Способ возведения подземных сооружений и устройство для его осуществления

009992 Изобретение относится к области горного дела и к строительству подземных сооружений, в частности, в сложных горно-геологических условиях и в городских стесненных условиях. Существует много сложностей и препятствий, которые могут возникнуть при строительстве подземных сооружений. В частности, при строительстве колодцев приходится проходить слои грунта, насыщенные водой и размывающие стенки шахты, может происходить зависание колец в шахте колодца,появление плывунов. Также могут встречаться гранит, базальт и другие породы. Песчаная почва создает дополнительные сложности при строительстве подземных сооружений способом рытья котлована. Известен способ строительства подземных сооружений путем рытья котлована с откосами и поочередной установки бетонных или железобетонных колец друг на друга [1]. Он обычно применяется для строительства неглубоких, до 3 м, колодцев. Котлованы без укрепления стенок для строительства более глубоких колодцев нерациональны из-за того, что требуют значительных объемов земляных работ и соответствующего увеличения трудозатрат. Известен способ формирования колодцев, сущность которого заключается в постепенном подкапывании грунта под кольцами и в выемке грунта из внутренней полости колец. Колодец опускается под собственной тяжестью колец [2]. Такой способ оправдывает себя при строительстве глубоких колодцев,приблизительно до 10-12 м. Но он малопроизводителен и трудоемок из-за большого объема ручного труда и применяется в большинстве случаев для сооружения водозаборных колодцев вне городских условий[3]. При промышленном строительстве подземных сооружений чаще всего применяют способы, позволяющие уменьшить зоны обрушения грунта, что дает возможность значительно приблизиться к существующим канализационным насосным станциям, фундаментам зданий и сооружений. Известен способ укрепления стен котлована шпунтовым ограждением. Шпунтовая стенка формируется путем забивания или вибропогружения шпунтовых свай, производится выемка грунта, а внутри такого котлована ведутся строительные и другие работы [4]. По завершении строительства подземного объекта и работ по прокладке коммуникаций и инженерных сетей шпунтовые сваи подлежат извлечению, а котлован засыпается грунтом. Как правило, невозможно извлечь из грунта шпунт без потерь и часть его остается в земле. При забивании часть шпунтовых свай может деформироваться и для повторного использования, после его извлечения, становится непригодным. Применение этого способа целесообразно при слабых, просадочных, набухающих и других грунтах с особыми свойствами, высоком уровнем грунтовых вод и особенно при возведении мостов и глубоких подземных сооружений. Данный способ характеризуется минимизацией земляных работ. Однако вблизи построек, промышленных сооружений или подземных коммуникаций невозможно применение данной технологии из-за вероятности их повреждения или разрушения. Для строительства подземных сооружений сравнительно небольших габаритов такой способ также нерационален из-за больших экономических затрат. Также известны опускные колодцы и способ их сооружения [5]. Такие колодцы содержат нижнюю часть (ствол) с ножевой частью, облегчающей проникновение в грунт, а сверху наращиваются стенки колодца. При выемке грунта опускной колодец под действием собственного веса и дополнительной нагрузки опускается вниз. Известно опускное сооружение и способ его возведения, основанный на принципе опускного колодца. При этом для принудительного погружения панелей внешней оболочки по вертикальным направляющим применяют толкатели в виде гидроцилиндров двустороннего действия, а для лучшего погружения опускного сооружения его ствол снабжен антифрикционным покрытием и системой для подачи антифрикционного и тампонажного раствора к его внешней поверхности [6]. Способ опускного колодца не требует большого объема земляных работ, не вызывает необходимости обратной засыпки грунта, дает возможность вести работы при наличии грунтовых вод. Однако применение такого способа связано с применением дорогостоящей техники и вспомогательного оборудования, он рационален при сооружении колодцев большого диаметра или, например, при установке свай в мостостроении. Наиболее близким к предлагаемому является способ строительства котлована, согласно которому,сооружают форшахту, в основании которой монтируют ножевые кромки опускной камеры, на ножевых кромках бетонируют с помощью опалубки вертикальные стенки опускной камеры. Погружают камеру вдоль направляющих стоек, погружаемых вертикально и расположенных вдоль периметра котлована. Одновременно с погружением камеры, с помощью тиксотропной рубаки, выбирают грунт [7]. Недостатком данного способа является то, что способ требует сооружения форшахты, а следовательно, в стесненных условиях строительства сооружение котлована предполагает увеличение рабочих площадей, дополнительной установки вертикальных направляющих. Простое, с использованием опалубки, формирование стенок опускной камеры предполагает потерю времени на застывание бетонной смеси. Также недостатком является то, что построенный таким способом котлован не предполагает последующего извлечения опускной камеры. После проведения определенных работ в котловане стенки опускной камеры остаются в грунте. Задачей настоящего изобретения является разработка способа и создание устройства для возведе-1 009992 ния подземных сооружений в стесненных городских условиях и в местах промышленных застроек и наличия подземных коммуникаций, с максимальной механизацией работ и минимальными сроками проведения строительных работ. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание в формируемом котловане условий для проведения работ по прокладке и ремонту подземных коммуникаций способом прокола и/или горизонтального направленного бурения. Задача решается тем, что осуществляется монтаж стенок опускной камеры из отдельных щитов в соединяемые между собой пояса, производится выемка грунта из котлована, преимущественно механизированная, и одновременное погружение опускной камеры. Затем, по мере возведения подземного сооружения внутри опускной камеры, ее постепенно поднимают и по мере подъема производят засыпку котлована грунтом в пространство между стенами подземного сооружения и стенками котлована под опускной камерой. Выдвижение опускной камеры производят механизмами подъема, которые крепятся на равноудаленно расположенных друг от друга опорах по внутренней поверхности опорных поясов опускной камеры. Для механизмов подъема опускной камеры нижней опорой служит силовая балка, которая переустанавливается при возведении стен подземного сооружения после демонтажа верхнего выдвинутого пояса опускной камеры. В одном из вариантов опускная камера рассчитана на установку в нижнем силовом поясе оборудования прокола и/или бурения в боковом направлении для прокладки и/или ремонта подземных коммуникаций. При этом возможно осуществлять прокол и/или бурение в произвольном боковом направлении. Более наглядно способ возведения подземных сооружений и устройство для его осуществления представлен на чертежах. Фиг. 1 - вид в вертикальном разрезе опускной камеры с извлеченным из котлована грунтом; фиг. 2 - вид опускной камеры и подземного сооружения (колодца) сверху; фиг. 3 - вид в вертикальном разрезе, характеризующий возведение подземного сооружения и выдвижение пояса опускной камеры; фиг. 4 - вид опускной камеры сверху с расположением силовой балки на стенах возводимого подземного сооружения (колодца); фиг. 5 - вид в вертикальном разрезе опускной камеры при выполнении горизонтального прокола; фиг. 6 - вид опускной камеры сверху с оборудованием для выполнения прокола. Способ возведения подземных сооружений заключается в том, что после формирования котлована путем монтажа опускной камеры и ее погружения с одновременной выемкой грунта из внутреннего пространства опускной камеры последняя выдвигается по мере возведения подземного сооружения. Способ возведения подземных сооружений реализуют в следующей последовательности. На участке, предназначенном для строительства подземного сооружения, монтируют первый, усиленный пояс 1 опускной камеры и из его внутреннего пространства производят выемку грунта; в процессе выемки грунта производят погружение усиленного пояса 1 опускной камеры под своим весом и/или принудительно. Затем последовательно сверху монтируют следующие опорные 2 и пассивные 3 пояса опускной камеры и продолжают производить выемку грунта и погружение смонтированной из отдельных поясов опускной камеры 4 до требуемой глубины (фиг. 1). В образовавшемся котловане, то есть внутреннем пространстве опускной камеры 4, возводят стены подземного сооружения 5 (фиг. 2) на высоту, соизмеримую с высотой пояса, находящегося в верхней части опускной камеры 4 (фиг. 3). Далее с помощью механизма подъема 6 опускной камеры, силовой балки 7 и равноудаленных опор 8 опускную камеру 4 выдвигают на высоту выдвинутого пояса 9, находящегося в верхней части опускной камеры 4. Затем насыпным грунтом 10 производят заполнение пустот котлована между стенами возведенной части подземного сооружения 5 и коренным грунтом 11. Этап завершается демонтажем верхнего пояса 9 опускной камеры 4. После извлечения последнего, усиленного пояса 1, завершается возведение подземного сооружения 5 (фиг. 3). Устройство для сооружения колодцев по вышеописанному способу представляет собой опускную камеру 4 в виде замкнутого пространства, состоящую из усиленного пояса 1, далее, как минимум, из одного опорного пояса 2, у которого по внутренней поверхности равноудаленно расположены по меньшей мере две опоры 8 для крепления механизма подъема опускной камеры 6. Также опускная камера 4 включает в свой состав, как минимум, один пассивный пояс 3 (фиг. 1). Для осуществления подъема опускной камеры устройство содержит механизмы подъема опускной камеры 6, которые нижней частью опираются на силовую балку 7, а сверху крепятся к опорам 8 по внутренней поверхности опорного пояса 2. Силовая балка 7 переустанавливается по мере возведения стен колодца 5 после демонтажа верхнего выдвинутого пояса 9 опускной камеры 4. (фиг. 3, 4). При прокладке новых и ремонте старых подземных коммуникаций 12 в котловане, образованном