Власов С.Н., Торгалов В.В., Виноградов Б.Н. Строительство метрополитенов

Подождите немного. Документ загружается.

кварталами города. На$линиях глубокого заложения трассу между станциями

проектируют по$кратчайшему направлению.

В$целях обеспечения плавного хода поездов с$высокими скоростями наименьший

радиус кривых на$главных путях принимают не$менее 600$м, а$наибольший уклон

в$тоннелях — не$более 0,040, а$на$открытых наземных участках — не$более 0,035.

Продольные уклоны тоннелей и$станций метрополитенов в$целях обеспечения

беспрепятственного отвода воды не$должны быть менее 0,030.

Станции метрополитена располагают в$плане на$прямых участках трассы,

а$в$профиле, как правило, на$возвышениях профиля («горбах») для облегчения разгона

поезда, уходящего со$станции, и$замедления хода поезда, прибывающего на$нее.

Понятие огабаритах тоннелей. Размеры и$очертание внутреннего свободного

пространства тоннеля зависят от$размеров и$формы подвижного состава (вагонов поезда)

и$размещаемого в$тоннеле оборудования. Внутренние размеры тоннельных сооружений

метрополитенов устанавливают в$соответствии с$утвержденными Строительными

нормами и$правилами габаритами — предельными внешними очертаниями и$размерами

подвижного состава, а$также постоянных сооружений и$оборудования, размещаемых

в$тоннеле. Существует несколько габаритов.

Габаритом приближения строений называют предельный поперечный оси тоннеля

контур, внутрь которого не$должны входить никакие части строений (выступы обделки

тоннеля, платформы, колонны и$др.).

Габарит приближения оборудования — это предельное поперечное очертание,

внутрь которого не$должны входить никакие части оборудования, размещенного

в$тоннеле.

Габарит подвижного состава — это предельное поперечное очертание, в$которое

должен вписываться подвижной состав. Этот габарит учитывает все отклонения вагона

при движении и$вынос кузова на$кривых участках пути.

При движении поезда в$тоннеле метрополитена по$прямой ни$одна часть исправного

вагона не$должна выходить за$очертание га-барита подвижного состава.

Габариты приближения строений и$приближения оборудования устанавливаются

с$учетом необходимости расположения между ними устройств пути, СЦБ, освещения,

электроснабжения и$сантехники. Кроме этого, габарит приближения строений учитывает

допустимые по$отношению к$проектным размерам отклонения и$деформации сооружений

при строительстве и$обеспечение прохода людей. Габариты приближения строений

установлены для прямых и$кривых участков пути. Типовые конструкции тоннельных

обделок кругового и$прямоугольного очертания обеспечивают вписывание габаритов

приближения строений как на$прямых участках пути, так и$на$кривых.

Контрольные вопросы

Что такое метрополитен?

Какими бывают линии метрополитена?

Что входит в$комплекс линии метрополитена?

Что относится к$технологическим устройствам метрополитена?

В$каких случаях применяют закрытые и$открытые способы работ?

Что такое план и$продольный профиль линии метрополитена?

Глава II. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ПОГЕОЛОГИИ

ИГИДРОГЕОЛОГИИ

Виды горных пород

Земная кора состоит из$разнообразных по$происхождению и$составу горных пород.

Горные породы — это минеральная масса более или менее постоянного состава

и$структуры, образующая самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору.

По$происхождению различают три большие группы горных пород: магматические,

осадочные и$метаморфические.

Магматические (или изверженные) горные породы образовались в$результате

остывания и$затвердевания расплавленной магмы, поднявшейся из$глубин земли.

В$результате остыванця магмы, не$достигнувшей земной поверхности, образовались

глубинные изверженные породы — граниты, диориты, гранодиориты, сиениты. Магма,

излившаяся на$поверхность земли при вулканических извержениях, при остывании

образовала изверженные породы —базальты, диабазы, порфиры, туфы, пемзу.

Осадочные горные породы широко распространены в$верхних частях земной коры.

Эти горные породы являются продуктом разрушения других пород, а$также результатом

жизнедеятельности организмов и$выпадания из$воздушной или водной среды материалов

любого происхождения. Осадочные породы в$зависимости от$условий их$образования

делят на$три группы: обломочные, химические, органогенные.

