соавтор Тузни М.В.).

3 Влияние горного давлешш иа временное крепление забоя в протерозойской глине.

Сб. "Мегрострой", 1974, №4, с. 17-18. (Соавтор Лиманов Ю.А.)

4 Односводчатая станция глубокого заложения. Сб."Метросгрой", 1974, №7, с. 8-10. (Соавторы Туманов A.C., Лапин А.Н.).

5 Сооружение односводчатой станции метрополитена глубокого заложения со сборной обделкой, обжимаемой в породу. Материалы Всесоюзного совещания "Новая технология и оборудование для строительства подземных сооружений", Киев, 1974.

6 Крепь для подземных выработок.

Авт.свид. СССР № 855221. (Соавторы Сильвестров С.Н., Антонов О.Ю.). Приоритет от 20.12.1974.

7 Сооружение станций метрополитена односводчатой конструкции. Транспортное строительство, 1975, №12, с. 13-15. (Сс . шторы Лапин А.Н., Туманов A.C.).

S О напряженно-деформированном состоянии породы при сооружении свода большого пролета.

Сб. трудов ЛИИЖТа. Выпуск 384. Тоннели и метрополитены. Л-д. 1975 (Соавтор Ларионов В.И.).

9 К вопросу применения анкерного крепления в протерозойских глинах. Транспортное строительство, 1976, №2. (Соавторы Голицынскнй Д.М., Лиманов Ю.А.).

10 Агрегат для проходки тоннеля с обделкой из набрызгбетона.

Авт. евнд. СССР №616414. (Соавторы Власов С.Н., Голицынский Д.М., Гуцко В.А., Иванов В.Г., Лиманов Ю.А., Пачулия Б.П., Федоров Г.А.). Приоритет от 19.02.1976.

11 Исследование статической рабо гы временной крепи калоттной выра- ' боткн при сооружении свода односводчатой станции.

ЦНИИС. Сб. научных трудов. Выпуск 101. Исследование конструкций станций Ленинградского метрополитена. Москва, 1977, с. 108-124.

12 Исследования рациональных методов сооружения односводчатых станций метрополитена в протерозойских глинах.

Л-д., 1977. Диссертация автора на соискание степени К.Т.Н.

13 Рекомендации по проектированию и строительству односводчатых станций в плотных устойчивых глинах типа протерозойских. ЦНИИС. М. 1979 (Соавторы Антонов О.Ю., Мандриков С.Г., Сильвестров С.Н., Афендихов Л.С., Степанов П.В., Безродный К.П., Сахн-нндн И.К., Щукин С.П., Лковлез А.Н., КорагоС.И., Капустин В.М., Федоров Г.А., Айвазов Ю.Н., Теленхов H.H., Звонких В.К.).

14 Стро1гтельсггво горных железнодорожных тоннелей в Японии. Экспресс-информация. Оргтрансстрой. М., 1979, с.39. (Соавторы Власов С.Н., Островский И.О.).

15 Агрегат для возведения калопной прорези тоннеля.

Авт. свид. СССР № 1114795 (Соавторы Власов С.Н., Волохов Г.С., Голубев В.В., Горышнн В.В., Гуико В.А., Иванов В.Г.). Приоритет от 11.09.1980.

16 Способ сооружения пересадочной станции метрополитена односвод-чатой конструкции.

Авт. свид. СССР N° 1087670. (Соавторы Сахиниди И.К., Щукин С.П., Федоров Г.А., Голицынский Д.М., Горьишш В.В., Максимоп Б.Д.). Приор15тетот 26.0^.1932.

17 Двухъярусная односзодчатая пересадочная станция метрополитена глубокого заложения.

Авт. свид. СССР №1046426. (Соавторы Сахиннди И.К., Щукин С П., Федоров Г.А., Горышин В.В., Максимов Б.Д., Голицынский Д.М.). Приоритет от 28.04.1982.

18 Скипо-клетезой подъем.

