16+

Как будут строить метро в Петербурге через двадцать лет

19/05/2011

Как будут строить метро в Петербурге через двадцать лет

Сегодня метрополитен функционирует в 150 городах мира, в России – только в семи городах. Развитию метро в Петербурге, как считается, мешают слабые грунты и вытекающая из этого дороговизна строительства. Возможны ли тут прорывы? – это Online812 выяснял в Петербургском государственном университете путей сообщения, где обучают и будущих метростроителей.


            Об этом нам рассказал Юрий ФРОЛОВ, заслуженный строитель РФ, доктор технических наук, профессор кафедры «Тоннели и метрополитены» ПГУПС.

- Сколько километров линий метрополитена Петербургу не хватает?
– Даже с новыми станциями, введенными в строй, плотность транспортной сети метрополитена составляет всего 0,17 км на 1 кв. км площади города. В Москве 0,26 км, в Лондоне – 1,21 км, в Париже – 2,8 км. Пассажиронапряженность: число перевезенных за год пассажиров, приходящееся на 1км линии, – на линиях петербургского и московского метрополитенов достигает 14 млн пасс./км•год, в то время как в Лондоне – 1,5, Гамбурге – 1,95, в Нью-Йорке – 2,6.

В новой программе развития метрополитена за 12-15 лет намечается построить и ввести в эксплуатацию 70 км новых линий метрополитена и 41 новую станцию. По качеству уровень наших метростроителей не уступает высшим мировым достижениям, но по темпам существенно отстает. Это связано не только с финансированием. Многое зависит от внедрения прогрессивных конструктивно-технологических решений, что влечет за собой снижение затрат, убыстрение темпов и экологическую безопасность. И здесь следует отметить, хотя и запоздалое, но верное решение проектировщиков о продлении 5-й линии от станции «Проспект Славы» на мелком заложении. Мы-то считали, что на мелкое заложение следовало бы выводить перегонные тоннели еще со станции «Волковская».

-  Известно, что петербургское метро – одно из самых глубоких в мире благодаря слабым грунтам. У нас уже научились строить так, чтобы это не было помехой?
– В пределах территории нашего города благоприятные для проходки тоннелей грунтовые условия (твердые сухие глины) расположены на глубине от 20 до 50 метров. Выше до поверхности земли залегают слабые водонасыщенные грунты. Поэтому станции сооружают на значительной глубине в плотных сухих глинах, над которыми оставляют пласт этих водонепроницаемых глин. Условно границу глубокого и мелкого заложения можно обозначить как 15 метров. На глубоком заложении станции и перегонные тоннели сооружают закрытым способом, то есть без вскрытия земной поверхности, на мелком заложении тоннели роют закрытым, а станции – открытым способом, в котловане.

В Петербурге в силу плотной застройки, наличия охранных зон и исторических памятников, а также специфических инженерно-геологических условий 90 процентов линий сооружены закрытым способом и расположены на глубоком заложении. Очевидно, что при этом способе работы наиболее сложные, продолжительные и затратные. Впрочем, все это в наибольшей степени относится к станции «Адмиралтейская» и к первым станциям «Казаковской линии», которые расположены в центре либо просто в густонаселенных районах. На окраинах города все может сложиться иначе.

- При строительстве первой линии применялись какие-то оригинальные решения?
– Метрострой тогда впервые предложил профиль трассы с расположением станций на «горках». За счет этого экономится электроэнергия, затрачиваемая поездами при разгоне и торможении. Потом в других городах стали использовать этот же принцип.

- А первые тоннели строили с помощью отбойных молотков?
– Все работы в тоннелях первой очереди вели с помощью проходческих щитов. Сейчас их макеты стоят в наших аудиториях. Это передвижная металлическая крепь в виде цилиндра диаметром 9 – 10 метров. Для того чтобы собрать щит, в торце будущей станции сооружали монтажную камеру. Камеру разрабатывали по частям, закрепляя временной деревянной крепью, а затем из монолитного бетона возводили стены и свод. Затем приступали к монтажу щита. На эти работы уходило 3 – 4 месяца.