Обломочные породы образовались в$результате механического разрушения других

под действием ветра, воды, суточных и$сезонных колебаний температуры воздуха.

К$обломочным породам относят щебень, гальку, гравий, песок. В$природных условиях

рыхлые обломочные породы могут подвергаться связыванию частицами глины и$других

пород, образуя сцементированные обломочные породы. К$ним относятся песчаники,

алевролиты, аргиллиты, конгломераты, а$также другие породы.

Осадочные породы химического происхождения образовались в$результате

выделения из$водных растворов кристаллов различных минералов и$осаждения их$на$дне

водоемов. К$таким породам относятся каменная соль, ангидрид, гипс и$др.

Осадочные породы органического происхождения образовались из$остатков древней

растительности и$живых организмов — это каменный уголь, известняк, доломит, торф.

Метаморфические горные породы образовались из$магматических или осадочных

пород на$больших глубинах при воздействии на$них высоких температур и$давлений.

К$метаморфическим породам относят сланцы, гнейсы, кварциты, мраморы.

История Земли делится на$несколько очень длительных эр, каждая из$которых

состоит из$нескольких геологических периодов (их$продолжительность исчисляется

миллионами лет).

Верхний слой земной коры имеет покров из$маломощных отложений четвертичного

периода, представленных суглинками, супесями, глинами и$другими рыхлыми породами.

К$ним относятся также моренные отложения, образовавшиеся из$обломков горных пород,

перенесенных и$отложенных древними ледниками (валуны, щебень, песок), озерно-

ледниковые отложения, образовавшиеся после таяния ледников на$дне озер

(перемежающиеся песчаные и$глинистые прослойки).

Отложения продуктов выветривания горных пород, залегающие на$месте своего

первоначального образования, называют элювиальными. К$таким породам относится,

например, дресва — слабоцементированный грубозернистый материал, являющийся

продуктом выветривания гранита. Обломочные отложения в$долинах и. руслах рек,

образовавшиеся из$рыхлых продуктов выветривания горных пород, носят названия

алювиальных. Они представлены гравием и$галькой, песком различной крупности,

глинами и$суглинками (глинами с$примесью песка). Отложения, возникшие в$результате

накопления рыхлых продуктов выветривания, смытых со$склонов гор атмосферными

водами, называют делювиальными. Породы, отличающиеся отсутствием слоистости,

малой связностью, наличием большого количества крупных пор (макропористые), относят

к$лессовым.

В$результате деятельности человека в$местах его поселений образовался культурный

слой, мощность которого в$больших городах достигает 10$м.

Для каждого вида горных пород характерны свои формы залегания. Осадочные

породы часто залегают в$виде горизонтальных или наклонных пластов. Пласт (рис.$3) —

это плоское геологическое тело, мощность (толщина) которого во$много раз меньше

размеров площади его распространения. Для определения положения пласта

в$пространстве введены понятия об$элементах залегания (рис.$4). Линия простирания —

это линия пересечения поверхности пласта с$горизонтальной плоскостью.

Линия падения — линия, лежащая на$поверхности пласта и$перпендикулярная

к$линии простирания. Угол падения — угол между поверхностью пласта

и$горизонтальной плоскостью. Угол падения изменяется от$0$(для горизонтально

залегающих пластов) до$90? (для пластов, расположенных вертикально).

Рис.$3. Разрез толщи осадочных пород:

1$— кровля пласта; 2$— горизонтальный пласт; 3$— почва пласта; 4$— пережим пласта; 5$— раздув пласта;

6$— линза

Рис.$4. Схемы к$определению положения пласта в$пространстве:

а — элементы залекания наклонного пласта;$б — выход пластовых наслоений на$поверхность откоса; 1$—

пласт, имеющий угол падения а; 2-условная горизонтальная плоскость; 3-линия простирания .пласта; 4$—

линия падения пласта (стрелкой показано направление падения)

Рис.$5. Примеры разрывных нарушений горных пород:

а — сброс;$б — надвиг; в$— сдвиг

Под воздействием процессов, происходящих в$недрах Земли, происходят изменения

первичной формы залегания горных пород, называемые тектоническими нарушениями

(рис.$5). Тектонические нарушения приводят к$образованию в$пластах складок и$разрывов.

