Особенности строительства бакинского метро

Своеобразие методов, используемых при строительстве бакинского метро, определилось сложными инженерногеологическими условиями прокладки подземных магистралей города. Большое разнообразие пород, наличие обширных зон плывунных грунтов с высоким гидростатическим напором обусловили необходимость сооружения перегонных тоннелей, главным образом щитовым способом в сочетании с широким применением специальных методов, таких, как кессонная проходка, глубинное водопонижение, цементация. На отдельных участках эти методы использовались в комбинации. Творческое содружество ученых, проектировщиков и строителей помогало преодолевать трудности, разрешать возникавшие проблемы, успешно вести строительство.

На действующих линиях первой очереди Бакинского метрополитена общей протяженностью 18,54 км сооружено 12 станций. Для выявления геологических условий трассы в районе станции «28 апрел» была начата проходка опытного ствола шахты № 9, однако пройти его удалось только до глубины 29 м, так как дальше между слоями мягких суглинков залегал слой водоносных песков. Хотя толщина этого слоя составляла всего 1,5 м, преодолеть его не удалось, и во избежание просадок дневной поверхности работы пришлось остановить, а ствол затопить водой. Стало ясно, что небольшие прослойки водоносных песков обладают сильным гидростатическим напором, что они труднопроходимы и потребуют при строительстве применения специальных способов работ.

Из десяти шахтных стволов, предусмотренных проектом первой очереди и строящейся второй очереди метрополитена, шесть построены обычным способом, два — с применением искусственного замораживания грунтов и два — с искусственным водопонижением. Наземные вестибюли станций глубокого заложения сооружались при искусственном замораживании пород либо путем устройства котлованов с отводом воды. С применением искусственного замораживания грунтов построены также четыре эскалаторных тоннеля.


Перегонные тоннели между станциями «26 Бакы комиссары» и «28 апрел» пересекали мелкозернистые супеси, переслаивающиеся глинами и суглинками. Гидростатическое давление в мелкозернистых песках и супесях достигало 4,5 ати. Проходка на этом участке требовала применения специальных методов. Замораживание грунтов или укрепление их методом силикатизации не могли быть произведены из-за большой плотности городской застройки, а также из-за высокой стоимости работ. Сооружение тоннелей под сжатым воздухом при столь высоком давлении практически невозможно.

Предложение осуществить проходку, сочетая водопонижение с кессоном, было тщательно проверено путем опытных работ на местности и в лабораторных условиях. Сотрудники управления Бактоннельстрой, института Бакметропроект и Азербайджанского НИИ по добыче нефти впервые в практике строительства тоннелей в Советском Союзе создали и применили технологию работ по совмещению кессонной проходки с глубинным водопонижением.

Согласно этой технологии водопонижающие скважины располагаются по схеме в виде двух контуров. Скважины внутреннего контура предназначаются для глубинного водопонижения на участке, где тоннель сооружался под сжатым воздухом, а скважины внешнего контура кроме водопонижения служат для удаления воды, поступающей из водонасыщенных пластов. Такая схема расположения скважин обеспечила устойчивое водопонижение и позволила поддерживать в кессонах небольшое избыточное давление воздуха. Скорость проходки тоннелей достигла 80—110 пог. м в месяц. Способ проходки был оформлен как изобретение.

Не менее сложным оказалось строительство тоннелей между станциями «Бакы Совета» и «26 Бакы комиссары». Вода, поступающая в забой с большим притоком — до 100—120 м³/ч, вымывая песок, затрудняла работы в забое и создавала опасность просадки поверхности. Для предотвращения выноса песка был применен кессон, однако последовательно поднимаемое давление, доведенное до 2,5 ати, не приостановило притока воды и выноса песка. В связи с этим применили искусственное водопонижение, и давление удалось снизить до 1,5—1,7 ати.


Широкое использование специальных методов, таких, как кессонный, водопонижение, цементация грунтов и др., при щитовом способе сооружения тоннелей оказалось необходимым на участке между станциями «28 апрел» и «Низами». Тоннели проходили под одноэтажными и многоэтажными жилыми домами старой постройки густо застроенной части города. В этих условиях приходилось неоднократно видоизменять технологию проходческих работ.

По трассе, в основном под домами, располагалось большое количество старых заброшенных колодцев; о некоторых из них не было известно. При подходе к ним выработки через колодцы происходили прорывы сжатого воздуха на поверхность, сильно осложнившие нормальные условия производства работ. Выходы сжатого воздуха на поверхность наблюдались также через глубокие подвалы под домами. В ходе проходческих работ под давлением сжатого воздуха до 1,6 ати четырежды возникали аварийные ситуации вследствие крупных выбросов сжатого воздуха из тоннелей через неизвестные заброшенные колодцы. Для предотвращения повторения этого явления 82 колодца и несколько подвалов было забетонировано или заполнено цементным раствором.

