Устройство конструкции для освоения подземного пространства в местах перепада рельефа
Полезная модель применима для закрытого подземного строительства сооружений со стороны откоса, реконструкции подземных сооружений, наращивания подземной части существующего здания. Существенными признаками модели является место применения: места значительного перепада рельефа, а также способ создания плиты перекрытия путем горизонтального бурения гнезд в грунте с обсадными трубами с последующим закачиванием под давлением бетона. Таким образом, в грунте создается прочное подземное перекрытие, служащее потолком при проведении последующих работ. В отличие от существующих аналогов, устройство конструкции позволяет отказаться от использования временных креплений потолка и стен забойного пространства в ограниченных зонах, резко снижающих безопасность работ, от местного быстрого усиления стен и потолка дополнительными стойками, поскольку работы по выемке грунта производятся под созданным перекрытием. Конструкция позволяет применять землеройную технику, что ускоряет производство работ.
Область техники.
Полезная модель относится к области строительства. Применима для закрытого подземного строительства сооружений со стороны откоса, реконструкции подземных сооружений, наращивания подземной части существующего здания. Уровень техники.
Известен способ строительства подземного сооружения открытым способом в котловане. Недостатком данного способа является нарушение земной поверхности на больших площадях, что в условиях застроенной городской территории возможно осуществить лишь в редких случаях.
Известен способ строительства подземного сооружения, включающий разработку породы в забое, временное крепление призабойной части выработанного пространства передвижной механизированной крепью, транспортирование горной массы за пределы призабойной части, возведение обделки подземного сооружения внутри выработанного пространства, транспортирование горной массы на земную поверхность, возведение обделки подземного сооружения посредством установки за механизированной крепью после передвижки секций под защитой ее перекрытия нижних, боковых и верхних элементов, при этом верхние элементы в процессе установки распирают в нижние временными раздвижными стойками, а по мере продвигания забоя их заменяют на верхние и нижние поддерживающие продольные балки и распорные колонны, причем колонны жестко соединяют с поддерживающими балками, (патент РФ 
(19) RU (11) 2023161 (13) C1).
Рассмотренный способ, как и предлагаемая полезная модель, относится к закрытым методам строительства подземных сооружений. Недостатком прототипа является необходимость использования временных креплений потолка и стен забойного пространства в ограниченных зонах, что резко снижает безопасность работ, требует местное быстрое усиление стен и потолка дополнительными стойками, выемка грунта производится малыми объемами и затрудняет применение землеройной техники, таких как бульдозер и т.п.Все это приводит к повышению трудоемкости и увеличению сроков производства работ.В предлагаемой же конструкции для освоения подземного пространства эти недостатки отсутствуют, так как, не нарушая целостности грунта, за один прием в толще грунта устраивается плита сразу и одновременно первый ряд опор при вертикальной поверхности на всю ширину сооружения, что позволяет в зависимости от толщины плиты значительно увеличить глубину забоя, определяемой шагом продольных рам-подпорок, например, до 15-20 и более метров. При этом повышается безопасность работ, так как выемка грунта производиться под заранее смонтированной плитой.
Наиболее близким прототипом полезной модели является способ возведения тоннеля (патент РФ (19) RU (11) 2181417 (13) С1), который включает образование в грунте защитного экрана, инъекционное закрепление грунта во внутреннем объеме будущего тоннеля и снаружи него с образованием инъекционных свай под основанием тоннеля, последующую разработку закрепленного грунта во внутреннем объеме будущего тоннеля и возведение обделки. При инъекционном закреплении грунта по крайней мере во внутреннем объеме будущего тоннеля создают армированную структуру грунта с прочностью на сжатие в зонах, наиболее удаленных от ближайшего или ближайших к ним инъекционных каналов, составляющей не менее 1,5 МПа. В рассматриваемом аналоге слабый грунт по контуру туннеля инъецируется цементом и превращается в несущий материал, после чего из под него происходит выемка грунта. Это возможно, если со стороны потолка толщина усиленного грунта сверху выдерживает нагрузку при частом расположении грунтовых опор. То есть, при ориентировочном расчете толщина верхнего усиленного грунта при шаге грунтовых опор 8 метров должна быть не менее 6 метров при последующем усилении внутренних стен и потолка. Грунт, усиленный этим способом, теряет прочностные свойства в течение месяца, и используется только на время производства работ в виде армированного несущего торкретирования стен и потолка. В предлагаемой полезной модели надежность резко повышается, значительно сокращаются виды производственных процессов, сроки и стоимость, также предлагаемую полезную модель возможно сооружать при мелком заложении тоннеля.
Раскрытие полезной модели.
Задача, на решение которой направлено создание полезной модели -разработка способа строительства подземного сооружения без деформации земной поверхности и с наименьшими материальными, временными и техническими затратами; разработка способа реконструкции подземных сооружений уже существующих строений без деформации строений. Возможно строительство как одноуровневых, так и многоуровневых подземных сооружений. При этом полезная модель применима в местах значительного перепада рельефа, при работе в уже существующих котлованах, при строительстве подземных сооружений в набережных и с береговых склонов. Полезные свойства модели максимально проявляются при строительстве подземных сооружений в набережных судоходных рек под объектами улично-дорожной сети. Для возведения сооружения с помощью полезной модели не требуется перекрывать участки улично-дорожной сети и задействовать их как основной источник обеспечения строительства необходимыми материалами. В данном случае обеспечение строительства материалами и техникой может происходить с воды. Таким образом, полезная модель решает задачу подземного строительства в мегаполисах и крупных городах с плотной застройкой и загруженными автодорогами. Поставленные задачи решаются за счет того, что полезная модель строится в местах значительного перепада рельефа, плита потолочного перекрытия создается путем горизонтального бурения гнезд, с обсадными трубами с армированием, бетонированием и предварительным обжатием на бетон с контрольной трубкой заполнения бетоном и против воздушных пробок; под плиты перекрытия по мере выемки грунта поочередно ставятся продольные опорные рамы. Существенные признаки:
1. Располагается в местах значительного перепада рельефа (открытый береговой склон, стена котлована)
2. Плиты перекрытий состоят из обсадных труб, заполненных бетоном, содержащих арматуру, с контрольной трубкой заполнения и против воздушных пробок; под плитами перекрытия находятся продольные опорные рамы.
