Проходка тоннелей в сложных горно-геологических условиях екатеринбургского метрополитена

Одной из проблем подземного строительства метрополитена является сооружения тоннелей в сложных горно-геологических условиях. Инновационные технологии проходки тоннелей современными механизированными щитами вместе с экономичностью и высокой производительностью позволяют значительно снизить риски в условиях плотной городской застройки и развитой инфраструктуры.

В настоящее время в городе Екатеринбурге осуществляется строительство тоннелей  на продолжении I-ой линии метрополитена между станциями «Геологическая», «Бажовская», «Чкаловская» и «Ботаническая» протяжённостью 3900м в чугунной обделке d=5,5/5,1м. По трассе залегают преимущественно скальные породы, но встречаются небольшие участки слабых, неустойчивых и обводнённых грунтов.

К началу 2007 года тоннелепроходческим комплексом фирмы WIRTH пройдено 3080 м левого перегонного тоннеля со средней скоростью 100 м/месяц. Проходка буро-взрывным способом правого перегонного тоннеля составила 1080 м, в связи с отсутствием второго аналогичного комплекса. Отставание может быть ликвидировано с началом работы ТПМК фирмы HERRENKNECHT уже в этом году.

Сбойка правого перегонного тоннеля в феврале 2007 года стала завершением проходческих работ на перегоне станций «Геологическая» - «Бажовская». На рис. 1 показан неблагоприятный участок этого перегона с залеганием в скальных грунтах «кармана» выветривания протяжённостью 250-300м, заполненного элювиальными суглинками и супесями. До начала проходки строительным водопонижением удалось снизить уровень грунтовых вод ниже лотка тоннелей. Исключение составил интервал 30-50м, где глинистые грунты в водонасыщенном состоянии имеют плывунные свойства и находящихся в режиме постоянной подпитки из реки Монастырка.

С целью обеспечения безопасной проходки в сложных горных условиях были использованы современные специальные способы сооружения тоннелей.

Проходка ТПМК фирмы WIRTH при пересечении опасного участка по левому перегонному тоннелю в полной мере обеспечила необходимые требования безопасности, высокую скорость и снижение трудоёмкости работ. Только при выходе щита из слабых пород в скальные произошёл излишний перебор грунта из забоя, в результате чего возникли локальные просадки дневной поверхности в пределах стройплощадки. Причинами потери управления горным давлением явились следующие факторы:

•  отсутствие информации о точном положении и направлении контакта слабых и скальных пород;
• наличие крутопадающего контакта, по которому произошло сползание в забой водонасыщенных  глинистых грунтов;
• острый угол атаки (12 градусов) рабочего органа щита к плоскости контакта скального грунта.
• ненадлежащий контроль объёма выпускаемой породы из ротора щита.

Проходка сложного участка правого перегонного тоннеля осуществлялась частично механизированным щитом КМ-34. Учитывался опыт проходки левого перегонного тоннеля. С целью повышения устойчивости пород предварительно в водонасыщенных глинистых грунтах были выполнены грунтоцементные горизонтальные сваи d=400-500мм (рис.2). Высокопроизводительное оборудование позволило в сжатые сроки выполнить ЗАО «ИнжПроектСтрой» (г. Пермь) из подходной выработки ствола и демонтажной камеры щита 3000 погонных метров грунтоцементных свай. Благодаря использованию технологии струйной цементации удалось создать на протяжении 40м защитный экран вокруг и в теле тоннеля в условиях ограниченного пространства горных выработок. Укреплённый горный массив способствовал безаварийной проходке и улучшению условий работы постоянной обделки тоннеля.

В таблице представлены характеристики различных способов проходки тоннелей на участке перегона между станциями «Геологическая» - «Бажовская» в аналогичных горно-геологических условиях.

Технико-экономическое сравнение способов
проходки тоннелей метрополитена
в г. Екатеринбурге

Приведённые данные свидетельствуют, что современные ТПМК оправдывают высокие затраты по приобретению оборудования при проходке протяженных тоннелей в различных горно-геологических условиях.

Опыт строительства метрополитена в г. Екатеринбурге показал, что применение инновационных технологий обеспечивает качество и высокую скорость строительства, безопасность и охрану окружающей среды, экономическую эффективность. Так, тоннелепроходческие комплексы являются наиболее рациональными при проходке перегонных тоннелей, а укрепление грунтов струйной цементацией в неблагоприятных горно-геологических условиях обеспечивает безопасность сооружения выработок небольшой протяженности.

Красноборов А.А.,
начальник технического отдела ООО «Метрострой-ПТС»