Авт. свод. СССР № 1252280. (Соавторы Высотам В.А., Гуцко В. А., Марков В.А., Саруханоп Ю.Г., Сахиниди И.К., Федоров Г.А., Горы-шин В.В.). Приоритет от 27.05.1983.

19 Способ сооружения станционного узла метрополитена глубокого заложения.

Авт. свнд. СССР № 1164425. (Соавторы Сахиниди И.К., Щукин С.П., Коноичук Г.П., Яковлев А.Н., Рюмин В.М., Пестов Ю.С.). Приоритет от 09.09.1983.

20 Опрокидыватель шахтных вагонеток.

Авт. свид. СССР № 1175834. (Соавторы Голубев В.В., Горышин В.В., Гуцко В.А., Марков В.А., Сахиниди И.К., Федоров Г.А.). Приоритет от 03.01.1984.

21 Совмещенная пересадочная станция метрополитена.

Авт. свид. СССР № 1264515. (Соавторы Голицьшский Д.М., Коньков А.Н., Федоров Г.А. Фролов Ю.С.). Приоритет с - 07.01.1985.

22 Способ возведения пересадочного узла метрополитена глубокого за -ложения.

Авт. свид. СССР № 1299188. (Соавторы Рюмин В.М., Сахиниди И.К., Федоров Г.А., Горышин В.В.). Приоритет от 06.03.1985.

23 Технологические карты-схемы сооружении горных транспортных тон -целей.

Мшпрансстрой СССР, М,, 1985. Коллектив авторов.

24 Пересадочный узел метрополитена глубокого заложения.

Авт. свид. СССР № 1360286. (Соавторы Большанин Ф.Г., Горышин В.В., Марков В. А., Яковлев А.Н.). Приоритет от 20.09.1985.

25 Двухэтажная односводчатая пересадочная станция. Сб. "Метрострой", 1987, №7, с. 12-13.

26 Агрегат для возведения калоттной прорези тоннеля.

Патент ЧССР. №248278. (Соавторы Власов С.Н., Волохов Г.С.,

Голубев В.В., Горышин В.В., Гуцко В.А., Иванов В.Г., Лусковцов Е.К., Маркович М.М., Ручко И.П., Степанов П.В., Тарлавскнн Д.Н., Федоров Г.А., Филиппов Н.М., Ходош В.А., Честов П.К.), выдано 28.09.37.

27 Механизированный комплекс для сооружения бокового тоннеля колонной или пилонной станции метрополитена глубокого заложения. Авт. свид. СССР № 1452234. (Соавторы Васильков А.И., Голубев В.В., Горышин В.В., Гуцко В.А., Домбровский А.Г., Большанин Ф.Г., Зубков Ю.В., Марков В.А. Сахиниди И.К., Федоров Г.А., Шадрин Ю.И., Щукин С.П.). Приоритет от 24.11.1986.

28 Вариант пересадочного узла глубокого заложения и метода его строительства на действующей линии.

Сб. "Метрострой", 1983, №7, с. 17-18.

29 Устройство для сооружения шахтных стволоз.

Авт. свид. СССР №1752964. (Соавторы Дерезяшсо В.И., Зайцев A.A., Христофоров С.Л., Васильков А.И., Гуцко В.А., Ионов Ю.В., Шадрин Ю.И., Маркоз В.А.). Приоритет от 07.09.1989.

30 Строительство тоннелей и метрополитенов.

М., Транспорт, I9S9, с. 232-244, 252-261. (Соавторы Голицыисхнп Д.М., Фролов 10.С., Ленец П.Т., Подчехаев В.А., Богданов Г.И.).

31 Новые кснструктнзно-технологические решения при строительстве метрополитенов.

Транспортное строительство, 1991, № 4, с. 32 (Соавтор Щукин С.П.).

32 Новые эффективные конструкторско-технологические решения при строительстве горных железнодорожных тоннелей в сейсмоопасных районах со сложными инженерно-геологическими и суровыми климатическими условиями.