опускной камерой 4, погруженной до требуемой глубины, и до начала возведения подземного сооружения 5 рассчитывается возможность проведения проходческих работ. Так, например, в замкнутом пространстве опускной камеры 4 устанавливают оборудование 13 для совершения горизонтального прокола и/или бурения с последующей прокладкой и/или ремонтом подземных коммуникаций в произвольном-2 009992 боковом направлении (фиг. 5). Направление горизонтального прокола или горизонтальной скважины может быть задано определенной формой поясов опалубки в поперечном сечении. При этом для совершения нескольких проколов или бурения нескольких скважин достаточно простой переустановки соответствующего оборудования 13 внутри опалубки 4 (фиг. 6). По завершении работ по прокладке или ремонту коммуникаций 12 осуществляется возведение подземного сооружения 5 и выталкивание опускной камеры 4 с ее демонтажем, как описано выше. Пример. В стесненных городских условиях, между автомобильной трассой и административным зданием, было необходимо в минимальные сроки проложить подземные трубопроводы со строительством подземного сооружения типа смотрового колодца и размещением в нем запорной арматуры. Конфигурация и размер поясов опускной камеры выбирались, исходя из имеющегося оборудования для производства горизонтального подземного прокола, а также для обеспечения механизированной выемки грунта с помощью экскаватора, что существенно сокращает сроки работ. Монтаж поясов 1, 2, 3 опускной камеры и ее погружение производились одновременно с механической выемкой грунта экскаватором на базе колесного трактора Беларусь из замкнутого пространства опускной камеры 4. По достижении необходимой глубины на дне котлована опускной камеры 4 разместили установку 13 бестраншейной прокладки труб и произвели прокладку коммуникаций 12 (труб) в двух горизонтальных направлениях с переустановкой оборудования 13 без переустановки опалубки 4(фиг. 5). Последовательность возведения стен колодца 5 заключалась в установке стандартных железобетонных колец внутри опускной камеры 4 с соответствующей последовательностью выдвижения опускной камеры 4 с помощью двух гидроцилиндров, выполняющих роль механизмов подъема опускной камеры 6 и переустановкой силовой балки 7. Таким образом, поэтапная установка железобетонных колец чередовалась поэтапной переустановкой силовой балки 7 для опоры гидроцилиндров, поэтапным выдвижением опускной камеры 4, поэтапной засыпкой насыпным грунтом 10 пустот котлована между стенками колодца и коренным грунтом 11 и поэтапным демонтажем верхнего выдвинутого пояса 9 (фиг. 3). 1. Котлован под колодец, http://water-cleaning.ru/osina-3.html 2. Как сделать колодец, http://www.znaikak.ru/well.html. 3. Строительство колодца: методика и особенности, http://kopaem.ru/stroitelstvo.htm 4. Большая советская энциклопедия, ГНИ БСЭ, Москва, 1957, т. 48, с. 174-175. 5. Большая советская энциклопедия, ГНИ БСЭ, Москва, 1955, т. 31, с. 121. 6. Опускное сооружение и способ его возведения. Патент РФ 2099533 С 1, 06.03.1995, опубликован 20.12.1997. 7. Способ строительства котлована. Патент РФ 2190725 С 1, 20.11.2001, опубликован 10.10.2002. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ возведения подземных сооружений, включающий формирование котлована путем монтажа опускной камеры и ее погружения с одновременной выемкой грунта из внутреннего пространства опускной камеры, отличающийся тем, что опускную камеру выдвигают по мере возведения подземного сооружения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выдвижение опускной камеры осуществляют с помощью механизмов подъема опускной камеры, силовой балки и внутренних опор на высоту отдельного пояса опускной камеры с заполнением насыпным грунтом пустот между стенками возведенной части подземного сооружения и коренным грунтом по мере выдвижения опускной камеры и последующим демонтажем верхнего выдвинутого пояса опускной камеры. 3. Устройство для осуществления способа по пп.1 и 2, представляющее собой опускную камеру,формирующую котлован, состоящую из нижнего усиленного пояса и, как минимум, одного пассивного пояса, отличающееся тем, что стенки опускной камеры монтируют как сборную конструкцию, которая содержит по меньшей мере один опорный пояс с расположенными по его внутренней поверхности по меньшей мере двумя равноудаленными друг от друга опорами для крепления механизма подъема опускной камеры, которая содержит механизм подъема опускной камеры, а также, как минимум, одну силовую балку, служащую нижней опорой для механизма подъема опускной камеры и которую переустанавливают при возведении стен подземного сооружения после демонтажа верхнего выдвинутого пояса опускной камеры. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что любой из поясов опускной камеры монтируют перед погружением опускной камеры по меньшей мере из двух составных частей. 5. Устройство по пп.3 и 4, отличающееся тем, что в силовом поясе опускной камеры до возведения подземного сооружения предусмотрена возможность установки оборудования прокола и/или бурения в произвольном боковом направлении для прокладки и/или ремонта подземных коммуникаций.