Технический результат заключается в возможности подземного строительства (в том числе неглубокого залегания) без нарушения земной поверхности и сооружений, находящихся над зоной подземного строительства. Применение полезной модели повышает безопасность работ, позволяет применять землеройную технику, ускоряет строительство. Технический результат достигается за счет того, что все строительные работы проводятся с откоса, и перекрытия создаются методом горизонтально-направленного бурения, позволяющим сохранить целостность земной поверхности при строительстве. Части конструкции.
1. Перекрытия устройства: состоят из обсадных труб с арматурой и тросами для обжатия бетона, заполненных бетоном. В каждой трубе располагается контрольная трубка заполнения трубы бетоном, служащая для отведения воздуха. Обсадные трубы могут располагаться, например, в шахматном порядке.
2. Продольные опорные рамы из монолитного железобетона.
3. Внутренние стены из монолитного железобетона.
4. Наружные стены со стороны откоса из фасадных материалов. Устройство сооружается под землей с откоса. Возможно сооружение в местах значительного перепада рельефа, при работе в уже существующих котлованах, при строительстве подземных сооружений в набережных и с береговых склонов
Под плиты перекрытия по мере выемки грунта поочередно ставятся продольные опорные рамы с шагом, определяемым формулой:
L=(8 Мф/q)1/2(1)
Мф =WRb(2)
W=100d2/10,2(3)
Здесь L - шаг рам;
q - суммарная универсальная нагрузка на покрытие на единицу площади с учетом давления грунта;
Мф - максимальный изгибающий момент на единицу ширины, выдерживаемой плитой;
W - момент сопротивления сечения единицы ширины плиты, равной 1,0 метр; Rb - расчетное сопротивления бетона;
d - расчетный диаметр трубы, составляющей сечения плиты.(Размерность в формулах 1-3 в кгс, см.). Осуществление полезной модели.
При возведении сооружения на границе воды требуется устроить шпунтовое ограждение.
На фиг.1 показан поперечный разрез подземного сооружения. На фиг.2 показан фрагмент продольного разреза подземного сооружения.
С откоса 1 бурильной установкой 2 с насосом, просверливаются горизонтальные гнезда 3 с обсадными стальными трубами с тросами для обжатия «на бетон» и арматурой, с последующим закачиванием под давлением бетона. Для избежания образования воздушных пробок 4 и контроля заполнения гнезда бетоном по центру располагается стальная труба 5 с выводом наружу. Поочередно, по мере удаления грунта 6 ставятся продольные опорные рамы 7 и на завершающем этапе внутренние и наружные стены 8.
Пример расчета плиты перекрытия подземного сооружения шириной 4000 см.=40 м с универсальной нагрузкой q=10тс/м2=100кгс/пог.см. Приведенная толщина плиты с расчетным d=90 см диаметром Класс бетона В40 Расчетное сопротивление бетона Кь=240 кгс/см2 . По формуле(3) W=100×902/10,2=88480cм3 /м По формуле (2) Мф=88480×240=21235294 кгс см. Шаг рам должен быть не более по формуле (1) L=(8x 21235294/100)1/2 -1303,38cм=13 м. Сопротивление обсадных труб не учитывается. Так как плита предварительно обжата, то трещиностойкость и жесткость обеспечивается. Описание чертежей.
На фиг.1 показан поперечный разрез подземного сооружения. На фиг.2 показан фрагмент продольного разреза подземного сооружения.
С откоса 1 бурильной установкой 2 с насосом, просверливаются горизонтальные гнезда 3 с обсадными стальными трубами с тросами для обжатия «на бетон» и арматурой, с последующим закачиванием под давлением бетона. Для избежания образования воздушных пробок 4 и контроля заполнения гнезда бетоном по центру располагается стальная труба 5 с выводом наружу. Поочередно, по мере удаления грунта 6 ставятся продольные опорные рамы 7 и на завершающем этапе внутренние и наружные стены 8.
Устройство подземных сооружений закрытым методом путем сооружения на заданной глубине помещений с заданной высотой, шириной и длиной, укрепления потолка и стен железобетонными плитами перекрытий с опорными продольными рамами и стенами, отличающееся тем, что располагается в местах значительного перепада рельефа, плиты перекрытий состоят из обсадных труб, заполненных бетоном, содержащих арматуру, с контрольной трубкой заполнения и против воздушных пробок; плиты перекрытия сопряжены с продольными опорными рамами, расположенными с шагом, определяемым формулой:
где L - шаг рам;
q - суммарная универсальная нагрузка на покрытие на единицу площади с учетом давления грунта;
Мф - максимальный изгибающий момент на единицу ширины, выдерживаемой плитой;
W - момент сопротивления сечения единицы ширины плиты, равный 1,0 м;
Rb - расчетное сопротивление бетона;
d - расчетный диаметр трубы, составляющий сечение плиты, (размерность в формулах 1-3 в кгс, см). 
