Инженерные изыскания в тоннелестроении

Инженерно-геологические изыскания. Особенностью тоннель­ных сооружений является взаимодействие их с окружающим грун­товым массивом, свойства которого оказывают существенное вли­яние на выбор трассы тоннеля, глубины заложения, конструкций и способов производства работ.

Инженерно-геологические изыскания представляют собой ком­плекс различных работ, которые выполняют последовательно в несколько этапов.

Вначале производят рекогносцировку местности, используя существующие архивные данные, характеризующие топографи­ческие, геологические и гидрогеологические условия района стро­ительства.

После этого проводят крупномасштабную инженерно-геоло­гическую съемку места расположения тоннеля, которая включает в себя изучение рельефа и геологического строения грунтового массива, возраста и классификационных признаков грунтов, ре­жима подземных вод и газов.

При этом используют как наземные методы съемки, так и аэро­фотосъемку с последующим инженерно-геологическим дешиф­рированием снимков.

Для особо крупных транспортных тоннелей в последнее время применяют космическую съемку, которая позволяет установить зоны разломов земной коры, зафиксировать проявление разли­чных физико-геологических процессов и явлений.

По материалам съемки составляют инженерно-геологическую карту, которую используют при проектировании вариантов трас­сы тоннеля.

По выбранному варианту трассы тоннеля проводят геолого-техническую разведку с лабораторными исследованиями физико-

механических свойств грунтов и физико-химических свойств под­земных вод.

Инженерно-геологические изыскания в тоннелестроении осу­ществляют различными методами. Основным методом изысканий является разведочное бурение.

Вертикальные разведочные скважины диаметром 75...300 мм забуривают по трассе будущего тоннеля вдоль его оси через 150...200 м, а также в поперечном от оси направлении. Глубину забуривания скважин устанавливают с учетом их заглубления на 8... 10 м ниже подошвы тоннеля или врезки на 2... 3 м в водоупор­ный грунт.

Скважины подразделяются на геологические, из которых про­изводят отбор проб грунта с последующим исследованием в лабо­ратории, и гидрогеологические, предназначенные для определе­ния мощности водоносных горизонтов, уровней подземных вод и фильтрационных свойств грунтов.

Наряду с вертикальными устраивают горизонтальные разве­дочные скважины, забуривая их на длину до 300... 500 м со сторо­ны порталов тоннеля, из шахтных стволов или из вспомогатель­ных подземных выработок.

Помимо разведочного бурения для непосредственного изуче­ния инженерно-геологических условий по трассе тоннеля приме­няют проходку разведочных выработок: шурфов, штолен, шахт­ных стволов, пилот-тоннелей.

В тех случаях, когда разведочное бурение в полном объеме и проходка вспомогательных выработок по каким-либо причинам (большая глубина заложения, плотная застройка, густая сеть под­земных коммуникаций) оказываются невозможными или эконо­мически нецелесообразными, разведочное бурение применяют в сочетании с геофизическими методами разведки.

Геофизические методы разведки: электрометрия, сейсмомет­рия, радиоактивная, акустическая, ультразвуковая разведка — основаны на косвенном изучении строения грунтового массива путем регистрации физических явлений в различных грунтах.

Для уточнения геологических условий по трассе тоннелей в ряде случаев применяют статическое и динамическое зондиро­вание.

Все материалы, полученные в результате рекогносцировки, крупномасштабной съемки и геолого-технической разведки под­вергают камеральной обработке. В лабораториях исследуют свой­ства грунтов и подземных вод, изучают минералогический, хими­ческий и механический состав грунтов, определяют расчетные показатели их физико-механических свойств.

Данные инженерно-геологических изысканий служат исход­ным материалом при проектировании и строительстве тонне­лей.

Инженерно-геодезические изыскания и геодезическо-маркшей-дерские работы. Для правильного месторасположения и направ­ления тоннеля, а также для соблюдения проектных размеров по­перечного сечения подземной выработки выполняют инженерно-геодезические изыскания и геодезическо-маркшейдерские рабо­ты, от точности которых во многом зависит качество сооружения тоннеля.

Геодезическо-маркшейдерские работы проводят на стадиях изыскания, проектирования и строительства тоннеля. Они вклю­чают в себя геодезические работы на поверхности земли, работы по ориентированию подземных выработок и подземные (марк­шейдерские) работы.

Геодезические работы на поверхности земли начинаются с то­пографической съемки местности, которая производится как на­земными методами инженерной геодезии (мензульная, тахеомет­рическая, теодолитная, фототеодолитная, нивелирная съемка), так и аэрофототопографическими методами (стереотопографиче-ская или комбинированная съемка). В результате съемки получают планы местности в масштабе 1:10000... 1: 500.

В последнее время топографические планы зашифровывают в виде цифровой модели местности. Заложенные в ЭВМ основные данные могут быть представлены в аналитическом или графоана­литическом виде и использоваться на различных этапах инженер­но-геодезических изысканий.

В соответствии с полученным планом местности назначают ориентировочные варианты трассы тоннеля, по которым созда­ется наземная плановая геодезическая основа — триангуляцион­ная сеть и основная полигонометрия между пунктами триангу­ляции.

Высотная геодезическая основа создается геометрическим ни­велированием IV разряда при длине тоннеля менее 1 км и III разряда при длине тоннеля более 1 км с привязкой к реперам и маркам государственных нивелировок.

После создания наземной планово-высотной геодезической основы проектируют трассу тоннеля, которая должна быть пере­несена в строящееся подземное сооружение.

Ориентирование тоннеля заключается в перенесении с по­верхности земли направления и координат опорных точек. При проходке на сбойку коротких и расположенных на прямой тон­нелей ориентирование осуществляют путем провешивания оси тоннеля.

