ЛИНИЯ МЕТРОПОЛИТЕНА В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК E21D9/00 

1.Область техники

Настоящее изобретение относится к строительству, конкретно к возведению линий метрополитена в сложившейся городской застройке.

2. Уровень техники

Глубина заложения станции метрополитена определяется в первую очередь глубиной заложения перегонных тоннелей. При мелком заложении станция сооружается открытым способом, перегонные тоннели открытым или закрытым способом на минимально допустимой глубине; а глубокое заложение определяют, как заложение линии на глубине, при которой станция и перегонные тоннели сооружаются закрытым способом [СНиП 32-02-2003-"Метрополитены", Актуализированная редакция, М.: 2004, Приложение 2Б, стр.206-207].

Известно, что станция метрополитена мелкого (до 20 метров) заложения включает станционные, обслуживающие и специальные дополнительные сооружения, возводимые открытым способом в котловане с полным вскрытием дневной поверхности с последующим возведением сооружения традиционными способами ["Тоннели и метрополитены". Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г., изд. 2-е перер. и доп. Москва, "Транспорт", 1975 г., стр.408-412, 494-500, 502].

Известен способ возведения однопролетной станции метрополитена открытого способа производства работ, заключающийся в создании котлована и размещении внутри котлована однопролетной двухуровневой станции метрополитена, отличающийся тем, что бетонирование рамной конструкции производят методом «снизу-вверх» от лотковой плиты, затем возводят боковые стены, плиту перекрытия и плиту покрытия. ["Тоннели и метрополитены". Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г., изд. 2-е перер. и доп. Москва, "Транспорт", 1975 г., стр.408-412, 494-500, 502].

Известно устройство станции в виде однопролетной замкнутой рамной конструкции из монолитного железобетона, которая разделена плитой перекрытия на два яруса, верхний и нижний, каждый из которых содержит однопутный рельсовый путь и пассажирскую платформу, а под платформами верхнего и нижнего ярусов размещают технические помещения [Патент №2 715 497 Опубликовано: 28.02.2020 Бюл. № 7, «Способ возведения и устройство однопролетной станции метрополитена открытого способа производства работ»].

При размещении станции метрополитена в котловане глубиной свыше 15 м и шириной не менее 20 м такое решение становится технически нерациональным ввиду высоких нагрузок на ограждение и временное крепление выработки и в результате увеличения материалоемкости, стоимости и трудоемкости возведения ограждения и временного крепления. Также существенно возрастает негативное влияние на окружающую застройку из-за ее деформаций в процессе строительства станции. В результате требуется выполнять трудоемкое усиление фундаментов и несущих конструкций близлежащих зданий или их снос.

Известны способы возведения станции метрополитена глубокого заложения [патент № 126037 RU, Опубликовано: 20.03.2013, Бюл. № 8], характеризующиеся, в частности, сложными, трудоемкими и дорогостоящими конструкторскими решениями.

Известна традиционная технология строительства классической линии метрополитена с двумя однопутными тоннелями Дн/Дв=6,0/5,4 м и станционными комплексами, размещаемыми в котлованах размером, ориентировочно, не менее 240х21х16(h), строительным объемом – 80640 м³, без учета коридоров и лестничных спусков («Московский способ»). ["Тоннели и метрополитены". Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г., изд. 2-е перер. и доп. Москва, "Транспорт", 1975 г., стр.408-412, 494-500, 502].

Для этой технологии применяется подвижной состав для российского метрополитена с нижним токосъемником.

Недостатком известного способа является необходимость выполнения котлована для возведения станции такого размера, что требует наличия свободного места, как правило, на проезжей части автомагистрали города, выноса большого количества подземных коммуникаций и организации строительной площадки вокруг котлована на весь период строительства (не менее 4-х лет). На этот период нарушается нормальное функционирование городского транспорта и объектов инфраструктуры. Стоимость такого объекта – не менее 10 млрд. рублей за 1 км.

