ГИДРОЗАЩИТА ТОННЕЛЕЙ МЕТРОПОЛИТЕНОВ

Состояние проблемы

Тоннели метрополитенов извечно «болеют» протечками. Несовершенна герметизация стыков ни в чугунной обделке, ни в обделке из бетонных блоков, много протечек в цельносекционных конструкциях и даже в подземных переходах.

Многолетние натурные исследования убеждают в том, что жесткие уплотнения стыков в обделках тоннелей (расширяющийся цемент — БУС и аналоги) не обеспечивают надежности особенно в зонах, подверженных резким температурным колебаниям (в вертикальных вентиляционных шахтах, на примыкающих к выходам участках).

Даже свинцовая чеканка в сопряжении чугунных тюбингов не гарантирует 100% герметичности из-за низкой адгезии и отсутствия относительного удлинения. Надо отметить, что работа чеканщиков не только исключительно тяжелая, но и опасная (виброболезнь, силикоз легких).

Однако на удивление косное отношение к нововведениям именно в тоннелестроении. В разные годы прошлого века в ЦНИИСе вели исследования в этой области, но прорыва не получалось. В начале 70-х гг. была предложена технология гидрозащиты бетонных блоков для тоннелей глубокого заложения с использованием «рубашки» из стабилизированного полиэтилена. На отдельном стенде испытания показали вполне удовлетворительный результат, однако, к счастью, технология эта «умерла» до внедрения. Создание такой «рубашки» не только требует колоссальных затрат, но и, что самое главное, — полиэтилен не адгезирует к бетону, и малейшая щель (при монтаже блоков эректором в обделку неизбежны механические воздействия — удары как об породу, так и блоков друг об друга) приведет к сплошному обводнению блока.

В связи с этим на ученом совете автором была предложена технология обмазки блоков высокопрочной мастикой на основе дивинилстирольного термоэластопласта (ДСТЭП). Идея на встретила одобрения, хотя и было разрешено вести лабораторные исследования, которые автор проводил совместно с лабораторией № 14 НИИРПа (Смыслова Р.А. и Коняева В.Ф.). Они убедительно показывали эффективность предложенной технологии.

На счастье, в середине 70-х гг. чугунные блоки были подарены Чехословакии для строительства Пражского метро, и у Мосметростроя не было альтернативы новой технологии. Поэтому в 1976 г. было начато внедрение ДСТЭП обмазки блоков на тяжелейшем участке Рижского радиуса, где тоннель глубокого заложения проходит в плывуне. Эта технология была разработана и внедрена впервые. Руководство Очаковского завода железобетонных конструкций и Мосметростроя, убедившись в эффективности новой технологии, дали добро и на другую технологию — гидроизоляцию цельносекционной обделки перегонных тоннелей Серпуховского и Калининского радиусов с использованием эпоксидно-каменноугольной и эпоксидно-каучуковой мастик. Причем нанесение мастик было механизировано впервые в Метрострое.

Параллельно автор вел исследования и экспериментальные работы в натурных условиях по нагнетанию за обделку тоннелей полимерпе- ментного раствора и композиций на основе карбамидных и полиизоциа- натных смол.

Исследования выявили возможности широкого использования герметиков и покрытий на основе бутадиенстирольного термоэластопласта ДСТ-30 марки П, представляющего собой блок-сополимер дивинила и стирола, полученный полимеризацией в растворе в присутствии ли- тийорганических катализаторов.

ДСТЭП — оригинальный класс синтетических полимеров, в котором объединяются свойства вулканизированных эластомеров типа тиоколов и термопластов типа полиэтилена. С одной стороны, ДСТЭПы имеют свойства термопластов: поддаются высокоскоростной обработке (литье под давлением, шприцевание); не требуют вулканизации; возможно повторное использование отходов. С другой стороны, по высокой эластичности и относительному удлинению при низкой остаточной деформации они проявляют и превосходят свойства вулканизованных эластомеров. Осредненная прочность при разрыве ДСТ-30 более 250 кгс/см2 и относительное удлинение около 870%.

Исследования показали, что длительное воздействие воды практически не изменяет когезионной прочности ДСТЭП герметиков, которая у 51-Г-17 (14-ТЭП-7) превысила 100 кгс/см2, что в 3—5 раз больше, чем у вулканизирующихся строительных эластомеров. Относительное удлинение, достигающее 1300%, заметно возрастает под воздействием воды за счет увеличения подвижности макромолекул. Достаточно стабильна когезия и при попеременном увлажнении-высушивании. Дополнительно герметик 51-Г-17 испытывали в КИСИ при попеременном замораживании-оттаивании. Предварительно было определено время замораживания и размораживания образцов при помощи «вживления» в образец термопары. Результаты непрерывной записи замораживания и размораживания эталонного образца показали, что время достижения -20°С — 1,5 ч, а оттаивания при 18°С — 1 ч. Образцы испытывали по 15, 85, 107 и 120 циклов замораживания-оттаивания, что соответствует 60—100 годам эксплуатации обделки тоннеля, не более двух раз в году подвергающейся замораживанию. Оказалось, что коэффициент диффузии воды через пленки из ДСТЭП герметиков составляет 0,17- 10~8см2/с, что в 6—60 раз ниже, чем у широко применяемых строительных полимеров типа винипласта.