Складка, обращенная выпуклостью вверх, называется антиклиналью, выпуклостью вниз

— синклиналью.

Тектонические разрывы (разломы) создают при горнопроходческих работах

серьезнее затруднения, поскольку зоны разломов сложены сильно трещиноватыми или

раздробленными неустойчивыми породами. При вскрытии разломов забоями

в$выработках часто резко увеличиваются притоки воды, могут происходить также вывалы

породы.

Подземные (грунтовые) воды

Наука, изучающая подземные воды, их$движение, свойства и$состав, называется

гидрогеологией.

Наличие подземных вод при проходке тоннеля всегда осложняет производство

проходческих работ. В$зависимости от$гидрогеологических условий приток воды

в$выработку может изменяться в$больших пределах: от$нескольких кубических метров

в$час до$2000-2500$м

/ч. Большие водопритоки требуют специальных мер по$отводу воды

и$высокопроизводительного оборудования для ее$откачки на$поверхность.

В$ряде случаев подземные воды изменяют свойства горных пород, Некоторые глины

при увлажнении набухают и$тяжело разрабатываются. Глинистые сланцы при попадании

воды теряют устойчивость. Насыщенные водой пески легко отдают воду при проходке

выработки, это требует их$предварительного осушения. Тонкозернистые пески

с$примесью илистых частиц способны удерживать воду и$превращаться в$плывуны.

Проходка в$таких условиях очень сложна и$требует применения специальных способов.

Подземные воды являются важным фактором, который надо учитывать при

проектировании метрополитена — выборе трассы, применении тех или иных

конструкций, способах гидроизоляции, составлении проекта организации строительства.

При проведении инженерно-геологических изысканий определяют наличие подземных

вод, их$характер, химический состав, ожидаемые водопритоки лри проходке. Наличие

подземных вод в$слое породы определяется бурением разведочных скважин. Основными

типами подземных вод являются верховодка, грунтовые безнапорные воды и$напорные

(артезианские) воды.

Верховодкой называют воду, находящуюся на$глубине 2-3$м$от$поверхности земли

над водоупорным слоем. В$местах, где водо-упор кончается, верховодка также исчезает,

стекая в$нижележащие пласты водопроницаемых пород (песков, трещиноватых

известняков и$др.). В$засушливую погоду, а$также зимой верховодка обычно исчезает.

Грунтовые воды — это подземные воды, находящиеся выше первого

водонепроницаемого слоя пород. Основным источником их$образования являются

атмосферные осадки. В$скважине или в$выработке уровень грунтовых вод сохраняется

на$той глубине, на$которой они появились, так как напор в$грунтовых водах отсутствует.

Верхняя свободная их$поверхность называется зеркалом грунтовых вод.

Более глубокие, перекрытые водоупорными пластами водоносные слои

(их$называют еще водоносными горизонтами) несут межпластовые (напорные) воды. При

вскрытии межпластового водоносного горизонта скважиной напорные воды поднимаются

в$скважине и$устанавливаются выше водоупорной кровли водоносного пласта.

Подземные воды, содержащие вредные примеси, которые оказывают разрушающее

действие на$обделку тоннеля, называют агрессивными.

Основные физико-механические

свойства грунтов

Грунт — это обобщенное наименование горных пород, залегающих

преимущественно в$пределах зоны выветривания Земли и$являющихся объектом

инженерно-строительной деятельности человека.

По$классификации, принятой в$Строительных нормах и$правилах, грунты

разделяются на$скальные и$нескальные. К$скальным грунтам относятся изверженные,

метаморфические и$осадочные породы с$жесткими связями между зернами, залегающие

в$виде монолитного или трещиноватого массива. К$нескальным (рыхлым) относятся

грунты: крупнообломочные несцементированные (валунные, галечниковые, гравийные,

щебенистые, дресвяные), песчаные (пески разной крупности), глинистые (глины,

суглинки), супеси.

По$физико-механическим свойствам породы делятся на$монолитные, пластичные,

сыпучие и$плывунные (насыщенные водой сыпучие породы — плывуны).

Физико-механические свойства грунтов (пород) характеризуются рядом

показателей; наиболее важные из$применяемых в$горном деле указаны ниже.

Плотностью породы называют отношение массы твердых частиц к$их$объему.