Известен способ и конструкция линий метрополитена, применяемая в Испании и внедренная в настоящее время в Москве с одним двухпутным тоннелем Дн/Дв=10,5/9,6 м и станциями открытого способа работ с боковыми платформами шириной до 7 метров, размещаемых в котлованах размером, ориентировочно, не менее 95х24х20(h), строительным объемом – 45600 м³ (без учета коридоров и лестничных спусков) [Линкишкин Г.В. Метрополитены Испании: особенности и технические преимущества. Ж. «Метро и тоннели» №5, 2012].

Недостатком способа является необходимость выполнения котлована для возведения станции такого размера, что потребует наличия свободного места, как правило, на проезжей части автомагистрали города, требует также выноса большого объема подземных коммуникаций и организации строительной площадки вокруг котлована на весь период строительства (не менее 4-х лет). На этот период нарушается нормальное функционирование городского транспорта и объектов инфраструктуры. Стоимость такого объекта – не менее 8,5 млрд. рублей за 1 км.

Известна конструкция линии метрополитена, в которой станция располагается непосредственно в тоннеле, а подвижной состав располагается в два яруса в тоннеле. По этой технологии возведены линии в г. Барселона, Испания. Недостатки предложенной конструкции и способа ее возведения, принятые в качестве прототипа, следующие: двухъярусное движение требует тоннель значительно большего диаметра (минимальный внутренний диаметр 11,6м); для перемещения пассажиров на поверхность и пересадку на другой ярус требуется выход за обделку; технология рассчитана на работу в скальных породах горным способом, что невозможно при работе в слабых неустойчивых обводненных породах. [Линкишкин Г.В. Метрополитены Испании: особенности и технические преимущества. Ж. «Метро и тоннели» №5, 2012].

.3. Сущность изобретения

3.1. Постановка технической задачи

Техническая задача – обеспечить возведение линий метрополитена (тоннелей и станций) закрытым способом в горизонтальной грунтовой выработке глубиной свыше 15 м минимального поперечного сечения, возводимых в сложных грунтовых условиях; снижение стоимости и трудоемкости работ, сокращение сроков строительства, расширение области применения в условиях слабых водонасыщенных грунтов, и снижение экологической нагрузки на окружающую территорию.

3.2. Результат решения технической задачи

Технический результат заключается в сокращении объема вскрываемого котлована, зоны влияния на близлежащие здания, сооружения и другие элементы инфраструктуры города, за счет того, что станция размещается в малогабаритном тоннеле диаметром 9,6 м.

Технический результат обусловлен тем, что предложена линия метрополитена, сооружаемая закрытым способом, при этом, станция располагается внутри тоннеля, между станциями расположены двухпутные участки, а в непосредственной близости от каждой станции с обеих сторон, располагаются стрелочные переводы, переключающие движение на один станционный путь, при этом обеспечиваются необходимые габариты посадочной платформы. В связи с тем, что станция размещается в малогабаритном тоннеле диаметром 9,6 м, значительно уменьшается объем вскрываемого котлована и зона влияния на близлежащие здания, сооружения и другие элементы инфраструктуры города.

Перечень чертежей

На фиг.1 представлен продольный разрез станции метрополитена;

на фиг.2 – разрез "1-1" по фиг.1;

на фиг.3 – разрез "2-2" по фиг.1;

на фиг.4 - разрез "3-3" по фиг.1;

на фиг.5 – разрез "4-4" по фиг.1;

на фиг.6 – технологическая схема движения составов при въезде (выезде) со станции

Условные обозначения на фигурах:

1 – подземная станция

2 – тоннель перегонный

3 – вестибюль надземный

4 – эскалаторы

5 – помещения служебные

6 – котлован

7 – коллектор коммуникационный

8 – перекрытие над коллектором

9 – платформа посадочная

10 – рельсовые пути

11 – труба дымоудаления

12 – стрелочный перевод

13 – состав вагонный

14 – проход эвакуационный

15 – обделка тоннельная

Поставленная задача решается за счет того, что предлагается строительство линии метрополитена, в том числе тоннели и станции, выполнять единым технологическим комплексом, позволяющим большинство работ выполнять закрытым способом, не нарушая жизнедеятельности предприятий и населения города.

