Сравнительный анализ вариантов строительства метрополитена для условий участка второй линии метрополитена в г. Екатеринбурге

Июнь, 2015
Автор: Елифанов С. В., Еремизин А. Н. ОАО «Уралгипротранс»

Развитие современного города, наряду с решением архитектурно-планировочных задач и проблем инженерного обустройства осваиваемых территорий, предполагает также совершенствование внутри городской транспортной системы и, в первую очередь, той ее части, которая относится к пассажирским перевозкам.

Панорама города Екатеринбурга

Увеличение подвижности населения и дальности передвижения приводит к росту пассажирооборота. Возрастающий уровень автомобилизации снижает пропускную способность городских улиц и дорог. Для обеспечения требований надёжности, безопасности и комфортности пассажирских перевозок в условиях современного крупного города в полной мере отвечает метрополитен.Каждый новый город, где начинается строительство метрополитена, каждая новая линия на действующем метрополитене – это новая страница в проектировании и строительстве, непременный творческий поиск и обогащение ранее приобретенного опыта. Подземные сооружения метрополитена – это комплекс объектов, создание которых – одна из технических сложных и трудоёмких отраслей современного строительства с высоким уровнем стоимости.
При проектировании второй линии метрополитена в г. Екатеринбурге на стадии предпроектной документации был выполнен предварительный сравнительный анализ нескольких вариантов. В рамках доклада выделим два варианта, кардинально отличающихся между собой. Первый, так сказать, традиционный в России вариант, представляет собой строительство станций с островными платформами, двух однопутных перегонных тоннеля между станциями с внутренним диаметром ж/б высокоточной обделки 5.6м. Строительство станций предусмотрено выполнить открытым способом в котлованах.
Во втором же варианте рассмотрено строительство станций с боковыми платформами, расположенными в двух уровнях по вертикали. Перегонные тоннели из высокоточной ж/б обделки внутренним диаметром 11,6 м. предусмотрены двухпутными, пути которых так же расположены в двух уровнях по вертикали. Строительство станций и перегонов на всем протяжении линии предусматривается выполнить сквозной проходкой механизированным щитом без вскрытия дневной поверхности. Строительство вестибюлей осуществляется в открытых котлованах.
Технические характеристики плана и профиля линии по вариантам равнозначны по всем показателям: эксплуатационной длине, среднему расстоянию между станциями, уклонам профиля, протяженности прямых и кривых участков пути, за одним исключением, что строительная длина по второму варианту имеет большую протяженность за счет длины оборотных тупиков (разница составляет 458м). Глубина заложения колеблется от 6,5 до 24,5 м.
Конструктивные и объемно-планировочные решения «традиционного» варианта с островной платформой не требуют подробных разъяснений, поэтому сразу перейдем вплотную к альтернативному и сравнительно «новому» варианту, который дает нам возможность сравнить и оценить многие технические параметры, а также взглянуть на них с другой стороны. В чем мы сейчас и убедимся.
Перегонный тоннель сооружается закрытым способом из одного двухпутного тоннеля монтируемого из сборной высокоточной железобетонной обделки Дн/Двн=12,3/11,6м. Тоннель по высоте разделен на две части. Все станции этого варианта сооружаются закрытым способом в сборной высокоточной железобетонной обделке Дн/Двн=12,3/11,6м с боковыми платформами расположенными в двух уровнях. Внутренние конструкции платформенного участка сооружаются из монолитного железобетона.

Станция метро «Ботаническая»

Вестибюли станций сооружаются открытым способом в котловане из монолитного железобетона. В плане вестибюли располагаются с боку станций со стороны посадочных платформ. Связь кассового зала вестибюля с платформой осуществляется поэтажными эскалаторами или лифтами большой вместимости до среднего уровня между верхней и нижней платформой, далее по ступеням до уровня платформы.
Тягово-понизительная подстанция (ТПП) и блок служебных помещений (БТП) размещается в перегонном тоннеле у торцов платформенного участка справа
Тупики с пунктом технического осмотра сооружаются закрытым способом в сборной высокоточной железобетонной обделке Дн/Двн=12,3/11,6м.

Помимо этого, ориентируясь на опыт зарубежных стран, предполагается оснастить проектируемый участок линии комплексной автоматизированной системой диспетчерского управления состоящей из следующих систем:

  • Автоматизированная система управления движением поездов;
  • Автоматизированная система диспетчерского управления;
  • Автоматика электромеханических устройств;
  • Система защитной автоматики;
  • Комплекс систем связи и оповещения;
  • Комплекс систем диспетчерского управления;
  • Комплекс систем безопасности; Указанные автоматизированные системы предусматривается выполнить на основе микропроцессорных комплексов,   обеспечивающих более эффективную работу метрополитена. Микропроцессорные системы имеют следующие преимущества по отношению к ранее применяемым системам:
  • Повышение эксплуатационной готовности систем;
  • Более высокий уровень безопасности и надежности;
  • Протоколирование действий оперативного персонала, поездных ситуаций и хранение данных;
  • Уменьшение габаритов аппаратуры, экономия помещений, снижение потребления электроэнергии, сокращение расходов на обслуживание;
  • Быстрое перепроектирование при изменении путевого развития;
  • Улучшение условий труда;
  • Возможность модернизации систем без остановки и ограничения движения;
  • Возможность автоведения без участия персонала.

