Строительство метрополитена в условиях высокой сейсмичности

Современный Ташкент — многонациональный город с населением около 2 млн. человек, крупнейший промышленный, научный, учебный и культурный центр Советского Узбекистана. Жилищное, культурно-бытовое и коммунальное строительство осуществляется здесь преимущественно на новых территориях. Многие заводы и фабрики перенесены на окраины. В последние годы площадь города возросла почти вдвое. Оптимальным решением транспортных проблем в этих условиях было признано строительство метрополитена, проектирование которого началось в 1971—1972 гг.

Ташкентский метрополитен — первый метрополитен в Средней Азии. Это сооружение поистине уникальное по своим технологическим особенностям. Оно возводилось в сложных инженерно-геологических и сейсмологических условиях. Впервые в практике метростроения пришлось решать задачи сейсмостойкости конструкций станций и перегонных тоннелей, проходящих в сильно увлажненных лессовых породах.

Город расположен в районе с расчетной сейсмичностью, равной 9 баллам, поэтому конструкции станций и перегонных тоннелей, выполненные из сборного и монолитного железобетона, необходимо было рассчитать не только на восприятие постоянных и временных нагрузок, но и на действие инерционных сил движения породы в момент землетрясения. Большая часть района трассы представлена лессовидными суглинками, отличительная особенность которых — высокая просадочноеть.

Сооружение Ташкентского метрополитена было начато в 1972 г. небольшим коллективом тоннельного отряда № 2. В 1975 г. был организован трест Ташметрострой. С начала строительства линии закрытым способом пройдено более 15 км перегонных тоннелей, сооружаемых при разработке забоя на полный профиль механизированной щитовой проходкой и немеханизированной проходкой под защитой металлической крепи с монтажом сборной обделки механическим укладчиком. Как показал опыт, наименее пригодным в условиях Ташкента оказался механизированный способ проходки, с применением которого сооружено всего около 10% общей протяженности тоннелей. Получивший в настоящее время широкое распространение, он оказался неприемлемым для увлажненных лессовых пород из-за явления тиксотропии, впервые встретившегося в отечественной практике метростроения.


В результате вибрации тяжелого щита в процессе работы происходит разжижение грунта, который выдавливается в пространство между оболочкой щита и породой. При развитии тиксотропного разжижения слабых лессовых грунтов их прочностные характеристики, неизбежно ухудшались. Щит опускался ниже проектной отметки, и лишь дорогостоящие меры позволяли вести проходку, скорость которой была в 4 раза ню^е расчетной. В описанных условиях немеханизированные способы оказались более эффективными в отношении как скорости проходки перегонных тоннелей, так и соответствия фактического положения сооружения проектному.

12 станций и два из 11 перегонов первой линии Ташкентского метрополитена сооружались открытым способом в котлованах со свайным креплением стенок или с откосами. Учитывая физико-механические свойства лессовых пород, наличие в основании, сооружения грунтовых вод, возможность потери несущей способности лессовидных суглинков при увлажнении, крутизну откосов котлованов принимали равной 1:0,5. Это привело к увеличению объема разрабатываемого грунта на 25% по сравнению с подобными условиями строительства, но обеспечило достаточно надежное проведение строительных работ.

Особые условия района строительства (высокая расчетная сейсмичность, просадочные грунты, сухой жаркий климат) существенно повлияли на инженерные решения. Определяющим оказалось обеспечение сейсмостойкости и непросадочности конструкций. При выборе расчетных схем приняты конструкции с жесткими узлами сопряжений элементов в уровнях перекрытия и лотка. Предусмотрено максимальное использование сборных конструкций, связанных непрерывными продольными сейсмопоясами в пределах участков, разделенных деформационными швами. Последние, совмещенные в продольном направлении по трассе с антисейсмическими швами, позволяют получить жесткоподатливое напряженное подземное сооружение, способное воспринимать действие сейсмических сил и одновременно взаимодействовать с грунтовыми массивами при их колебаниях.

