Закрепление грунтов при проходке тоннелей

Многими европейскими компаниями освоено закрепление грунтов для обеспечения проходки тоннелей. При этом различаются следующие технические решения: закрепление грунта, производимое сверху - вертикальными и слабо наклонными колоннами и закрепление, выполняемое горизонтальным и и субгоризонтальными колоннами, закрепление объемного грунтового массива, с проходкой тоннеля в закрепленном грунте.

Так, компания «Родио» в 1983 г., при проходке тоннеля вблизи г. Кам-Ниолло, Италия, выполнила крепление свода тоннеля субгоризонтальными грунтобетонными колоннами длиной 13 м. На одну заходку сооружалось 40 колонн.

Эта же компания выполняла при проходке тоннелей Миланского метро закрепление грунтов над сводом тоннеля субгоризонтальными колоннами диаметрами 0,5 и 0,7 м, длиной 9 м..

В 1984 г. компания «Паккиози» выполнила на строительстве гидроэлектростанции Солярино, Италия, закрепление грунта субгоризонтальными колоннами с наклоном к горизонтальной оси 6° при проходке двух тоннелей цидиусом 8 м (рис. 2.19).

Рис.2.19. Укрепление свода тоннеля субгоризонтальными грунтобетонными колоннами

Колонны выполнялись с шагом 0,4 м в грунтах, включающих илы, глины и гравий. Нижняя часть сечения тоннелей закреплялась вертикальными и наклонными короткими колоннами, сооружаемыми с поверхности.

В 1986 г. компания «Паккиози дрилл энтерпрайз» на строительстве тоннеля Валсесиа в районе Джемме выполнила работы по закреплению грунтов по трассе тоннеля. Объектами строительства были два трехпутных тоннеля длиной 618 м, шириной 16 м и высотой 13 м. На участке длиной 350 м уровеньподземных вод располагался выше сводов тоннелей. Тоннели сооружалисьна глубинах от 3 до 26 м в моренных отложениях и галечниковых грунтах с суглинисто-глинистым заполнителем. Применялось три вида закрепления грунтов:

• горизонтальные грунтобетонные колонны длиной по 15 м, защищающие свод тоннеля на входе в тоннель, а также на большой глубине;
• группы из четырех субвертикальных колонн на каждом метре длины тоннеля, по обеим его сторонам - для обеспечения опоры горизонтальных колонн, защищающих свод тоннеля, особенно на участке с высокими уровнями подземных вод;
• горизонтальные грунтовые анкера длиной 10м для усиления опорной части свода на участке длиной 40 м, где имело место высокое давление от водонасыщенных песков.

Несмотря на то, что грунты имели высокую водопроницаемость и низкое сцепление, грунтобетонная оболочка позволила осуществить проходку тоннелей без подвижек грунта, в сухом забое, то есть в безопасных условиях.

Грунтобетонные колонны имели диаметры 80 см, прочность материала составляла 10 МПа. Всего было выполнено 80000 м горизонтальных и 50000 м -вертикальных колонн, а также 10000 м анкерных колонн.

Эта же компания выполнила на строительстве двойного тоннеля Тиаска в районе Джевио, Италия, закрепление полностью водонасыщенного грунт из вертикальных пересекающихся колонн на глубинах от 3 до 10м.. Длина участка закрепления 148 м, общая ширина закрепляемого массива 12 М и высота 5 м. Грунты были представлены речными и ледниковыми отложениями в виде гальки и гравия с суглинистым заполнением и глинистых прослоек. Вертикальные грунтобетонные колонны сооружались на глубину ло 18 м от поверхности. В результате массив закрепленного грунта включал в себя все сечение будущего тоннеля. Диаметры вертикальных пересекающихся колонн составляли от 2 до 4 м. Прочность и водонепроницаемость грунтобетона удовлетворяли условиям безопасной проходки тоннеля в слабых, водонасыщенных грунтах.
На тоннеле Вевера эта компания выполнила в 1989 г. закрепление грунтового массива шириной 10,1 м на длине 133 м . Свод тоннеля проходил на глубине 3-3,5 м от поверхности, уровень подземных вод располагался выше свода тоннеля (рис. 2.20).

Грунты были представлены речными и ледниковыми отложениями, в виде гальки с суглинистым заполнителем и глинистыми прослойками. Работы выполнялись в два этапа. На первом этапе выполнялись с поверхности субвертикальные пересекающиеся колонны высотой 3 м, образующие нижнюю обратную арку сечения тоннеля, а затем выполнялся двойной ряд наклонных колонн длиной 16 м по обе стороны от оси тоннеля - для обеспечения устойчивости боковых стен тоннельной выработки. На второй стадий выполнялись субгоризонтальные колонны длиной 13 м - для защиты свода тоннельной выработки. Колонны имели диаметры 80 см. Прочность грунтобетона составила 10 МПа. Общая длина всех колонн составила 20000 м. Закрепление грунта обеспечило проходку тоннеля в сухих условиях.

Рис 2.20. Укрепление тоннеля при проходке субвертикальными, субгоризонтальными и наклонными грунтобетонными колоннами

И 1987 г. компания «Паккиози дрилл энтерпрайз» выполнила закрепление грунтов при ремонте тоннеля, проходившего через грунтовый разлом, заполненный слабыми грунтами, в Чиети, Италия. На этом месте, на расстоянии 1100 м от северного входа тоннеля, называемом «Большой трубой», имело место разрушение оболочки построенного тоннеля, вызванное сверхнасыщенными глинистыми грунтами, заполнившими участок тоннеля длиной 26 м.