В соответствии с проектом при общей протяженности участка 3860 пог. м кессонным способом предусматривалось соорудить 3232 пог. м при давлении сжатого воздуха от 0,7 до 2,3 ати. В несвязных породах на отдельных участках поднятие давления в кессоне увеличивало выход воздуха на поверхность. При этом осушения залоя не достигалось, а уменьшение давления приводило к образованию вывалов в тоннельном своде. Выходы воздуха на поверхность сопровождались выносом плывуна и образованием в отдельных случаях небольших воронок. Было принято решение предварительно снизить уровень грунтовых вод, а затем уравновесить остаточный гидростатический напор давлением сжатого воздуха.

Для обеспечения нормальной проходки на одном из участков тоннеля было пробурено 14 водопонижающих скважин, расположенных в один ряд по обе стороны от тоннеля в 15—20 м одна от другой. На другом участке в зоне несвязных и обводненных пород было пробурено 16 водопоппжающих скважин в два контура.


В результате успешного осуществления принятых технических решений, проведения ряда организационных мероприятий, постоянного совершенствования технологии строительства, повышения мастерства рабочих и инженерно-технических работников кессонная проходка, предусмотренная проектом на протяжении всего участка, была применена на длине 370 пог. м под проектным давлением, на длине 1596 пог. м — под давлением ниже проектного и на длине 45 пог. м — под давлением выше проектного, а 1221 пог. м тоннеля соорудили без применения кессона. Общая протяженность тоннелей первой очереди бакинского метро, построенных с применением специальных методов (сжатый воздух водопонижение), превышает 9 км.

На первой очереди строительства большие трудности были связаны с сооружением станций «Шаумян» и «Низами». Тоннели станции «Шаумян» строились в глинистых породах, выше которых располагался мощный слой плывунных грунтов с высоким гидростатическим давлением. Для обеспечения безопасной проходки было применено искусственное водопонижение. При строительстве наклонного хода станции выявилась необходимость ликвидировать поступление воды по прослойкам водоносных песков, что было достигнуто путём нагнетания цементного раствора в пласт водоносной супеси. Это было сделано с использованием технологии, применяемой в нефтяной промышленности, что позволило прекратить поступление воды в забой, успешно провести замораживание грунта и завершить проходку наклонного тоннеля.

Тоннели станции «Низами» сооружались в неоднородных водообильных породах при гидростатическом давлении до 4 ати, поступление воды достигало 300 м³/ч. Условия производства работ осложняло наличие над тоннелями заброшенных старых колодцев, через которые в тоннели поступала вода с выносом частиц породы. Путем нагнетания цементного раствора и укладки бетона и бутобетона было ликвидировано 40 таких колодцев.

Для участков, где своды тоннелей располагались на небольшой глубине от фундаментов зданий, группой инженеров Бактонпельстроя была предложена технология, позволявшая вести проходку тоннелей без усиления фундаментов зданий. Технология исключала переборы грунта, предусматривала заполнение цементно-песчаным раствором зазора между грунтом и обделкой в первом кольце от забоя. Отпала необходимость в выселении жителей домов.


Проходку вели при широком использовании водопонижения, закрытым способом, с применением щитов. Станции, оборотные устройства и тупики сооружались в открытых котлованах. В целях ускорения работ строительство станций осуществлялось в основном поточным способом.

На трассе второй очереди Бакинского метрополитена, на участке между станциями «Низами» — «Элмляр академиясы» — «Иншаатчылар», перегонные тоннели также сооружаются в исключительно сложных гидрогеологических условиях. На перегоне «Низами»—«Элмляр академиясы» обводненные породы, содержащие напорную воду и местами проявляющие плывунные свойства, требовали снижения напора грунтовых вод путем водопонижения и применения кессона с остаточным давлением более 2 ати. Одним из оптимальных решений явилось увеличение уклона трассы до 0,06, что дало возможность обеспечить ее прохождение в более благоприятных гидрогеологических условиях. Проектом предусмотрено применение кессонного способа в сочетании с водопонижением, для чего с поверхности земли пробурили около 130 водопонижающих скважин. Схема расположения скважин, расстояния между ними в ряду и между рядами были приняты на основе результатов опытно-производственного водопонижения, произведенного до начала основных работ на одном из участков перегона.

