способ сооружения тоннеля под транспортными магистралями для организации транспортных развязок на перекрестках

Формула изобретения

Способ сооружения тоннеля для организации транспортных развязок на перекрестках, которые образованы транспортными магистралями, находящимися на одном уровне, включающий в себя горизонтальное бурение, осуществляемое последовательно и поэтапно с предварительной установкой по внешнему контуру тоннеля портальной рамы с направляющими кондукторами для бурения лидирующих скважин малого диаметра, осуществляемый так, что после окончания бурения лидирующих скважин конец бура малого диаметра соединяют с концом бура большого диаметра, помещенного в обсадную трубу, при этом бур большого диаметра перемещают в лидирующей скважине за буром малого диаметра совместно с обсадной трубой, которую после окончания бурения оставляют в скважине, а буры извлекают, после фиксации по контуру портальных рам необходимого количества обсадных труб из их полости извлекают грунт и заполняют бетонной смесью, отличающийся тем, что на второстепенной магистрали способом «стена в грунте» укрепляют места установки портальных рам и выполняют пандусы, обеспечивающие доступ для организации работ по сооружению тоннеля под основной магистралью, а затем устанавливают верхнее перекрытие тоннеля, после чего способом, изложенным выше, выполняют боковые стенки тоннеля, затем разбирают стену в грунте, закрывающую портал тоннеля, и осуществляют удаление грунта из всего внутреннего габарита тоннеля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к подземному строительству, а более конкретно, для сооружения транспортных тоннелей под транспортными магистралями, преимущественно для организации транспортных развязок в условиях слабых, водонасыщеных грунтов, обладающих способностью при внешних воздействиях переходить в плывунное состояние, в районах существующей застройки.

Известен способ сооружения тоннелей с помощью механизированного щита (Волков В.П. и др. «Тоннели и метрополитены». Изд. 2-е; М., Транспорт, 1975 г., с.315-316), по которому породу из забоя разрушают роторным механизмом и погружают для удаления на транспортер. Постоянную обделку тоннеля выполняют под защитой щита. Пространство между обделкой и породой тампонируют цементным раствором через отверстия в обделке тоннеля.

Недостатком данного способа является невысокая надежность из-за наличия возможности прорыва неустойчивых пород из забоя через роторный механизм, что может привести к оседанию породы, что недопустимо в условиях сооружения тоннеля под действующей дорожной развязкой.

Известен способ сооружения тоннелей с помощью механизированного щита полузакрытым режимом с грунтопригрузом в роторной части («Подземное пространство мира» № 5/6, 1998 г., с.30-31), по которому разрушенная порода остается до определенного момента в роторной камере, чтобы противостоять неконтролируемому выходу породы.

Недостатком данного способа является относительно невысокая надежность вследствие того, что существует возможность неконтролируемого перемещения грунта, что неприемлемо при устройстве тоннеля под дорожной развязкой.

Известен и способ сооружения тоннелей с использованием механизированного щита, включающий разработку грунта рабочим органом, при этом давление пригруза в камере ротора автоматически уравнивают с давлением грунтов на оболочку щита посредством мембран, устанавливаемых в оболочке щита и находящихся под фактическим давлением грунтов (патент РФ № 2259479, МПК E21D 9/06, опубликован 22.08.2005 г.).

Недостатком указанного способа является то, что при устройстве тоннелей под транспортными магистралями необходимым условием для производства работ является остановка движения по трассе, что в ряде случаев неприемлемо.

Известен также способ разработки котлована, который заключается в том, что по контуру будущего котлована осуществляют проходку скважин с возведением в скважинах рядов вертикальных грунтоцементных свай, после чего возводят стенки из бетона по методу «стена в грунте», а затем из внутреннего контура котлована извлекают грунт на проектную глубину (патент РФ № 2209268, МПК ⁷ E02D 17/00, опубликован 27.07.2003 г.).

Недостатком известного способа является высокая степень риска нарушения целостности грунтового основания из-за его возможных деформаций при проходе тоннеля, так как не обеспечивается стабилизация стенок скважин, а включение грунтовой массы в бетонный раствор приведет к снижению прочности бетона и несущей способности конструкции, кроме того, способ обладает высокой трудоемкостью, связанной с установкой арматурных каркасов в скважины. Установка арматурных каркасов в скважины будет иметь весьма высокую трудоемкость вследствие того, что стенки скважины также могут быть повреждены.