Проанализировав варианты, выделим у каждого из них свои плюсы и минусы. Ориентируясь на многолетний опыт проектирования, не будем скрывать, что каждый вариант многогранен и противоречив и дать одностороннюю оценку «хороший» вариант или «плохой» будет как минимум поспешно. Поэтому мы сейчас выделим наиболее рациональные, выгодные и экономичные черты обоих вариантов, соотнеся к их минусам и недостаткам.
Общая площадь станционного комплекса традиционного варианта по отношению ко второму в процентном соотношении составит более 1.2%. Возможность увеличения (реконструкции) длины пассажирских платформ с минимальными затратами, за счет переноса помещений ТПП и БТП, расположенных справа и слева от платформы (при переходе с 4-вагонных составов на 5-ти вагонные и более при необходимости). Возможность размещения дополнительных помещений внутри перегонных тоннелей. Улучшение условий эвакуации пассажиров из перегонных тоннелей в аварийных ситуациях. Исключение столкновений встречных поездов в случае схода состава. Строительство станций в готовой обделке перегонных тоннелей, пройденных механизированным способом - ориентировочное снижение стоимости 2 - 3 млрд.руб.
Несмотря на все вышеперечисленные плюсы, можно выделить следующие недостатки второго варианта:

  • Увеличение объема железобетона для крепления тоннелей.
  • Удорожание-3-5 млн. руб.
  • Удлинение тупиков оборота (450м)
  • Удорожание, 1,5 млн. руб.

С точки зрения эксплуатационных характеристик метрополитена, оба варианта являются равноценными.
Резюмируя все вышесказанное, опираясь в большей степени на зарубежный опыт и сравнительный анализ, можно сказать что второй вариант значительно выигрывает по многим критериям у первого, а кроме того немалая разница в таких показателях, как срок строительства и ее стоимость по современным реалиям выходит на первый план, когда речь заходит об окупаемости и перспективе развития такого важного сегмента любого мегаполиса как метрополитен.

Станция метро «Чкаловская»

Организация строительства.
При проектировании второй линии метрополитена в городе Екатеринбурге нами было рассмотрено несколько вариантов, краткая характеристика двух из которых была озвучена в предыдущем выступлении. Я бы хотел остановиться отдельно на решениях по организации строительства.

При строительстве участка по первому варианту, предлагается принять следующие основные решения:
Строительство сооружений и объектов линии будет осуществляться открытым и закрытым способами. Открытым способом в котлованах будут сооружаться тупики трех станций, часть вестибюлей, а также подземные переходы всех станций первого этапа строительства. Участки открытого способа работ будут сооружаться на трех базовых и одной участковой строительных площадках. Котлованы открытого способа работ предлагается использовать как стартовоприемные при проходке перегонных тоннелей тоннелепроходческими комплексами. Выгрузка-погрузка породы и материалов предусмотрена козловыми кранами, а также перегрузочными комплексами, входящими в технологический комплекс тоннелепроходческих машин.

Закрытым способом сооружаются перегонные тоннели (два тоннеля – левый и правый перегонные тоннели внутренним диаметром 5,6 м), притоннельные сооружения, стволы и подходные выработки, платформенный участок, СТП и часть наклонных ходов. На участке строительства будет запроектировано 4 ствола. Один ствол – рабочий, один – рабочевентиляционный, два ствола – вентиляционные.

Условия строительства характеризуются плотной городской застройкой, наличием разветвленной сети городских коммуникаций по всей трассе строительства проектируемого участка. Наличие скальных весьма крепких вмещающих пород, а также обеспеченность проходческой техникой генподрядчика, обуславливают ведение работ как механизированным, так и буровзрывным способом.
Проходку перегонных тоннелей на рассматриваемом участке предлагается производить с использованием полностью механизированных горнопроходческих комплексов.
На основании вышеизложенного для организации строительства второй линии необходимо обустройство 10-ти строительных площадок - 5 базовых и 5 участковых площадок.
Необходимые для организации стройплощадок территории обременены многочисленными инженерными коммуникациями, требующими Для снижения влияния строительства линии метрополитена на окружающую среду, снижения деформаций земной поверхности и сохранения существующих зданий и сооружений предусматриваются следующие основные противодеформационные мероприятия:

  • обследование зданий и сооружений до начала проходческих работ;
  • разработка мероприятий по предварительному усилению и послеосадочному ремонту зданий;
  • усиление оснований зданий и сооружений.