Новое конструктивное решение (размещение станции метрополитена в двухпутном тоннеле) по сравнению с решениями, применяемыми в настоящее время в метростроении, имеет преимущества по многим причинам, главной из которых является сооружение станций закрытым способом с помощью механизированного тоннелепроходческого комплекса. Это решение – наименее затратное, обеспечивает необходимый пассажиропоток, практически не требует выноса подземных коммуникаций из зоны строительства, минимально нарушает сложившуюся инфраструктуру города. Наземные вестибюли при строительстве не требуют котлованов и позволяют создать оригинальные архитектурные решения. Стоимость сооружения 1 км готовой линии ориентировочно – 4,4 млрд. рублей. Аналог и прототип имеют техническую возможность перевезти до 60 тыс. пассажиров в час (для состава их 5 вагонов). Предлагаемый вариант имеет провозную способность – 31 тыс. пассажиров в час (до 40 тыс. в часы пик, для состава их 5 вагонов), что полностью обеспечивает потребности городов-миллионников. При этом достигается значительное сокращение затрат и времени строительства. В прототипе тягово-понизительные подстанции (ТПП) располагаются внутри станционного комплекса с выполнением монтажных и пуско-наладочных работ. В предложенном варианте ТПП выполняются и налаживаются в заводских условиях в виде модульных конструкций и монтируются на поверхности вблизи вестибюля.

Предложенный комплекс представляет собой участок линии метрополитена (фиг.1- 6), включающий подземную станцию 1, перегонные тоннели 2, надземный вестибюль 3, эскалаторные тоннели 4, подземные служебные помещения 5.

Предварительно в зоне проектной середины станции 1 по технологии «стена в грунте» выполняется ограждение котлована 6 ограниченного объема для строительства примыкания блока служебных помещений 5 и выхода к вестибюлю 3. Разработка грунта внутри ограждения котлована 6 производится после сквозной проходки тоннеля 2, при этом выполняется герметизация мест входа и выхода тоннеля через котлован методом инъекции. В дальнейшем производится разработка котлована с частичной разборкой тоннельной обделки 15, выполнением конструкций из монолитного железобетона, гидроизоляция с дальнейшей засыпкой и восстановлением проезжей части. Все работы по разработке, устройству конструкций и восстановлению проезжей части составляют не более 4 месяцев. Работы по устройству эскалаторов и надземного вестибюля 3 производятся за пределами проезжей части и не мешают нормальному движению транспорта.

Перегонный тоннель 2 сооружается механизированным проходческим комплексом по известной технологии закрытым способом. Тоннель проходит через котлован 6 в направлении следующей станции.

Внутри готового тоннеля устраивают коллектор 7 для коммуникаций, перекрытие 8 для прокладки рельсового пути и бетонируют платформу 9, затем укладывают рельсовые пути 10, причем в пределах станции прокладывают один путь, а на перегонах – два. В верхней части тоннеля подвешивают трубу 11 дымоудаления.

Предложенная новая конструкция станции метро и способ ее строительства, в отличие от прототипа, могут быть реализованы в различных инженерно-геологических условиях современным тоннелепроходческим комплексом. По предложению, пассажирские составы перемещаются по двухпутному тоннелю в одном ярусе и прибывают на станцию поочередно с двух встречных направлений движения (фиг.6). На станции 1 располагается один путь, а в тоннелях 2 располагаются стрелочные переводы 12 на расстоянии не менее 25 м от торцов станции.

Технологическая схема движения составов при въезде (выезде) со станции (см. фиг. 6).

1. Составы на станционный путь въезжают поочередно с каждого направления.