Перенос высотных отметок в тоннель через порталы осуществ­ляют продолжением наземного нивелирования.

При проходке тоннелей через шахтные стволы ориентирова­ние выполняют способом створа двух отвесов или способом со­единительных треугольников.

Оба этих способа основаны на опускании в ствол шахты двух отвесов с заранее установленных инструментальным путем и зак­репленных точек.

В последнее время находит применение способ гироскопиче­ского ориентирования, основанный на использовании специаль­ных приборов — гиротеодолитов с ручным или автоматическим слежением. Этот способ дает возможность с большой точностью определять азимут любого направления непосредственно в под­земной выработке без передачи дирекционных углов с поверхно­сти земли через шахтный ствол.

Передача высотных отметок через шахтный ствол осуществля­ется одновременным отсчетом по компарированной ленте двумя нивелирами, один из которых устанавливают на поверхности зем­ли, а другой — в подземной выработке.

Подземные геодезические работы заключаются в создании в тоннеле планово-высотной геодезической основы, наличие кото­рой дает возможность выносить ось тоннеля, обеспечивать точный контур проходимой выработки, устанавливать проектное положе­ние обделки, вести по трассе щиты.

Плановой основой в тоннеле служит подземная полигономет-рия, которую прокладывают «висячими» ходами от порталов, штолен или шахтных стволов по мере проходки выработки.

Высотная основа в тоннеле создается прокладкой ходов техни­ческого нивелирования, совпадающих с ходами подземной поли-гонометрии.

Опорные точки плановой и высотной подземной основы зак­репляют на контуре выработки или на элементах временной и постоянной крепи тоннеля.

Вынос продольной оси тоннеля с точностью до +5 мм осуще­ствляют при помощи отвесов, откладывая от полигонометриче-ских знаков расстояния до оси, вычисленные аналитически. На криволинейных участках трассы продольную ось тоннеля разби­вают по хордам или секущим.

По окончании проходки тоннеля оценивают, насколько то­чно выполнена сбойка встречных забоев: для автодорожных тон­нелей расхождение в плане не должно превышать +100 мм, в профиле — +50 мм.

В настоящее время при строительстве тоннелей геодезическо-маркшейдерские работы выполняют с применением новейших средств электроники, автоматики и вычислительной техники.

Инженерно-экологические изыскания. Для оценки текущего со­стояния и прогнозирования изменений окружающей среды, выз­ванных строительством и эксплуатацией тоннелей, по трассе по­следних проводят инженерно-экологические изыскания и иссле­дования, на основании которых разрабатывают природоохранные меры.

В состав изысканий входят сбор и обработка экологической информации, рекогносцировка местности, разведочные работы, натурные и лабораторные геоэкологические исследования атмос­ферного воздуха, грунтовой среды, поверхностных и подземных вод, радиационной обстановки, вредных физико-химических воз­действий.

Рекогносцировку местности выполняют вдоль трассы тонне­лей и на прилегающей территории в полосе 300...500 м. При этом выявляют расположение промышленных предприятий, свалок, нефтехронилищ, отстойников, АЗС и других источников загряз­нения окружающей среды и объектов повышенной опасности. Кроме того, составляют схемы расположения объектов, имеющих историческую и культурную ценность, скверов, парков и зон от­дыха, медицинских и детских учреждений.

В процессе рекогносцировки местности фиксируют видимые де­формации земной поверхности, зданий и сооружений, поврежде­ния наземных и подземных коммуникаций, а также внешние про­явления природно-техногенных процессов (карстово-суффозион-ные воронки, оползневые зоны, подтопляемые территории и т.п.).

Разведочные работы, выполняемые в составе или в комплексе с инженерно-геологическими изысканиями, включают в себя проходку штолен, шахтных стволов, шурфов, а также геофизи­ческие исследования.

Опробование атмосферного воздуха осуществляется по всей трассе тоннеля, а также в местах расположения порталов и проек­тируемых пунктов выброса воздуха из тоннелей. Степень химиче­ского загрязнения грунтов выявляют по концентрации каждого загрязняющего компонента, а также по суммарному показателю химического загрязнения.

Оценку загрязненности поверхностных и подземных вод осу­ществляют по результатам гидрохимических исследований.

Радиационная обстановка оценивается по данным радиацион-но-экологических исследований, которые включают в себя изме­рение гамма-фона на территории строительства, степени радио­активности грунтов на полную глубину заложения тоннеля, ради­ационных характеристик водоносных горизонтов.

Оценка вредных физико-химических воздействий предусмат­ривает прогнозирование запыленности атмосферы, уровней шума и вибрации при работе тоннелестроительных машин и механиз­мов, а также эксплуатационного оборудования, электромагнит­ных полей и др.

На основе анализа данных инженерно-экологических изыска­ний разрабатывают рекомендации по минимизации нарушений окружающей среды, а при необходимости — по организации ло­кального экологического мониторинга в процессе строительства и эксплуатации тоннеля.

Контрольные вопросы

1. По каким признакам классифицируют тоннели?

2. Какие требования предъявляют к плану и продольному профилю
автодорожных тоннелей?

3. От каких факторов зависит пропускная способность автодорожных
тоннелей?

4. Какие входы и выходы имеют пешеходные тоннели?

5. Каковы основные этапы инженерно-геологических исследований в
тоннелестроении?

6. Какие методы геолого-технической разведки применяют в тонне­
лестроении?

7. Каковы цели и задачи инженерно-экологических изысканий?

ГЛАВА 28

Дата добавления: 2015-08-17