Кроме того, для обеспечения безопасных условий горнопроходческих работ необходимо проведение инъекционного закрепления слабых водонасыщенных пород, отдельные участки которых выявлены при выполнении инженерных изысканий.
Перед началом освоения строительных площадок необходимо выполнить комплекс работ по переустройству дорог, обеспечивающих движение транс-порта с необходимым изменением маршрутов городского пассажирского транспорта.
Отличительной особенностью второго варианта является сквозная проходка одного двухпутного перегонного тоннеля внутренним диаметром 11,6 м.
Основные принципиальные решения по организации строительства линии по второму варианту аналогичны первому.
Помимо этого следует отметить, что платформенные участки станций размещаются внутри перегонного тоннеля без переборки последнего, что также позволяет сократить сроки строительства.
В открытых котлованах сооружаются только вестибюли станций. Выдача разработанной породы от проходки тоннеля и подача материалов в забой будет производиться автотранспортом, либо конвейерным транспортом с целью обеспечения высоких темпов проходки. Способ отвозки породы от проходки будет уточнен при заключении договора на поставку горнопроходческого оборудова-ния (проходческого щита).
Принятые во втором варианте решения позволяют существенно сократить площади изымаемых для организации строительных площадок городских земель, объемы переустраиваемых коммуникаций и отказаться от полного перекрытия движения по улицам, к которым привязаны вестибюли проектируемых станций. Этапность сооружения станций во втором варианте также отсутствует.
Продолжительность строительства по указанным вариантам определена укрупненными графиками строительства, которые приведены на презентации.
Сравнительная характеристика показателей двух вариантов по условиям строительства.
Применение механизированных ГПК при проходке перегонных тоннелей различного диаметра (6,1 м в первом случае против 12,3 м - во втором) позволило значительно изменить технологию строительства второго варианта: сде¬лать его более привлекательным для использования.

Максимальное снижение доли открытых работ при строительстве в усло-виях плотной городской застройки позволило:

  1. почти в два раза сократить протяженность котлованов для строительства открытым способом во втором варианте (527 м против 1036 метров);
  2. что, в свою очередь, привело к снижению площади территории города, изымаемой под строительство линии с 14,2 га до 8,8 га (на 38%);
  3. значительно уменьшилось количество переустраивае-мых коммуникаций: в 3,7 раза (146179 п.м. первого варианта против 39437 п.м. - второго);
  4. также значительно снизился объем переустраиваемых автодорог: в 4,3 раза (5785 п.м. первого варианта против 1330 п.м. - второго);
  5. появилась возможность сохранить часть зданий, которые необходимо было снести при строительстве линии метрополитена (34 против 25);
  6. продолжительность строительства второго варианта - 3 года, тогда как первого варианта - 5,5 лет.

Минимальная продолжительность строительства, снижение объема подготовительных работ, сокращение затрат на обслуживающие процессы, несомненно, дает положительный экономический эффект: снижение стоимости строительства второго варианта - 1,86 млрд. рублей. Но это еще не все. Есть положительный эффект, который на стадии предпроектной проработки трудно посчитать:

  • сокращение затрат от негативного воздействия крупных стройплощадок на жизнь города
  • минимальные нарушения работы наземного транспорта
  • уменьшение зоны загрязнения и шума;
  • уменьшение негативной зоны влияния строительства метрополитена на наземные здания и сооружения;
  • возможность реализации программы городского внеуличного транспорта за 6-10 лет, включая строительство 2-й и 3-ей линий метрополитена с первоначальной организацией экспресс-метро с минимальным количеством станций, с последующим строительством станции при его эксплуатации. Несмотря на очевидные плюсы второго варианта, у него существуют и минусы.

К ним можно отнести:

  • необходимость ежегодных крупных капиталовложений в строительство (порядка 10 млрд. рублей) на протяжении 3-х лет;
  • необходимость ежедневной транспортировки в отвал 2000 м3 породы (200 рейсов 20-титонных автомобилей);
  • необходимость сооружения специального котлована или камеры со стволом в случае демонтажа щита. Увеличение объемов земляных работ на 90 тыс. м3 не является большим минусом, поскольку весь изъятый грунт возможен для дальнейшего использования и реализации.

Схема екатеринбургского метро

Несмотря на некоторые недостатки второго варианта, он является более предпочтительным для реализации, так как в современном мире, в условиях рыночной экономики положительный экономический эффект, несомненно, выходит на первое место. Также сокращение сроков строительства позволяет сократить сроки окупаемости объекта. И, в-третьих, метрополитен - необходимая часть городской инфраструктуры, без которой невозможно представить современного мегаполиса.

Дополнителные материалы по теме:

Аналоговое моделирование мостов как способ изучения работы реальных конструкций (читать статью)

Подземный пересадочный узел в транспортной инфраструктуре Санкт-Петербурга (читать статью)

Развитие городского подземного пространства - ключ к улучшению условий жизни в мегаполисах (читать статью)

Отправить комментарий

Защитный код
Обновить