Участок закрепленного грунтового массива имел ширину 12,2 м и высоту 11,5. Грунты были представлены илистыми глинами с прослойками оченьтонких песков. Они имели среднюю пластичность и высокую набухающую способность (50% глинистых фракций были представлены монтмориллонитами) Иодонасыщенность грунтов составляла 26,5%, выше предела пластичноста, при очень низком сопротивлении сдвигу. На первом этапе производилось закрепление массива грунта вертикальными грунтовыми колоннами с поверхности - перед участком разрушения и позади него.

Колонны диаметром 1,5 м выполнялись по гексагональной сетке, разной высотой, выше и ниже оболочки тоннеля. Закрепленный грунтовый массив имел пирамидальную форму. На втором этапе производилось закрепление грунтов горизонтальными колоннами, по контуру свода тоннеля, с внешней стороны, в виде сплошной арки из пересекающихся колонн, а затем - в теле грунта, заполнившего участок тоннеля, при разрушении оболочки, по торцам ремонтируемого участка. Далее, из тоннеля были выполнены группы наклонных грунтобетонных колонн - для создания опоры внешней арки из закрепленного грунта. Для этого предварительно внутри тоннеля была выполнена временная дополнительная железобетонная оболочка. После удаления грунта изнутри тоннеля, были завершены все остальные ремонтные работы. Грунтобетонные колонны имели диаметры до 1,5 м и прочность ни сжатие - до 20 МПа. Всего было выполнено 10000 м грунтобетонных колонн.

На строительстве тоннеля Тиаско компания Паккиози дрилл выполнила участок сдвоенного тоннеля, укрепленный вертикальными грунтобетонными колоннами (рис. 2.21).
Закрепление грунтов этой компанией в 1986 г. было выполнено также на тоннелях в С. Францисско и С. Мариа дель Кармине в Италии.

Рис. 2.21. Укрепление тоннеля при проходке вертикальными грунтобетонными колоннами

Компания «Инжектоджет» выполнила в г. Риме, на ул. Вия Остенсе армирование грунтов дорожной насыпи горизонтальными грунтобетонными колоннами при проходке канализационного коллектора под шоссе, без остановки движения транспорта. Глубина слоя армированного грунта была 3,5 м, диаметр грунтобетонных колонн 0,8 м, длина колонн 35 м. Общая юн шина слоя армированного грунта составляла 1,4 м, средний модуль деформации- 1000 МПа.

Эта же компания в г. Варезе, Италия, выполнила на кольцевой дороге устройство тоннельной крепи (сводов и стенок) со сплошными поперечными перемычками из вертикальных грунтобетонных колонн. Строительстве тоннелей велось под застроенной территорией. Жесткие конструкции крепи препятствовали проседанию оснований домов. Грунты были представлены моренными отложениями. Песок и щебень чередовались со слоями глины, Приток подземных вод был невелик. Грунтобетонные колонны диаметром 0,8 м сооружались по прямоугольной сетке с шагом 0,9 м, с колонной в центре квадрата.

Компания «ГКН Келлер» в г. Дортмунде, Германия, выполнила закрепление с помощью струйной геотехнологии грунтового массива в форме коробчатой конструкции переменного сечения (рис. 2.22) - с целью обеспечения возможности прокладки двух тоннелей метро в водонасыщенных илистых грунтах, подстилаемых выветрившимся мергелем .

Рис. 2.22. Закрепление илистых грунтов в виде коробчатой конструкции при проходке тоннеля под дорогой, в продольном к ней направлении

Длина закрепленного массива составила 150 м, глубина подошвы массива 17,5 м. Работы производились без прекращения движения транспорта на поверхности. В изолированном пространстве, образованном конструкцией из закрепленного грунта, производилось обезвоживание илистых грунтов с помощью вакуумно-гравитационной системы скважин.

Эта же компания выполнила в г. Берлине, на новой ветке метро, непосредственно под кварталом 12-этажных жилых домов закрепление грунтов (рис. 2.23) с образованием двух сплошных полукруглых секторов диаметром 10 м.

Рис.2.23. Закрепление грунтов под жилыми домами в Берлине для проходки тоннелей метро

Грунты включали рыхлые пески с булыжниками и пластичные глины с булыжниками большого размера. Далее, в закрепленном грунте осуществили проходку двух тоннелей диаметром 6,6 м. Работы производились в экстремальных условиях одновременно пятью станками, имеющими общий растворный узел. Работы велись с поверхности Земли закрепление грунта производилось под домами, через наклонные скважины. Прочность грунтобетона составила 1,8МПа. При проходке тоннелей отсутствовали просадки, обеспечивались гидроизоляция и тепловая защита.

Компания «ГКН Келлер» выполнила в г. Гамбурге фундамент под подземный резервуар дни сточных вод [119] из грунтобетонных колонн (рис. 2.24).
Резервуар сооружался после завершения фундамента - щитовой проходкой тоннеля, диаметром 4 м, причем верхняя часть колонн фундамента при этом срезалась. Грунтобетонные колонны фундамента, сооружались в илистых песках, с примесью торфа, на глубину 18м, при высоте колонн 7 м. Материал колонн имел прочное на сжатие 0,5 МПа.

Рис. 2.24. Грунтобетонные сваи, сооружаемые перед проходкой тоннеля в слабых грунтах в Гамбурге