2. Перед каждым стрелочным переводом устанавливается светофор.

3. При нормальном цикле, время въезда на платформу с безопасного расстояния (не менее 400 м) со средней скоростью 24 км/ч, составляет: t/подъезда= 60 сек.

4. После остановки состава двери открываются с обеих сторон для одновременной посадки и высадки пассажиров. Необходимое время: t/остановки- 30 сек.

5. Перемещение поезда на безопасное расстояние (не менее 400 м) со средней скоростью 24 км/ч, составляет: t/отъезда= 60 сек.

6. Таким образом, цикл составляет: T/цикла=2 мин 30 сек. Через цикл производится поочередно подъезд составов со встречных направлений.

7. Цикл подачи составов одного направления составляет – 5 мин.

8. Количество составов, подающихся на станцию в обоих направлениях составляет – 24 состава в час или по 12 составов в час поочередно в каждом направлении.

9. В метрополитенах используются составы, состоящие из 5 и 8 вагонов. В каждый вагон в нормальном режиме максимально помещается 259 пассажиров (новая модификация вагонов – 330 пасс.), итого в составе из 5 вагонов - 1295 пассажиров (количество пассажиров может быть увеличено при применении новых типов вагонов на линии).

10. Итого, каждая станция может принять максимальный пассажиропоток равный 31 тыс. человек в час. В часы пик этот поток может быть увеличен до 40 тыс. человек в час.

Посадка-высадка пассажиров осуществляется на платформу 9, расположенную с одной стороны от состава 13.

Все вестибюли 3 выполняются наземными или подземными и соединяются с посадочными платформами 9 станций с помощью четырех современных эскалаторов 4. Все станции оборудованы специализированными лифтами для перемещения маломобильных групп населения.

На всю длину тоннеля выполнен герметичный коммуникационный коллектор 7, имеющий на каждом станционном комплексе соединение с поверхностью.

В случае возникновения чрезвычайной ситуации, эвакуация пассажиров на ближайшую станцию происходит по служебным платформам 14, расположенным по бокам тоннеля по всей длине между станциями, что обеспечивает минимальное время эвакуации и наивысшую безопасность. Дымоудаление производится адресно, в любом месте возгорания через автоматические клапаны, установленные с шагом 100 м в сквозной подвесной вентиляционной трубе 11, расположенной по расчету в своде тоннеля. Коллектор 7 оборудован отдельной приточно-вытяжной вентиляцией, освещением и дополнительными устройствами, обеспечивающими безопасность его эксплуатации.

Для обеспечения входа на станцию и эскалаторного спуска, на поверхности выполняется малогабаритный котлован (не более 10000 м3), огражденный «стеной в грунте», через который, до начала его разработки, осуществляется сквозная проходка станционного тоннеля, тоннелепроходческим комплексом.

Пример реализации способа и устройства при возведении линии метрополитена

Строительство линий метрополитена в условиях плотной городской застройки, как правило, вызывает необходимость частичного перекрытия движения транспорта на основных магистралях из-за производства больших объемов земляных работ, связанных с сооружением станционных комплексов открытого способа работ и выноса подземных коммуникаций, попадающих в зону раскопок, расположенных преимущественно на автомагистралях с интенсивным движением. Как правило, транспортные проблемы, в связи со строительством станций, продолжаются не менее трех-четырех лет.

Конструктивные решения изобретения позволяют разместить подземную станцию метро непосредственно в пределах внутреннего габарита строящегося тоннеля.

Ширина платформы, в зависимости от внутреннего диаметра тоннеля, составляет от 4 м (минимальная норма) до 5,3 м для диаметра тоннеля 9,6 м. Для наибольшего комфорта пассажиров и организации отдельного технологического коллектора 7 для прокладки коммуникаций, предпочтительно принимать внутренний диаметр – 9,6 м.