Из 12 станций первой линии четыре запроектированы односводчатыми, семь — колонного типа из сборных элементов заводского изготовления и одна — центральная станция «Площадь Ленина» — колонного типа в сборно-монолитном исполнении. К конструктивным особенностям станций колонного типа, обусловленным требованиями сейсмостойкости, относятся монолитная железобетонная плита основания — лоток, сборные стены, колонны и перекрытия, связываемые на участке между деформационными швами продольными сейсмопоясами. Односводчатые станции сооружаются из монолитного железобетона с применением передвижной металлической опалубки. Конструкция таких станций представляет собой свод переменного сечения с уширенной посередине пятой и затяжкой, роль которой выполняет лотковая плита.


Перегонные тоннели закрытого способа работ сооружают со сборно-монолитной железобетонной обделкой, состоящей из отдельных блоков сплошного сечения со скошенными углами, из которых выведены петли. Последние в процессе монтажа объединяют между собой И омоноличивают с тем, чтобы придать стыку роль антисейсмической связи в сборной конструкции. Обделка перегонных тоннелей открытого .способа работ первоначально выполнялась из монолитного железобетона, однако большая трудоемкость и металлоемкость вызвали поиск более индустриальных решений. Наиболее эффективной оказалась конструкция цельносекционной обделки в виде объемных железобетонных блоков заводского изготовления. Применение таких блоков на участках тоннелей общей протяженностью 5 км обеспечило значительное снижение трудовых затрат и сокращение продолжительности строительства. Сборность конструкций на объектах Ташкентского метрополитена составила 50—60%.

При строительстве метрополитенов в районах высокой сейсмичности за рубежом решение вопросов сейсмостойкости шло в основном по пути увеличения массивности сооружений, выполняемых из монолитного железобетона. Однако эта тенденция не соответствует современному отечественному подходу к строительству, снижает степень индустриальности сооружений, ведет к увеличению трудозатрат. Результатом содружества наших метростроителей и проектировщиков стало создание нового типа сейсмостойкой конструкции станции открытого способа работ, сооружаемой индустриальными методами из крупноразмерных элементов, прочно соединяемых между собой армированными и омоноличенными стыками.

Конструкция станции включает островную платформу шириной Юме двумя рядами колонн, расположенными в продольном направлении с шагом 6 м, а в поперечном — с шагом 5,9 м. Внутренний размер среднего и боковых залов принят по утвержденному типовому проекту института Метрогипротранс. Для уменьшения продольного сейсмического воздействия конструкция разделена поперечными сейсмическими деформационными швами, расположенными по границам средней трети платформенной части и на сопряжениях с вестибюлями. Восприятие поперечного воздействия сейсмических волн обеспечивается жесткой рамой, состоящей из элементов заводского изготовления, соединенных между собой узлами омоноличивания.


Основная несущая конструкция станционной обделки, включая платформу,— полностью сборная, из укрупненных железобетонных элементов, с семью типоразмерами, полного заводского изготовления. В новом решении станций монолитный железобетон предусмотрен только для омоноличивания стыков в местах сопряжения элементов. Объем такого бетона составляет всего 11% общего объема конструкции. Станционная обделка, собранная из крупноразмерных железобетонных блоков, омоноличенных в единую прочную пространственную конструкцию, благодаря уменьшению количества стыкуемых элементов обладает большой сопротивляемостью сейсмическим воздействиям.

Архитектура станций ташкентского метро отличается выразительностью, лаконизмом, национальным колоритом.

В процессе строительства перегонных тоннелей закрытого способа работ с сейсмостойкой обделкой из отдельных блоков, стыки которых выполняют роль сейсмоузлов, выявились недостатки этой обделки, а также трудности в достижении проектных скоростей проходки тоннелей. Встала задача разработки такой конструкции сейсмостойкой обделки перегонных тоннелей, при которой исключался бы мокрый процесс омоноличивания сейсмоузлов. Предложены варианты новой обделки. Предстоят исследовательская работа, опробование вариантов на практике, а затем и внедрение новой обделки в массовое производство.