С площадок щита рабочие разрабатывали грунт отбойными молотками сверху вниз с одновременным креплением кровли и лба забоя. Одновременно в хвостовой части щита специальным оборудованием (эректором) монтировали кольцо обделки из чугунных ребристых элементов – тюбингов. После окончания разработки грунта в забое и сборки кольца обделки щит, отталкиваясь от обделки расположенными по периметру гидравлическими цилиндрами, продвигался вперед. Как только кольцо сходило со щита, в зазор между наружной поверхностью кольца и контуром выработки нагнетали цементно-песчаный раствор, чтобы избежать осадок грунта.

И так шаг за шагом, кольцо за кольцом, проходили один из станционных тоннелей, затем щит разворачивали и отправляли в обратный путь по оси второго, а затем и третьего тоннеля станции.

- Что здесь было самым трудоемким?
– Создание монтажных и демонтажных камер требовало много времени. Кроме того, чугунная обделка существенно удорожала стоимость строительства. Но был получен бесценный опыт, и вскоре стало очевидно, что толщина глинистого слоя всего в несколько метров обеспечивает безопасность проходки станционных тоннелей. Это означало, что дорогостоящие щиты нам уже не нужны, а чугунные тюбинги заменили на железобетонные. Вместо щитов теперь передвижные подмости с выдвижными площадками со стороны забоя. Но грунт разрабатывают, как и прежде, отбойными молотками. Такая технология сопровождается быстрым нарастанием горного давления и значительными смещениями кровли и плоскости лба забоя выработки, что в свою очередь приводит к осадкам земной поверхности и повреждениям зданий и сооружений на поверхности.

Поэтому, как мы объясняем студентам, приоритетным направлением в развитии технических и технологических решений является механизированная разработка грунта и минимизация осадок при строительстве вспомогательных выработок и станционных тоннелей.

- Какие современные новации изучаются сейчас в университете?
– В этом направлении поработало ОАО СМУ11 Метростроя. Проходку подходной выработки (от ствола на трассу) осуществили с применением опережающей крепи кровли и лба забоя, с механизированной разработкой грунта и возведением постоянной обделки из монолитного бетона. Возможность и целесообразность такого решения были научно обоснованы исследованиями, выполненными на нашей кафедре совместно со специалистами Ленметрогипротранса. Однако конечной целью исследований по этой тематике мы считаем внедрение указанной технологии при строительстве станционных тоннелей. Тут все зависит от симбиоза трех организаций: «Ленметрогипротранса», «Метростроя» и ГУП «Метрополитен». Сейчас наиболее успешно решаются проблемы проходки перегонных тоннелей. В Москве, а затем в других городах применялась концепция двух однопутных тоннелей для движения поездов в разных направлениях. Минимальный внутренний диаметр обделки – 5,1 м.

- Это правда, что первый отечественный механизированный проходческий щит был разработан в Ленинграде?
– Щит демонстрировался на всемирной выставке в Брюсселе в 1958-м и получил высокую оценку – Gran Pries. Механизированные проходческие комплексы непрерывно и одновременно с помощью различных механизмов выполняют все основные операции от разработки грунта в забое до участка готового тоннеля. С помощью этого щита с железобетонной блочной обделкой в 1964-м была достигнута скорость сооружения перегонного тоннеля 320 метров в месяц. Затем у строительных организаций «Ленметростроя» начался период нарастания мощности. В конце 80-х готов был разработан щитовой комплекс с новым рабочим органом, позволяющим существенно увеличить скорость резания грунта и в считанные минуты монтировать кольцо сборной обделки специальным укладчиком. В 1981 году был установлен мировой рекорд скорости проходки перегонного тоннеля – 1250 метров за месяц.

- А как менялись станции?
– В начале 1960-х годов были разработаны проекты станционных конструкций с минимальным объемом металлических конструкций: станции без боковых посадочных платформ, колонные станции с центрирующими опорами колонн или конструкции полностью исключающие применение металла: односводчатые станции, пилонные станции из сборного железобетона, впервые построенные на пусковом участке строящейся Фрунзенской линии.

- Объясните, как эскалаторные тоннели успешно проходят сквозь толщу слабых водонасыщенных грунтов?
 - По традиционной технологии грунты по контуру будущего тоннеля предварительно замораживают. В результате при проходке вокруг тоннеля образуется защитный ледогрунтовый цилиндр. После окончания проходки эскалаторного тоннеля грунты оттаивают и уплотняются, что приводит к значительным осадкам на поверхности земли, вызывая деформации зданий и сооружений расположенных над ними. Начинается расселение аварийных зданий, лишние траты, «Адмиралтейская», которая так долго остается без связи с поверхностью, – очевидный пример.