Известен также «открытый» способ сооружения тоннелей с использованием «стены в грунте» (Драновский А.Н., Фадеев А.Б., «Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве», изд. Казанского университета, 1993 г., стр.9). С поверхности по контуру сооружения отрывается узкая траншея на полную глубину сооружения. Для обеспечения устойчивости стен траншея заполняется глинистым раствором. Затем траншея снова откапывается грунтозахватками и заполняется бетонным раствором или сборными элементами стен. Выемка грунта внутри контура сооружения производится под защитой стен сооружения. Однако, открытый способ не представляется возможным для использования на транспортных магистралях с интенсивным движением транспорта, поскольку транспортный узел необходимо закрывать для движения на длительное время.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является техническое решение, сформулированное в заявке на изобретение «Способ сооружения тоннеля под железнодорожной насыпью» (Решение о выдаче патента на изобретение от 26.10.2007 г. по заявке № 2006122562/03 (044503), авторы: Р.А.Мангушев и др.).

Способ сооружения тоннеля под железнодорожной насыпью, включающий бурение рядов скважин по контуру сооружаемого тоннеля с их последующим бетонированием и извлечением грунта из образованного контура, заключается в том, что бурение скважин осуществляют горизонтально последовательно и поэтапно, предварительно устанавливая на откосы с двух сторон насыпи портальные рамы с направляющими кондукторами по их внешнему контуру. Далее осуществляют бурение лидирующей скважины малого диаметра, определяя направление бурения по отверстию в кондукторе. После окончания бурения лидирующей скважины конец бура малого диаметра шарнирно соединяют с концом бура большого диаметра, помещенного в обсадную трубу, при этом бур большого диаметра перемещают в лидирующей скважине за буром малого диаметра совместно с обсадной трубой, которую после окончания бурения устанавливают в скважине, а буры извлекают. После установки по контуру портальных рам необходимого количества обсадных труб из их полости извлекают грунт и заполняют бетонной смесью, далее извлекают грунт из контура, образованного сплошными рядами обсадных труб по всему сечению и на всю длину тоннеля.

Однако предложенное техническое решение имеет ограниченную область применения, поскольку существует острая необходимость в организации транспортных развязок в условиях существующей застройки в исторических центрах мегаполисов. И транспортные магистрали в условиях старой застройки, как правило, находятся в одном уровне, а устройство путепроводов по ряду причин зачастую не представляется возможным.

Задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является снижение трудозатрат при сооружении транспортных развязок в условиях существующей застройки исторических центров мегаполисов.

Сущность изобретения заключается в том, что под основной транспортной магистралью сооружается тоннель способом бурения горизонтальных скважин по контуру сооружаемого тоннеля с последующим бетонированием скважин, по контуру которых монтируются портальные рамы сооружаемого тоннеля. С двух сторон к основной транспортной магистрали на пересекающей ее второстепенной дороге выполняются пандусы, при этом вертикальные стены пандусов выполняются способом «стена в грунте». Боковые поверхности образовавшихся откосов основной магистрали укрепляются временными подпорными стенками, выполненными способом «стена в грунте».

Однако в отличие от ранее известного способа горизонтальные скважины пробуриваются только в плоскостях, образующих вертикальные стены в грунте, верхнее перекрытие устраивается из заранее изготовленных пролетных строений, которые укладываются в углубления, выполненные на поверхности магистрали с опиранием на вертикальные стены в грунте. При этом верхние плоскости пролетных строений являются основанием для дорожного покрытия магистрали. Таким образом, завершается устройство контура тоннеля, после чего из образованного контура извлекается грунт и производится внутренняя отделка тоннеля.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 представлен продольный разрез тоннеля под транспортной магистралью, а на фигуре 2 - поперечный разрез.

Способ сооружения тоннеля под транспортной магистралью осуществляется следующим образом: на второстепенной дороге, пересекающей основную трассу, устраивается «стена в грунте» 3, после чего для создания пандусов удаляется грунт и на открывшийся вертикальный участок магистрали устанавливаются кондукторы 5, для последующего горизонтального бурения, и временная подпорная «стена в грунте» 4.

В углублении, выполненном на поверхности трассы, укладываются пролетные строения 2, верхняя плоскость которых предназначается для укладки дорожного покрытия. Затем способом, описанным выше, с помощью горизонтального бурения, используя кондуктор 5, выполняются вертикальные стенки тоннеля 1, после чего снимаются временные подпорные стенки 4 и удаляется грунтовый массив, ограниченный вертикальными «стенами в грунте» 1 и перекрытием 2. Таким образом, под основной магистралью выполняется тоннель для организации движения транспорта по второстепенной дороге, при этом остановка движения транспорта по основной магистрали может быть прервана на относительно короткий промежуток времени - только на период укладки верхнего перекрытия тоннеля. Следует отметить, что предложенный способ сооружения транспортных развязок может быть применен и на железнодорожных переездах в тех случаях, когда автомобильная трасса пересекает железнодорожные пути.