Объемная масса породы — это масса единицы объема породы при естественной

влажности и$пористости. Объемная масса влажной породы зависит от$количества

содержащейся в$ней воды и$пористости. Объемная масса влажной породы учитывается

в$горном деле при расчетах горного давления, давления грунтов на$свайное крепление

котлованов и$др.

Пористость — это суммарный объем всех пор, приходящийся на$единицу объема

породы. Показатели, характеризующие пористость пород, используют при определении

водопроницаемости и$сжимаемости пород.

Влажностью называют отношение массы воды, содержащейся в$породе, к$массе

абсолютно сухой породы в$процентах.

Сжимаемостью называют способность породы к$уменьшению объема под

воздействием нагрузки.

Коэффициент фильтрации, являющийся основной характеристикой

водопроницаемости пород, равен скорости движения воды через массив. Для различных

грунтов коэффициент фильтрации K

имеет следующие значения, м/сут:

Суглинки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,01-0,1

Супесь. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,10-1

Песок:

пылеватый. . . . . . . . . . . . 0,01-1

мелкозернистый. . . . . . . 1-5

среднезернистый. . . . . . .5-20

крупнозернистый. . . . . . 2.0-50

Гравий. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50-150

Галечник. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100-500

Коэффициент фильтрации используют при различных гидрогеологических расчетах

(определении притока воды в$горные выработки, дебита скважин).

Кроме указанных свойств пород, при решении отдельных строительных вопросов

учитывают прочность, твердость, упругость, пластичность, хрупкость, вязкость,

разрыхляемость горных пород.

Прочность — это свойство горных пород сопротивляться разрушению под

действием внешней нагрузки. Различают прочность при сжатии, растяжении, изгибе,

скалывании и$ударе.

Твердостью называют способность горной породы сопротивляться проникновению

в$нее другого более твердого тела (например, острия пики отбойного молотка). Твердость

пород определяют по$специальной шкале.

Уцругость — свойство горных пород изменять свою форму или объем под

действием внешней нагрузки и$возвращаться к$первоначальной форме или объему после

снятия этой нагрузки.

Пластичность — это свойство горных пород деформироваться без разрушения под

действием внешней нагрузки и$оставаться в$деформированном состоянии после ее$снятия.

Хрупкость — свойство горных пород разрушаться под действием ударных нагрузок

без заметной остаточной деформации.

Вязкостью называют способность горной породы сопротивляться силам,

стремящимся разъединить ее$частицы. При горных работах вязкость пород оценивают

по$сопротивлению, оказываемому породой при отделении части ее$от$массива.

Разрыхляемость — это увеличение объема горной породы при ее$выемке из$массива.

Разрыхляемость характеризуется коэффициентом разрыхления, представляющим собой

отношение объема вынутой породы к$первоначальному объему породы в$массиве.

Коэффициенты разрыхляемости некоторых горных пород имеют следующие

значения.

Песок, супесь . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,1-1,2

Растительный грунт, глина, суглинок, гравий 1,2-1,3

Полускальные породы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1,3-1,4

Скальные породы:

средней прочности . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,4-1,6

прочные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,6-1,8

очень прочные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,8-2,0

Крепость горных пород характеризуется их$сопротивляемостью различным

механическим воздействиям: бурению, отбойке, взрыванию, разработке другими

механическими средствами. Крепость пород зависит от$многих физико-механических

свойств: твердости, вязкости, трещиноватости, хрупкости, упругости. В$горном деле

принята шкала крепости горных пород, предложенная проф. М.$М.$Прото дьяконовым.

По$этой шкале все горные породы в$зависимости от$коэффициента крепости f

кр

разделены

на$десять категорий, причем наиболее крепкие породы (кварциты, базальты и$др.),

имеющие коэффициент крепости f

кр

=20, отнесены к$I$категории, а$наименее крепкие

(плывуны, разжиженные грунты), имеющие f

кр

=0,3,— к$X$категории.

В$Строительных нормах и$правилах, являющихся сводом основных

общеобязательных нормативных документов, применяемых в$строительстве в$нашей

стране, принята шкала классификации горных пород, в$которой наиболее крепкие породы

(с$f

кр

=20) отнесены к$высшей, XI, группе по$сложности разработки, а$наименее крепкие —

к$I$группе.