Ташкентские метростроевцы впервые решили задачу возведения обделки, обжатой в породу и монтируемой при помощи блокоукладчйка. Отечественный и зарубежный опыт применения обжатых обделок относится к проходке тоннелей механизированными щитами. Особую сложность вызвала необходимость тщательной обработки контура выработки для достижения проектного очертания и обеспечения возможности качественного монтажа сейсмостойкой железобетонной обделки, обжимаемой в породу.


Внедрение обделки, обжатой в породу, в условиях строительства Ташкентского метрополитена позволило как реализовать известные ее преимущества, так и выявить новые, связанные со спецификой района строительства. Так, при возведении подобной обделки устраняются первичное нагнетание за конструкцию, поступление воды за обделку, что могло бы привести к нарушению устойчивости лессового грунта.

Впервые задача возведения обделки, обжатой в породу, при горном способе проходки на перегоне между станциями «Пахтакор» — «Площадь Ленина» была решена строительно-монтажным управлением № 1 (начальник Г. Я. Штерн). Эффект применения обделки на участке длиной 230 пог. м выявился в следующих показателях: трудозатраты уменьшились на 756 чел.-дн., сэкономлено 69 т цемента и 183 т песка. Применение обделок, обжатых в породу, увеличивает скорости проходки перегонных тоннелей с помощью блокоукладчйка и щитов. Первоочередная задача — разработка и внедрение облегченного механизированного щита для условий Ташкента, т. е. для проходки в слабых водонасыщенных просадочных грунтах.

Высокая эффективность и хорошие показатели проходческих работ достигаются благодаря подготовке квалифицированных кадров строителей. Так, высокая квалификация маркшейдеров позволила вести проходку тоннелей необходимыми темпами, производить сбойку тоннелей с высокой точностью.

В процессе проектирования и строительства Ташкентского метрополитена конструкторы и строители разработали новые технические решения, ряд которых признан изобретениями и рационализаторскими предложениями. Их внедрение позволило снизить стоимость строительства на 2 млн. руб. и сдать первую линию ташкентского метро в эксплуатацию с отличной оценкой.

В тоннелях Ташкентского метрополитена оборудованы инженерно-сейсмические станции, что дает возможность изучать поведение подземных сооружений во время землетрясений (за два года эксплуатации метро произошло 24 землетрясения, некоторые интенсивностью до 6 баллов). Никаких повреждений и деформаций тоннельных конструкций не обнаружено. Можно сказать, что разработанные, внедренные в производство и проверенные практикой эксплуатации новые инженерные решения применимы и в других сейсмоактивных районах со сложными специфическими условиями строительства.

Годы сооружения Ташкентского метрополитена — годы напряженного труда, побед и преодоления трудностей — сплотили коллектив ташкентских метростроевцев. 22 апреля 1980 г. трест Ташметрострой рапортовал о досрочном выполнении пятилетнего плана к 110-й годовщине со дня рождения В. И. Ленина. По результатам Всесоюзного социалистического соревнования тресту начиная с 1978 г. шесть раз подряд присуждалось переходящее Красное знамя Министерства транспортного строительства СССР. В 1979 г. тресту присуждено переходящее Красное знамя Узбекской ССР, как одному из лучших строительных подразделений, успешно выполнивших задание года.

Среди лучших бригад, работающих по методу бригадного подряда, можно назвать бригады И. С. Лысоко, Г. Б. Люстера, 3. Абдуллаева и многих других. В числе передовых рабочих треста — Виктор Маглев, Леонид Токарчук, Петр Клименков, Константин Авласевич, Надежда Богоявленская. Ташкентские метростроевцы влились в дружную семью советских метростроевцев. В нелегких условиях создают они для своего родного города сеть высокоэффективных скоростных подземных магистралей.