Тоннель возводят из высокоточной водонепроницаемой обделки с внутренним диаметром 9,6 м, закрытым способом, на глубине до 10 м от шелыги свода, что, как правило, ниже расположенных по трассе городских коммуникаций. Проходку осуществляют с помощью современного тоннелепроходческого комплекса с активным грунтопригрузом забоя, что позволяет осуществлять беспросадочную проходку в сложных гидрогеологических условиях. Гидроизоляция швов высокоточной обделки выполняется с помощью уплотнения из неопреновых каучуков.

Во внутреннем объеме пройденного тоннеля предусматривается размещение подземной станции, в том же объеме размещаются все остальное необходимое оборудование: водоотливные установки, системы вентиляции, средства управления движением, противопожарные системы и т. д.

Электроподстанции модульного типа заводского изготовления размещают на поверхности вблизи вестибюлей и примыкают к тоннелю через специальный коллектор, расположенный в котловане рядом с эскалаторами. При таком размещении, отпадает необходимость создания дополнительного дорогостоящего подземного объема для поэлементного монтажа электрооборудования, производства пусконаладочных работ, что требует значительных затрат труда и времени.

  Разработка котлована, из-за его малого объема, производится за короткое время, с дальнейшим восстановлением дорожного движения в срок не более 4-х месяцев. Для сравнения, при строительстве станций метрополитена открытым, объем котлована составляет не менее 80000 м³ грунта, а стройплощадка, расположенная, как правило, на проезжей части магистралей, функционирует до 4-х лет, создавая проблемы работе наземного городского транспорта.

Линия, отличается тем, что станции размещаются в малом габарите – 9,6 м, значительно уменьшается зона влияния на близлежащие здания, сооружения и другие элементы инфраструктуры города. Способ возведения линии отличается высоким уровнем механизации, снижением уровня трудоемких работ.

При сравнении предложенного нового конструктивного решения с технологиями, применяемыми в настоящее время в российском и мировом метростроении, очевидно его преимущество по многим причинам, главной из которых является сооружение станционных комплексов закрытым способом с помощью механизированного тоннелепроходческого комплекса в тоннелях с максимальным внутренним диаметром 9,6 м.

Новая конструкция станции при необходимости позволяет выполнять оборот подвижного состава на любой станции, при этом, дополнительных оборотных тупиков не требуется.

Изобретение относится к строительству, конкретно к конструкции линий метрополитена. Линия метрополитена в условиях городской застройки глубокого заложения включает двухпутный одноуровневый перегонный тоннель, рельсовые пути и станции с посадочными платформами в объеме тоннеля. Две пары рельсовых путей противоположного направления движения в перегонных тоннелях между станциями на расстоянии не менее 25 м от торцов каждой станции объединены с помощью стрелочных переводов в один путь, расположенный в пределах станции для движения вагонов обоих встречных направлений. Технический результат состоит в сокращении объема вскрываемого котлована, зоны влияния на близлежащие здания, сооружения и другие элементы инфраструктуры города, в связи с тем, что станция размещается в малогабаритном тоннеле диаметром 9,6 м. Согласно устройству линия метрополитена состоит из транспортного тоннеля и станций, причем в одном тоннеле размещены два пути и станции, причем в пределах станций имеется один путь и перроны, причем пути в тоннеле соединены с путем на станции стрелочными переводами. Согласно способу линия возводится тоннелепроходческим комплексом с кратковременным вскрытием котлована минимального объема для размещения вспомогательных помещений станций и эскалаторов, соединяющих с надземным вестибюлем. 6 ил.

Линия метрополитена в условиях городской застройки глубокого заложения, характеризующаяся тем, что включает двухпутный одноуровневый перегонный тоннель, рельсовые пути и станции с посадочными платформами в объеме тоннеля, отличающаяся тем, что две пары рельсовых путей противоположного направления движения в перегонных тоннелях между станциями на расстоянии не менее 25 м от торцов каждой станции объединены с помощью стрелочных переводов в один путь, расположенный в пределах станции для движения вагонов обоих встречных направлений.