Способ строительства многоэтажных подземных сооружений в сложных инженерно-геологических условиях

Авторы патента:

E02D29/045 - подземные сооружения, например туннели или выработки, сооружаемые открытым способом или способами, включающими вскрытие поверхности земли по всей длине выработки; способы их сооружения

Владельцы патента RU 2417285:

ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" (RU)

Изобретение относится к строительству подземных сооружений в сложных инженерно-геологических условиях и в условиях существующей застройки в мегаполисах. Способ строительства многоэтажных подземных сооружений в слабых водонасыщенных грунтах в районах существующей застройки, включающий устройство вертикальных стен, устройство междуэтажных перекрытий и последующее удаление грунта из котлована, отличается тем, что положение вертикальных стен надежно фиксируется в нижней их части бетонной диафрагмой, уложенной на дно котлована без выемки грунта; в верхней части вертикальные стены фиксируются распределительными балками, уложенными на грунтовое основание на отметке верхнего перекрытия сооружения по внешнему контуру котлована, и рамой, уложенной по внешнему контуру котлована на грунтовое основание также на отметке верхнего перекрытия; распределительные балки, в свою очередь, поддерживаются системой горизонтальных продольных и поперечных балок, которые монтируются на уровне перекрытия, после чего грунтовая масса удаляется из котлована до отметки перекрытия нижерасположенного этажа; на уровне нижерасположенного этажа также производятся аналогичные технологические операции по устройству распределительных балок и системы продольных и поперечных балок, поддерживающих распределительные балки; после чего грунтовая масса удаляется до уровня перекрытия следующего ниже этажа и все технологические операции повторяются; окончательно грунтовая масса удаляется из котлована до диафрагмы, закрывающей дно котлована, после чего производится выравнивание поверхности диафрагмы и монтаж перекрытий, в порядке «снизу-вверх». Технический результат состоит в обеспечении повышенной надежности всех элементов конструкции и сооружения в целом. 2 ил.

Изобретение относится к области строительства, а точнее к способам строительства подземных сооружений в сложных инженерно-геологических условиях и в условиях существующей застройки в мегаполисах, но может быть также использовано для строительства транспортных тоннелей неглубокого заложения, транспортных развязок, каналов, водоводов и т.п.

Известен котлованный способ строительства подземных сооружений (А.Н.Драновский, А.Б.Фадеев. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве, стр.52, Изд. Казанского университета, 1993 г.).

Наряду с известными достоинствами котлованного способа такими, как возможность применения комплексной механизации с использованием крупногабаритного оборудования и другими, способ обладает рядом существенных недостатков, которые могут проявиться при строительстве в слабых водонасыщенных грунтах. Прежде всего, стенки котлована при его откопке могут обрушиться до установки шпунтового ограждения, поскольку слабые плывунные грунты даже при небольшом механическом воздействии на них подвергаются расструктуриванию и начинают «плыть», что вызывает не только деформации стен котлована, но и значительные осадки окружающей территории и может явиться причиной разрушения близрасположенных зданий и сооружений.

Более того, в случае расположения котлована в непосредственной близости каких-либо водоемов возможен прорыв воды через дно котлована, что по своим масштабам может стать катастрофой.

Способ опускного колодца также может применяться для строительства подземных сооружений (А.Н.Драновский, А.Б.Фадеев. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве, стр.63, Изд. Казанского университета, 1993 г.), но область применения конструкций этого типа ограничена их размерами и, кроме того, опускные колодцы не могут применяться как заглубленные транспортные магистрали. Высокий уровень грунтовых вод или наличие близлежащих водоемов может стать причиной затопления колодца до окончания работ, откачка воды в таком случае нежелательна из-за суффозии, что может вызвать осадки существующих зданий. Кроме всего, слабые грунты в современных мегаполисах крайне неоднородны из-за наличия крупнообломочных техногенных включений, что может сделать применение опускного колодца невозможным.

Известно также строительство подземных сооружений способом «стена в грунте» (А.Н.Драновский, А.Б.Фадеев. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве, стр.121, Изд. Казанского университета, 1993 г.). Однако данный способ невозможно применять в грунтах, которые в условиях существующей застройки, как правило, изобилуют крупноразмерными техногенными конгломератами в сочетании с плывунами (А.Н.Драновский, А.Б.Фадеев. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве, стр.122, Изд. Казанского университета, 1993 г.). Кроме того, устойчивость стен в слабых плывунных грунтах является трудноразрешимой задачей, так как, например, грунтовые анкеры не могут быть использованы. Различные распорки и подкосы, в таких условиях, также малоэффективны. Следует отметить, что опирание нижней части стены на слабое грунтовое основание также ненадежно.

Искусственное замораживание грунтового основания, образованного слабыми плывунными грунтами, не решает перечисленных проблем, поскольку возможно пучение грунтов с последующими значительными и непредсказуемыми осадками (Б.И.Далматов. Проектирование и устройство фундаментов около существующих зданий. Ленинградский дом НТП, Л., 1976 г., стр.27-28).

Известны также способы строительства заглубленных в грунтовое основание сооружений, которые применяются, в основном, на больших глубинах с использованием специального оборудования и специальной крепи для создания транспортных тоннелей (А.Н.Драновский, А.Б.Фадеев. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве, стр.19).

Известна также разработка последнего времени (Патент RU 239767 C2, опубликовано 27.11.2008. Бюл. №33. Способ сооружения тоннеля под железнодорожной насыпью, авторы: Мангушев Р.А. и др.). Предложенный способ производства работ основан на том, что первоначально устанавливается крепление стен тоннеля, а затем из образованного контура извлекается грунт и производится отделка внутренней поверхности тоннеля, что позволяет выполнять транспортные развязки без остановки движения транспорта по основной магистрали: однако указанный способ связан с большими затратами и применение его оправдано преимущественно по прямому назначению, вместе с тем, принцип, заложенный в основу упомянутого технического решения, может быть использован для разработки новых эффективных способов строительства подземных сооружений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ строительства подземных сооружений по технологии «сверху-вниз» (А.Н.Драновский, А.Б.Фадеев. Подземные сооружения в промышленном и гражданском строительстве, стр.164). Сущность способа заключается в том, что стены подземного сооружения раскрепляются междуэтажными перекрытиями по мере откопки котлована, начиная с отметки верхнего перекрытия и заканчивая устройством днища.

Однако в слабых плывунных грунтах указанный способ строительства не обеспечивает в полной мере безопасного производства работ, так как стены котлована в своей нижней части надежно не зафиксированы, а через дно возможен прорыв грунтовых вод и также возможно полное затопление котлована из близрасположенных водоемов, что может привести не только к разрушению котлована, но и к значительным осадкам грунтового основания, что создаст аварийную ситуацию для существующих зданий, расположенных около котлована.

Таким образом, основной задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ строительства подземных сооружений, является обеспечение повышенной надежности всех элементов конструкции и сооружения в целом.

Предлагаемый способ строительства подземных сооружений в соответствии с поставленной задачей включает в себя следующие основные этапы:

- устройство нижней цементно-грунтовой диафрагмы без откопки котлована снаружи, которая надежно закрывает дно будущего котлована и будет служить в дальнейшем фундаментом для стен котлована;

- устанавливаются стены котлована по его контуру, которые опираются на нижнюю диафрагму и фиксируются в ней;

- на уровне верхнего перекрытия устанавливаются опалубки для бетонирования распределительных балок по внутреннему контуру, ограниченному верхней частью стены;

- устанавливается опалубка для бетонирования рамы по внешнему контуру стены;

- укладывается арматура и производится бетонирование распределительных балок и рам;

- для поддержки распределительных балок монтируются система поперечных и продольных балок, которая, в свою очередь, может опираться на колонны, установленные на дне котлована и поддерживающие балки: в случае необходимости, система балок может быть заменена на вертикальные диафрагмы, опирающиеся на диафрагму на дне котлована;

- производится выемка грунта из котлована до отметки следующего нижележащего перекрытия;

- на отметки следующего перекрытия также устраиваются распределительные балки.

Таким образом, вертикальные стены укрепляются распределительными балками, после чего производится окончательная выемка грунта из котлована и устанавливаются междуэтажные перекрытия, в конструкцию которых включаются распределительные балки и система поперечных и продольных балок.

Сущность способа поясняется чертежами, где на Фиг.1 показан план подземного сооружения (вид сверху), где по контуру котлована установлены стены 1, которые в верхней части фиксируются рамой 2 и распределительными балками 3, поддерживаемые системой поперечных балок 5, а на разрезе A-A (фиг.2) показано дно котлована, которое закрыто от проникновения грунтовых вод диафрагмой 6, которая после удаления всего грунта из котлована покрывается выравнивающим слоем 7, перекрытия 4 монтируются на системе поперечных и продольных балок 5 так же, как и распределительные балки 3.

Строительство сооружения осуществляется в следующей строгой последовательности: без выемки грунта из котлована устраивается диафрагма 6, которая представляет собой противофильтрационный экран и, кроме того, фиксирует положение стены 1, которая устанавливается также без выемки грунта из котлована; после чего фиксируется положение верха стены 1 устройством рамы 2 по внешнему контуру котлована и устройством распределительных балок 3 по внутреннему контуру котлована, которые устраиваются на отметке перекрытия 4; монтируется система поперечных и продольных балок 5, которая поддерживает распределительные балки 3 и будет поддерживать перекрытие 4, после чего до отметки нижерасположенного перекрытия удаляется грунт и повторяются технические операции по устройству распределительных балок 3 и системы поддерживающих балок 5 на отметке нижерасположенного перекрытия.

В той же последовательности технологических операций поочередно устраиваются на отметках нижних перекрытий распределительные балки 3 и поддерживающие системы балок 5, поэтапно удаляется грунт из котлована.

После установки балок 3 и 5 производится удаление грунта из котлована до диафрагмы 6 и укладка выравнивающего слоя 7.

Наконец, снизу вверх монтируются перекрытия 4, конструкция которых включает балки 3 и 5.

Способ строительства многоэтажных подземных сооружений в слабых водонасыщенных грунтах в районах существующей застройки, включающий устройство вертикальных стен, устройство междуэтажных перекрытий и последующее удаление грунта из котлована, отличающийся тем, что положение вертикальных стен надежно фиксируется в нижней их части бетонной диафрагмой, уложенной на дно котлована без выемки грунта; в верхней части вертикальные стены фиксируются распределительными балками, уложенными на грунтовое основание на отметке верхнего перекрытия сооружения по внешнему контуру котлована, и рамой, уложенной по внешнему контуру котлована на грунтовое основание также на отметке верхнего перекрытия; распределительные балки, в свою очередь, поддерживаются системой горизонтальных продольных и поперечных балок, которые монтируются на уровне перекрытия, после чего грунтовая масса удаляется из котлована до отметки перекрытия нижерасположенного этажа; на уровне нижерасположенного этажа также производятся аналогичные технологические операции по устройству распределительных балок и системы продольных и поперечных балок, поддерживающих распределительные балки; после чего грунтовая масса удаляется до уровня перекрытия следующего ниже этажа и все технологические операции повторяются; окончательно грунтовая масса удаляется из котлована до диафрагмы, закрывающей дно котлована, после чего производится выравнивание поверхности диафрагмы и монтаж перекрытий, в порядке «снизу-вверх».

Изобретение относится к строительству, а именно к возведению обделок подземных сооружений различного назначения и конфигурации. .

Способ усиления и устройство для усиления конструкции из гофрированных стальных листов // 2378455

Изобретение относится к строительству, а именно для усиления конструкции из гофрированных стальных листов. .

Опалубка для создания усиливающей оболочки конструкции из гофрированных стальных листов // 2375523

Изобретение относится к строительству, а в частности опалубке для создания усиливающей оболочки конструкции из гофрированных стальных листов. .

Способ сооружения тоннеля под транспортными магистралями для организации транспортных развязок на перекрестках // 2375522

Изобретение относится к подземному строительству и может быть использовано для сооружения тоннелей большого сечения под транспортными магистралями для организации транспортных развязок на перекрестках, а также на железнодорожных переездах.

Сейсмоустойчивый тоннель // 2353731

Изобретение относится к строительству тоннелей и может быть использовано при создании конструкции сейсмоустойчивого тоннеля. .

Способ сооружения тоннеля под железнодорожной насыпью // 2339767

Изобретение относится к подземному строительству и может быть использовано для сооружения транспортных тоннелей большого сечения под существующими железнодорожными насыпями, а также использовано для сооружения водопропускных труб большого диаметра под существующими железнодорожными насыпями.

Тоннель мелкого заложения на вечной мерзлоте // 2275472

Изобретение относится к области строительства, а именно к строительству сооружений в районах распространения вечной мерзлоты с сильной снегозаносимостью. .

Тоннель мелкого заложения на вечномерзлых грунтах // 2275471

Способ возведения заглубленного сооружения // 2245427

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для снижения трудоемкости и повышения надежности при возведении заглубленных сооружений различного назначения с большим и глубоким котлованом сложной формы.

Прямоугольное закрытое емкостное сооружение для водоснабжения и канализации типа резервуара, возводимое на пучинистых грунтовых основаниях // 2224844

Изобретение относится к строительству, в частности к строительству канализационных и водопроводных очистных сооружений, возводимых на пучинистых грунтовых основаниях.

Обделка подземного сооружения // 2457332

Изобретение относится к транспортному строительству и может быть использовано при возведении тоннельных обделок транспортных тоннелей

Способ возведения участка примыкания перегонного тоннеля строящейся линии метрополитена к перегонному тоннелю действующей линии // 2460848

Изобретение относится к строительству метрополитена

Способ строительства подземного сооружения // 2486318

Изобретение относится к строительству подземных сооружений в стесненных городских условиях

Способ возведения подземного сооружения // 2489550

Изобретение относится к области строительства, а именно к возведению подземных сооружений с внутренним креплением открытым способом

Секция подземного пешеходного перехода // 2493327

Изобретение относится к области подземного строительства, в частности к секциям подземных пешеходных переходов, и может быть использовано при сооружении подземных тоннелей различной протяженности, а также при сооружении компактных подземных объектов различного назначения (например, подземных туалетов, подземных торговых павильонов и т.п.). Секция подземного пешеходного перехода содержит несущую оболочку двухрядного тоннеля с пешеходными дорожками, а также узел разгрузки несущей оболочки от силовых напряжений. Несущая оболочка двухрядного тоннеля включает две образованные цилиндрическими поверхностями вращения одинакового радиуса металлические трубы, расположенные параллельно друг другу, а также включает расположенную в нижней части металлических труб и жестко с ними связанную опорную бетонную плиту, образующую в нижней части металлических труб пешеходные дорожки и снабженную металлоизоляцией на верхнем участке между металлическими трубами, скрепленной с последними. Обращенные друг к другу боковые стенки указанных металлических труб несущей оболочки выполнены каждая, по крайней мере, с двумя проемами, сообщающими между собой полости металлических труб. Упомянутый узел разгрузки несущей оболочки от силовых напряжений включает бетонные пилоны с боковыми стенками, образованными цилиндрическими поверхностями вращения с кривизной, равной кривизне металлических труб, расположенные по концам последних и, по крайней мере, один бетонный пилон в средней части металлических труб между указанными проемами в их боковых стенках и сопряженные с последними, а также включает дугообразный распорный металлический пояс, образованный цилиндрической поверхностью вращения, расположенный симметрично по обе стороны между обоими металлическими трубами в верхней их части и жестко скрепленный своими продольными кромками с боковыми стенками обоих металлических труб. Бетонные пилоны снабжены сопряженной с их торцевыми стенками и верхними боковыми стенками металлоизоляцией, скрепленной с металлическими трубами, и жестко связаны с указанной опорной бетонной плитой, упомянутым дугообразным распорным металлическим поясом и боковыми стенками металлических труб, образуя совместно с ними монолитный каркас. Технический результат состоит в снижении материалоемкости и трудоемкости сооружения подземного пешеходного перехода, а также сокращении времени его сооружения. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Тоннель мелкого заложения в условиях слабых водонасыщенных грунтов // 2504618

Изобретение относится к строительству, в частности к строительству тоннелей. Транспортный тоннель мелкого заложения в слабых водонасыщенных грунтах, образованный водонепроницаемой обделкой. Обделка тоннеля представляет собой пролетное строение, которое опирается с определенным шагом на сваи, установленные в слабом грунте. Сваи своими концами опираются на нижележащий слой грунтового основания с высокими прочностными характеристиками. Для восприятия инерционных и тормозных нагрузок дополнительно установлены перекрестные связи, образованные тягами с грунтовыми анкерами, заделанными в нижележащем слое грунта с высокими прочностными свойствами. Технический результат состоит в обеспечении стабилизации напряжений и деформаций слабого грунтового основания, повышении надежности конструкций тоннелей мелкого заложения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ возведения подземного сооружения // 2519321

Изобретение относится к способу возведения подземного сооружения, при этом способ должен обеспечить по возможности надежный, быстрый монтаж подземного сооружения. При возведении подземного сооружения на месте возведения углубляют шахтный ствол, который закрывают перекрытием. В перекрытии предусмотрено отверстие, в области которого предусматривают подъемно/опускное устройство. В шахтном стволе в области отверстия предусматривают арретирующее устройство. В области отверстия предусматривают отсек сооружения, который соединяют с подъемно/опускным устройством, опускают сквозь отверстие до арретирующего устройства и арретируют. После арретирования устройство отсоединяют от подъемно/опускного устройства. Осуществляют технологический цикл, в котором предусматривают следующий отсек сооружения в области отверстия, который соединяют с подъемно/опускным устройством и арретированным отсеком сооружения, затем арретирование предыдущего отсека отсоединяют. Находящиеся в шахтном стволе отсеки сооружения опускают до тех пор, пока самый верхний отсек не будет находиться в арретирующей области, и самый верхний отсек сооружения арретируют. Данный технологический такт повторяют до тех пор, пока требующиеся для возведения подземного сооружения отсеки не будут установлены в шахтный ствол. 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

Поярусный способ возведения подземных сооружений. // 2571770

Изобретение относится к строительству подземных сооружений и заглубленных частей зданий в различных инженерно-геологических условиях в плотной городской застройке в мегаполисах. Устраивают буровые колонны с соответствующе направленными устройствами, затем осуществляют надземное возведение и погружение целого массива сооружения поярусно по буровым колоннам, как по направляющим. Первый ярус сооружения содержит технический этаж и один или несколько вышележащих этажей, а последующие ярусы состоят из одного или нескольких этажей. Погружение сооружения производят по мере разработки грунта в техническом этаже вместе с ограждающими стенами, ригелями, перекрытиями, а извлечение грунта, подачу материалов и техники осуществляют через технологические проемы в перекрытиях сооружения. Технический результат способа заключается в снижении трудоемкости и материалоемкости, а также в сокращении времени на возведение подземного сооружения. Дополнительно достигается большая устойчивость сооружения при погружении и более высокая точность погружения сооружения. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Туннель для автодорог, железных дорог и метрополитенов // 2602533

Изобретение относится к горному и подземному строительству, в частности к конструкциям туннелей для автодорог, железных дорог и метрополитенов. Туннель для автодорог, железных дорог и метрополитенов с защитной обделкой, имеющий поперечное сечение в виде фигуры постоянной ширины. Поперечное сечение туннеля выполнено в виде треугольника Релло, причем один из углов треугольника Релло расположен в верхней сводной части туннеля. Технический результат состоит в повышении прочности, устойчивости и надежности работы туннеля для автодорог, железных дорог и метрополитенов в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях. 1 ил.

Способ строительства подземного многоэтажного сооружения // 2604098

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам возведения многоэтажных подземных сооружений различного назначения открытым способом, и может использоваться в промышленном строительстве. Способ строительства подземного многоэтажного сооружения включает возведение каркаса сооружения и установку свайных опор, последовательное бетонирование на поверхности грунта междуэтажных перекрытий, подвешивание перекрытий к головным частям опор, разработку котлована путем выемки грунта под перекрытием, последующее опускание перекрытий вдоль опор на всю высоту котлована на высоту, которая соответствует одному этапу выемки грунта, и закрепление перекрытий на опорах. Вначале по контуру будущей бетонной стены устанавливают отдельно стоящие вертикальные буронабивные сваи-опоры, которые затем скрепляют в верхней части горизонтальными ригелями-балками, формируя каркас, и устанавливают на них между сваями электрогидравлические домкраты. На поверхности грунта бетонируют поэтапно по два перекрытия в виде круглых плит, по контуру будущей бетонной стены устанавливают вертикальную и горизонтальную опалубку, усиленную ригелями, к которым закреплены стальные стержни, для бетонирования стены, которую производят способом опускающегося бетона. Между образуемой бетонной стеной и закрепленными ребрами жесткости, удерживаемыми винтовыми сваями, к бетонной стене навешивают накачанные газом резино-стальные подушки с роликами для облегчения скольжения вниз бетонной стены, вынимают грунт под сформированными плитами перекрытия, опускают их с помощью электрогидравлических домкратов. Пространство между верхней и второй плитой под ней заполнено бронированными металлическими полыми шарами, в часть из которых закачан под максимально возможным давлением воздух, а в другой части из них создан вакуум. Опускание плиты и опускание бетона для формирования бетонной стены производят одновременно. Сформированную после выемки грунта стену под углом 25-30° к горизонтали бурят предназначенными для закрепления стальных ребер жесткости, доборных щитов металлическими винтовыми сваями, которые являются доборными, имеют длину 5-10 м и выполнены со сквозными продольными отверстиями для закачки в них под давлением бетонной смеси после их соединения между собой. Технический результат состоит в упрощении способа при обеспечении его безопасности. 2 ил.