Автором в ЦНИИС выполнены исследования прочности ДСТЭП герметиков при отрыве от бетона и чугуна под воздействием воды, естественного воздушного твердения и на предварительно смоченных водой бетонных образцах. Наибольшие величины прочности при отрыве от бетона (через 3 суток при 20°С) у герметиков 51-Г-14 и 51-Г-17 (соответственно 10,4 и 10,6 кгс/см2); они стабильны в течение года.

При выдерживании образцов в воде наибольшая адгезия у 51-Г-17 (через 3 суток — 10,7, а через 30 суток — 11,1 кгс/см2), причем при нанесении этого герметика на влажный бетон с последующим выдерживанием на воздухе, адгезия через 30 суток составила 12 кгс/см2.

Казалось бы, проведенные исследования уже достаточны были для массового внедрения в метростроении, однако Ученым советом ЦНИИС было рекомендовано проверить, не снизится ли при обжатии породой прочность железобетонных блоков обделки с покрытием герметиком 51-Г-14 слоем 0,5-0,8-1,2 мм. В связи с этим были проведены специальные испытания 60 бетонных образцов-кубов с покрытием герметиком 51-Г-14 и без покрытия. Результаты испытаний поразили скептиков. Оказалось, что при наличии двухслойного покрытия толщиной до 1,2 мм (первый пропиточный слой толщиной около 0,3 мм) прочность при сжатии образцов возросла в среднем на 8—15%. Можно с уверенностью предполагать, что увеличение прочности бетонных элементов происходит за счет сглаживания сопрягающихся поверхностей и, как следствие, равномерного распределения нагрузки.

Удивительным оказалось и следующее: не удалось оторвать после сжатия один образец от другого. Но ведь перед сжатием покрытия выдерживали несколько суток, т.е. покрытие из герметика 51-Г-14 полностью затвердевало. В связи с этим неожиданным открытием были проведены дополнительные исследования. В бетонные образцы «вживляли» стальные стержни периодического сечения и затем выполняли двухслойное покрытие герметиком 51-Г-14 тех поверхностей, которые будут сопрягаться. Через 7 и 10 суток (полное затвердевание герметика) образцы сдавливали, не доводя до разрушения, т.е. на 70-75% ранее определенной прочности, затем, закрепив в разрывной машине «вживленные» стержни, разрывали обжатые образцы. Оказалось, что происходило «срастание» встречных покрытий, и прочность при разрыве была почти такой же, как когезионная прочность герметика. Этому отказывались верить даже разработчики ДСТЭПов в НИИРПе.

Точно такое же явление отмечено и при испытании на чугунных образцах. Используя эндемичное свойство ДСТЭП герметиков по разрешению Мосметростроя, в 1977 г. автором был выполнен натурный эксперимент при возведении чугунной обделки на будущей станции «Лубянка». С этой целью торцы чугунных тюбингов для трех колец обделки были покрыты двумя слоями герметика 51 - Г-14 общей толщиной около 1,0— 1,2 мм. Через неделю эти тюбинги по обычной технологии были установлены эректором и сболчены. Остальные тюбинги устанавливали по той же технологии без обмазки торцов. Нужно отметить, что работы эти велись при значительном водопритоке, т.е. до сболчивания через стыки интенсивно лилась вода. Когда тюбинги были смонтированы на 15 м и швы зачека- нены по традиционной технологии БУСом, то оказалось, что через неуплотненные стыки тюбингов с обмазкой герметиком вода не проникала.

В дальнейшем в течение года велись визуальные наблюдения, и герметичность новых сопряжений подтвердилась. Это уникальное свойство ДСТЭП герметиков позволит решать задачи герметизации обжатых конструкций и чугунных обделок тоннелей и преднапряженных пролетных строений мостов.

Казалось, что начнется массовое внедрение, ведь даже главная в то время газета «Правда» на первой странице победоносно сообщала читателям о создании эффективных герметиков и автор премирован был, как победитель конкурсов Метростроя, но по каким-то социальным причинам завод в г. Черкесске закрыли. Из запасов Мосметростроя несколько десятков тонн ДСТЭП герметиков были с успехом использованы при гидроизоляции сантехпомещений в московских вокзалах и герметизации канала цветного телевидения в г. Ташкенте.

Еще в 1975 г. по запросу Тоннельной службы Мосметрополитена под руководством и при непосредственном участии автора опытной партией герметика 14-ТЭП-Л-ЗМ были загерметизированы стыки в чугунных тюбингах обделки вентиляционной шахты на станции «Таганская»[1]. Герметичность сохраняется поныне.

Прошло четыре десятилетия и теперь с уверенностью можно констатировать высокую эффективность и гидроизоляции железобетонных блоков, и герметизации чугунных тюбингов в тоннельном строительстве, так как ни на

одном объекте внедрения не выявлены дефекты.

  • [1] Эта разработка также отмечена премией на конкурсе Мосметростроя.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >