Л.А.АРУТЮНОВ,
инж., «Армтоннелъстрой»
Автодорожный тоннель под Пушкинским перевалом, сооруженный в 1966 — 1971 гг. строительно–монтажным поездом № 307 «Главтоннельметро–строя» по проекту Кавгипро–транса, сократил перевальный участок между городами Кировакан (Ванадзор) — Степанаван в Армении на 12 км и создал возможность круглогодичного сообщения между столицами двух соседних республик Ереваном и Тбилиси.
Длина тоннеля 1800 м. Внутреннее сечение запроектировано по габариту Г-7. Пропускная способность 300 авт/ч. Тоннель двускатный, уклоны от 3 до 15 %о (рис. 1). Тоннель сооружался горным способом с южного и северного порталов. С учетом гидрогеологических условий было запроектировано несколько типов монолитной бетонной обделки и способов разработки поперечного сечения тоннеля. Так, в центральной части тоннеля участок протяженностью примерно 600 м, где по прогнозу должны были встретиться невыветренные туфопесчаники, туфобрекчии и туфы порфиритового состава, предполагалось пройти с раскрытием на полный профиль. На остальном протяжении тоннеля — припортальных участках, составляющих более 60 % длины, предусматривалось применение двухштольневого способа опертого свода и частично способа нижнего уступа. Однако транспортная (разведочная) штольня, пройденная с Южного портала до условной границы разработки на полный профиль, показала, что геологическая обстановка расходится с принятой в проекте: слаботрещиноватые порфириты Южного портала перешли в порфириты сильнотрещиноватые, брекчинированные, смятые и раздробленные в центральной части и далее — в породы сильно гидротермально измененные Северного портала. Дебет подземных вод составлял 80 — 100 мз/ч.
Фактические геологические условия в дальнейшем определили способы разработки и типы обделки на отдельных участках трассы. Вместо разработки с раскрытием на полный профиль пришлось применить проходку с нижним расположением уступа, соответственно изменив и тип обделки.
С Северного портала после разработки предпортальной выемки сооружался участок тоннеля длиной 220 м двух–штольневым способом опертого свода. Дальнейшая проходка велась верхним полусечением (Г=32 м2), в качестве временного крепления применялись металлические арки из двутавра № 20, закрепленные в породу шестью парами клино–щелевых анкеров.
Кроме арочно–анкерного крепления, применялась опережающая металлическая забивная крепь (рис. 2), состоящая из стержней арматурной стали периодического профиля диаметром 28 — 30 мм, длиной 3 м, закладываемых в специальные шпуры по контуру породного свода на расстоянии 200 — 300 мм друг от друга. Шпуры забуривались под углом 20 — 250 с таким расчетом, чтобы после продвижения очередной заходки не менее 3/4 длины стержня оставалось в породе. Концы стержней до взрыва–ния опирались на металлическую арку. Таким образом, создавалась аналогия забивной крепи, применяемой в слабых породах.
Опыт проходки нижним уступом показал, что после продвижения выработки на временном креплении на длину 10м следует забетонировать свод на длине 5 м от лба забоя, только после этого можно было продолжать проходческие работы (рис. 3). Оставшийся пятиметровый участок бетонировался параллельно с проходкой. Исходя из этого конструкция кружал предусматривала возможность пропуска ко лбу забоя горнопроходческого оборудования и автомобилей. Бетонную смесь за опалубку подавали пневмобетоноукладчиком ПБУ-500.
Шпуры забуривались машиной СБУ-2К. Первоначально проектом предусматривалось бурение 90 шпуров длиной 2,3 м, однако обрушения, происшедшие в сводовой части, заставили резко сократить число шпуров и отодвинуть контурный ряд на 1,5 м от проектного очертания. После взрыва породу разрабатывали до профиля отбойными молотками.
Скорость проходки по верхнему полусечению в сложных геологических условиях была 1,5 м в сутки. Так как породу убирали машинами ПНБ–ЗК в автомобили–самосвалы ЗИЛ–ММЗ-555, эта операция занимала не более 8 % времени проходческого цикла.
Поскольку во время сооружения Пушкинского тоннеля промышленность не выпускала надежных нейтрализаторов для снижения концентрации вредных компонентов отработавших газов бензиновых двигателей, было решено увеличить поступление в тоннель свежего воздуха. Расчет вели по формулам для дизельных двигателей.
Вентиляция тоннеля была комбинированная. К забою были подведены три воздуховода для нагнетания чистого воздуха, а к устью тоннеля — один для всасывания загрязненного воздуха. Нагнетающие воздуховоды были смонтированы из металлических труб диаметром 550 мм (две линии) и прорезиненных труб диаметром 900 мм (одна линия). Всасывающий трубопровод — также из металлических труб диаметрром 550 мм. Вентиляторы «Проходка-500-2М» производительностью 200 м3/мин были расположены на расстоянии 60 м один от другого. По гибкому рукаву воздух подавался с поверхности вентилятором ВРС-12 производительностью 600 м3/мин. Таким образом, в забой подавался воздух 200х2+600=1000 м3/мин, что было вполне достаточно для ведения работ при пятикратном воздухообмене.
Поступление чистого воздуха для обеспечения допустимой концентрации вредных веществ на всем протяжении тоннеля имеет большое значение, так как в тоннеле одновременно велись работы по цементации и приготовлению бетонной смеси. Содержание СО постоянно определялось при помощи прибора ГХ-1.
С Южного портала (рис. 4) проходку начали с обгонной штольни, которая дала возможность совместить разработку нижней штольни по оси тоннеля и предпортальной выемки, а также строительство вентиляционного здания и сооружение участка тоннеля длиной 130 м, отсеченного обгонной штольней. После того, как нижняя штольня подошла к границе участка, раскрываемого по проекту на полный профиль, и выяснилась фактическая геологическая обстановка, было решено проходить этот участок в два приема.
Организация и механизация работ при бурении и погрузке породы были такими же, что и при проходке с Северного портала, но в транспортировании грузов и организации бетонных работ имелись существенные различия. Породу, бетонную смесь и другие грузы транспортировали аккумуляторными электровозами колеи 600 мм. Опрокидные вагоны загружались бетоном под бетономешалкой непрерывного действия автоматизированного бетонного завода С-780, расположенного на поверхности у вентиляционного здания.
Для улучшения качества бетона и максимальной механизации опалубочных работ были внедрены сборно–разборная опалубка тюбингового типа и перестановщик опалубки для стен тоннеля (рис. 5,а), разработанный СКБ Главтоннель–метростроя.
Отставание обделки от лба забоя допускалось до 10 м, но в ряде случаев бетонирование велось сразу же за продвига–нием забоя на ширину одного тюбингового полукольца. Бетонную смесь укладывали пневмобетоноукладчиком ПБУ-500.
Технические характеристики перестановщика опалубки
Скорость передвижения перестановщика по тоннелю, м/мин………………………….16
Привод передвижения портала………………………………………….. электродвигатель
Мощность, кВт……………………………………………………………………………………………….1,7
Редуктор:
Тип…………………………………………………………………………………………………………………РУП-220
передаточное число i ……………………………………………………………………………………..39
Грузоподъемность рычага при вылете 2,3 м, кг…………………………………………………1310
Общая масса, т……………………………………………………….10
Для обеспечения одновременно проходки ядра и боковых штросс при сооружении свода предусматривалась более развитая пята (выносная пята), удерживающая свод до подведения стен. Из–за неблагоприятных геологических условий обделку приходилось приближать ко лбу забоя, поэтому не представлялось возможным производить предварительный откол системой вертикальных скважин.
В связи с изложенным было признано целесообразным ще–леобразование производить горизонтальными шпурами из забоя нижнего уступа. Вертикальные скважины для разработки нижнего уступа забуривались станками СБМК-5 (рис. 5, б).
Разработка грунта, бетонирование и нагнетание в верхней части тоннеля, устройство дренажа, дорожного покрытия в нижней части, а также все строительно–монтажные работы по тоннелю и вентиляционным зданиям были завершены в конце ноября 1971 г., и тоннель был открыт для регулярного сообщения.
Детальное обследование тоннеля после разрушительного Спитакского землетрясения 1988 г. показало следующее:
– надежность постоянной бетонной обделки тоннеля и портальных сооружений не вызывает сомнений;
– отсутствие в проекте радикальных мероприятий по существенному снижению притока в тоннель поверхностных и грунтовых вод, является серьезной недоработкой проекта;
– выход из строя энергетического и сантехнического оборудования обусловлен неудовлетворительной эксплуатацией тоннеля;
– нарушение местами проезжей части тоннеля произошло из–за достаточно большого количества поступающей в тоннель родниковой воды с образованием наледей на стенках и по лотку тоннеля;
– ненадежность системы дренажа, предусмотренной в проекте, была связана с несоответствием ее Межгосударственным строительным нормам МСН 3.03-07-97;
– частичное разрушение вентиляционного перекрытия было вызвано провозом негабаритных грузов, доставляемых на восстановительные работы в зоне бедствия.
Для снижения притока в тоннель поверхностных и грунтовых вод целесообразно устройство защитного экрана и цементация скального массива, а также сбор остаточного поступления воды в колодцы при помощи перфорированных дренажных пластмассовых труб.
На основании результатов полевых и лабораторных испытаний была проанализирована конструкционная безопасность обделки тоннеля в отношении сейсмостойкости, были доказаны ее прочность и устойчивость, в связи с чем наибольшая роль в ремонтно–восстановительных работах была отведена усовершенствованию условий для безопасности движения.
Проектом восстановления тоннеля предлагались следующие ремонтные работы:
– понижение уровня проезжей части для обеспечения высоты габарита 5 м;
– устройство новой дорожной одежды, включая подстилающие слои, и усовершенствованного дренажа под ней;
– переход на освещение в соответствии со стандартами для расчетной скорости 40 км/ч;
– восстановление и модернизация полупоперечной системы вентиляции;
– устройство новой системы безопасности и связи;
– ремонт железобетонной плиты перекрытия и частичная герметизация швов(полиурета–ном) для уменьшения проникновения воды;
– отвод поверхностных вод на портальных участках, сооруженных открытым способом;
– частичный ремонт зоны отдыха и автостоянки;
– покраска в светлые тона полосы высотой 2 м по обеим сторонам тоннеля.
Объем восстановительных работ был определен исходя из лимта отпущенных ресурсов.
Срок ремонтных работ принят 18 мес. Предполагается, что тоннель будет закрыт на период одного–двух летних сезонов.
Есть уверенность, что после окончания всех работ дорога улучшит стратегическую связь Армении с соседней Грузией, так как большая часть экспорта и импорта республики поступает через территорию Грузии.