- И проблему эту не решить?
– Проблему решили, используя специальные герметизированные щиты с активным пригрузом забоя.

- Что это?
– Грунт измельчается щитовыми шарошками и резцами. В оболочке щита предусмотрены устройства для уплотнения зазора между обделкой и контуром выработки, куда нагнетают специальный раствор, что практически исключает осадки земной поверхности. Измельченный грунт вместе с бентонитовым раствором в виде пульпы удаляется по транспортному трубопроводу на поверхность в сепарационную установку, где бентонитовая суспензия очищается, а затем вновь подается при помощи насоса в призабойную камеру щита. Такого типа механизированный щитовой комплекс был впервые применен в Петербурге на обходе аварийного участка между станциями «Лесная» и «Пл. Мужества».

В щитах с грунтовым пригрузом грунт удаляется шнековым конвейером (как в мясорубке). На поверхность грунт поднимается или обычными вагонетками, или ленточным транспортером. Тоннели, сооруженные таким методом, – это входы на станции «Обводный канал» и «Адмиралтейская». Далее щитовой комплекс переедет на «Спасскую».

- Почему наше метро так медленно строится – только из-за нехватки денег?
 - В 1955-м у нас была построена первая очередь, затем – с 1958-го по 1991-й осуществлено еще 23 пуска, и протяженность линий составила 91,7 км с 54 станциями. В последующее десятилетие темпы снизились. В результате уменьшения финансирования выполнялись лишь первоочередные работы, связанные с капитальным ремонтом и реконструкцией объектов метрополитена. Исследования, проведенные по зарубежной практике, показывают, что во всем мире финансирование их строительства метрополитенов осуществляется в основном за счет доли средств государства: в Италии, Австрии и ФРГ она составляет соответственно 70, 50 и 45%, в США – до 75%, а в Бельгии и Нидерландах – 100%. Оставшаяся часть потребности капитальных вложений финансируется за счет региональных бюджетов. Без стабильной государственной поддержки невозможно развитие метрополитенов.

У нас для развития сети линий метро в соответствии с потребностью города и его финансовыми возможностями необходимо, чтобы сумма расходов на планируемые к строительству объекты складывалась из 50% городского и 50% федерального бюджета. Однако из федерального бюджета город получает едва 18 – 20%.

- Какие новшества в метростроительстве нас ожидают?
– Двухпутные перегонные тоннели и участки выхода на поверхность. Для этого уже приобретен проходческий комплекс большого диаметра. Станция будет выглядеть принципиально иначе: две боковые платформы, а посередине – пути. Вероятно, «Дунайский проспект» будет именно такой.

- Станции закрытого типа не вернутся?
– Станции закрытого типа с обделкой из сборного железобетона впервые появились в начале 60-х годов, как альтернатива колонным и пилонным станциям, выполненным из чугунных и стальных элементов. Путевые тоннели такой станции предназначены лишь для движения поездов, а средний зал – для пассажирской платформы. В итоге мы получали низкую строительную стоимость и высокий темп. Сам я считаю, что все новое – это хорошо забытое старое. Но у руководителей города, призванных решать транспортную проблему, и у нового поколения эксплуатационников может быть иное мнение… Следует учитывать, что на таких станциях машинистам приходится специально доплачивать, потому что психологически трудно работать в темном тоннеле, не видя станций.

- Может, вообще обходиться без машинистов?
– Во французском Лилле еще в 70-е была построена первая линия мини-метро, где курсируют 2- или 3-вагонные поезда, протяженностью 16 км. Поезда управляются из центрального диспетчерского пульта. На некоторых линиях метрополитена в Лионе поезда курсируют без машинистов. В конце прошлого столетия в Париже сдана в эксплуатацию скоростная линия «Метеор», где движением поездов управляют автоматически с диспетчерского пункта. Наши выпускники в «Ленметрогипротрансе» разработали и внедрили Интегрированную автоматизированную систему управления метрополитена. Поезда практически ходят на «автопилоте», машинист присутствует для контроля системы и вмешательства в чрезвычайных ситуациях.                   

Нина АСТАФЬЕВА











Lentainform