Опыт работы в сложных гидрогеологических условиях первой очереди строительства Бакинского метрополитена, внедрение разработанных организационных мероприятий позволили в настоящее время на перегоне «Низами» — «Элмляр академиясы» успешно вести бес-кессонную проходку обоих перегонных тоннелей протяженностью около 2 км с применением только глубинного водопонижения. На случай необходимости применения кессона в целях обеспечения безопасности работ в начале обоих тоннелей смонтировали шлюзовые камеры. Для повышения безопасности проходческих работ, производимых без применения кессонного способа в столь сложных гидрогеологических условиях, щиты в верхней части ножевого кольца оборудовали опережающими защитными козырьками длиной 0,5 м. Козырьки предварительно залавливались в грунт на 0,5 м, т. е. на величину очередной заходки. При этом не допускалось отставания первичного нагнетания цементно-песчаного раствора за обделку.

Крутой уклон перегонных тоннелей столь большой протяженности, не встречавшийся в практике отечественного метростроения, обусловливает дополнительные трудности при выполнении откаточных, маневровых и других работ. Для их безопасности подвижной состав (вагонетки, тюбинговозы, тележки с оборудованием для нагнетания раствора и т. п.) оборудовались специальными стопорами и тормозными башмаками.


В 1963—1964 гг. на строительстве Бакинского метрополитена впервые в системе Главтоннельметростроя на участках перегонных тоннелей диаметром 5,5 м начали применять унифицированную сборную железобетонную обделку из блоков сплошного сечения с кольцевыми стыками без связей. К преимуществам этой обделки относятся высокая экономичность, трещиностойкость и простота конструкции. В 1963 г. на Всесоюзном общественном смотре качества строительства и на Всесоюзном конкурсе на лучшее строительство по экономичным проектам эта конструкция была удостоена дипломов Госстроя СССР.

На участках перегонных тоннелей мелкого заложения первой и второй очередей бакинского метро широкое применение получила унифицированная сборная железобетонная обделка со связями из блоков ребристого сечения. Для участков камер съезда диаметром 10,5 м типовая конструкция, состоящая из железобетонного лотка, монолитных бетонных стен и опирающихся на них сводов из чугунных тюбингов, была заменена полносборной конструкцией.

В сопряжениях наклонных тоннелей со станционными взамен дорогостоящих веерных тюбингов использовалась разработанная Бакметропроектом конструкция, состоящая из фигурного углового кольца диаметром 8,5 м, тюбинги которого были изготовлены на бакинских заводах. В Бактоннельстрое создан и внедрен метод параллельного сооружения тоннелей и демонтажных (перегонных и станционных) щитовых камер. Этот метод, получивший название бакинского, значительно снижает трудовые затраты и повышает темп работ.

Впервые в системе Главтоннельметростроя на строительстве Бакинского метрополитена были широко применены новые оклеечные рулонные битумизированные гидроизоляционные материалы на стеклосетчатой основе стеклорубероид и стеклобит взамен ранее применявшегося оклеенного рулонного материала гидроизол на битумной мастике.

Стеклорубероид или стеклобит приклеивают без мастик, огневым способом, оплавляя покровный слой пламенем газовых горелок. Это позволило значительно повысить качество гидроизоляции, коренным образом улучшить условия труда рабочих-изолировщиков, повысить безопасность и культуру труда, увеличить по сравнению с использованием традиционной оклеенной гидроизоляции производительность труда в 2 раза и снизить стоимость на 20%. На строительстве станций открытого способа работ, а также перегонных тоннелей было уложено более 260 тыс. м² изоляции из стеклорубероида, при этом достигнуто снижение трудозатрат на 2200 чел.-дн.

На участке мелкого заложения в целях ускорения контрольного нагнетания раствора за обделку и снижения трудозатрат применили цементировочный агрегат ЦА320М, работающий с цементосмесительной машиной 2СМ. Это обеспечило непрерывное механическое приготовление раствора требуемой консистенции, транспортировку его по трубопроводам в тоннель и одновременное нагнетание сразу в несколько инъекторов (сопел), в определенном порядке установленных в отверстиях блоков обделки. Раствор быстро распределялся на большое расстояние, заполняя пустоты и трещины в окружающей породе. Вокруг обделки создался массив укрепленной цементом породы и хорошо уплотненный водонепроницаемый цементный слой.

Цементировочный агрегат ЦА320М в комплексе с цементосмесительной машиной 2СМ применили и на участке перегонных тоннелей глубокого заложения. Для обеспечения его работы в этих условиях использовали пробуренные ранее по трассе скважины, через которые в тоннель опустили трубы для нагнетания по ним цементного раствора. Применение агрегата позволило в 10 раз сократить время на нагнетание раствора на 1 пог. м тоннеля, полностью механизировать технологический процесс и в 8 раз снизить трудозатраты по сравнению с использованием насосов НКН.

Используя богатый опыт работы в сложных гидрогеологических условиях, осваивая и широко внедряя передовые технологические процессы, новые строительные материалы и конструкции, высокопроизводительные машины, механизмы и оборудование, более совершенные формы организации труда, бакинские метростроители добиваются повышения эффективности строительного производства.