Проектирование, строительство и разработка научных проблем. Работа, удостоенная Премии Совета Министров СССР, 1991. (Соавторы Безродный К.П., Бессолов В.А., Меркин В.Е., Миллерман

С.И., Салан А.И.).

33 Справочник инженера-тоннельщика.

М., Транспорт, 1993. Коллектив авторов.

34 Комплексная схема развития С.-Петербургского метрополитена до 2010 года (Общее руководство работой, в т.ч. авторство в части новых конструкций пересадочных узлов).

Архивы Ленмстрогипротранса, Дирекции строящегося метрополитена С.-Петербурга, 1993.

35 Сооружение выработок большого сечения для строительства атомных электростанций в протерозойских глинах.

В Сборнике докладов научно-технической конференции "Комплексное использование подземного пространства Северо-Западного региона (безопасность, экология, энергосбережение). С.-Петербург, 1994, с. 71-72.

36 Разработка концепции и эффективных объемно-планировочных и конструктивно-технологических решений для рационального использования подземного пространства при строительстве метрополитенов. ЦНИИС. М., 1994 (В соавторстве с группой авторов).

37 Проект подземного многоэтажного комплекса объектов городской инфраструктуры в сочетании с пересадочной станцией метрополитена. (Материалы конференции "Комплексное использование подземного пространства С.-Петербурга в целях сохранения и развития его исторического центра"). С.-Петербург, 1994.

38 We offer you our 45 jeaks experience in designing undergrounds and tunnels.

Railway technology international - 93. s. 66 England. Sterling Publications International.

39 Neue Methoden beim Bau einer komplexen Umsteigestation dr U-Bahn in St.-Petersburg. (Alexandrov V., ArefijvO., Kulagin N.). Rubland.

Vortrage 36 World Tunnel Congress/Stuva-Tagung'95 in Stuttgart.

40 Станции метрополитена n аспекте комплексного использования подземного пространства.

Подземное пространство мира. 1995, №5, с. 48-52. (Соавтор Голи-цынскнй Д.М.).

41 Руководство по комплексному использованию подземного пространства при строительстве и реконструкции метрополитенов. (Корпорация "Трамссрой", Ассоциация объединенных дирекций строящихся метрополитенов "Ассодстройметро", НИЦ "Тоннели и метро -полнтеиы" ЦНИИС. М„ 1996 . (Группа авторов).

42 От односзодчатых станций - к двухъярусному пересадочному узлу. Опыт метростроителей С.-Петербурга в развитии одпосводчатых конструкций.

Подземное пространство мира. 1995, }ЙЗ, с. 11-17.

43 Технические предложения по созданию в Северо-Западном регионе хранилища радиактнвных отходов и отработавшего ядерного топлива.

Подземное пространство мира. 1996, №6, с. 8-10. (Соавторы Щукин С.П., Сорокин В.Т., Шведов A.A., Заручевская Г.П.).

44 Сооружение двухэтажной пересадочной станции Петербургского метрополитена "Спортивная" - новое достижение отечественного метростроения.

Транспортное строительство. 1996, №8, с. 21-22. (Соавторы Арефьев О.Т., Александров В.Н.).

45 Пересадочные узлы на линиях метрополитена глубокого заложения. ТИМР. М„ 1996, с. 111.

46 Пересадочные узлы Петербургского метрополитена - вчера, сегодня, завтра.

Инженер путей сообщения. № 3, 1997.

47 "Двухъярусная односводчатая пересадочная станция метрополитена в С.-Петербурге".

Подземное пространство г,;;гра. №3-4, 1995, с. 7-9. (Соавторы В.Алежсандров, О.Арефьев).

Подписано к печати 16.05; ч?7\ Усл.-печ.л. - 3,9

Печать офсзтнвя . Ьуквгв для множит.апп. Формат ЬОхВ1» 1/16 Тираж 130 экз. ¿аказ 52$Ь.

1ип. ПГУ11С 1^0031 .С-Иотербург, Ьосковсхии пр. ,9