При неудовлетворительном состоянии конструктивных элементов трубы (тела трубы, входных и выходных оголовков) и малой их прочности, как правило, практикуют замену старой трубы новой. При этом в зависимости от высоты насыпи, наличия специализированного оборудования, возможности получения «окон», условий производства работ и т. п. применяют один из следующих способов сооружения трубы: открытый, комбинированный, штольневый, щитовой и продавливания насыпи (рис. 6.70).
Рис. 6.70.Варианты сооружения водопропускной трубы в насыпи:
а — открытым способом; б — в прорези; в — комбинированным способом; г — штольневым способом; д — щитовым способом; е — продавливанием;
1 — шпунтовое ограждение; 2 — фундамент трубы; 3 — сооружаемая труба; 4 — разгрузочный пакет; 5 — крепление прорези; 6 — крепление штольни; 7 — монтажная камера у низового портала трубы; 8 — стенка из брусьев; 9 — опорное кольцо из бетона; 10 — первое кольцо трубы из блоков; 11 — щит; 12 — упорная рама; 13 — домкраты; 14 — звенья трубы; 15 — ножевое кольцо
Открытый способ используют при небольшой высоте насыпи (до 5—6 м). При этом способе сооружение трубы в пределах существующей насыпи производится в открытом котловане с естественными откосами, который перекрывается временным разгрузочным пакетом (рис. 6.70, а), длина которого определяет возможную глубину разработки котлована.
С целью уменьшения объема земляных работ и длины разгрузочного пакета над трубой можно устраивать прорезь с распорным креплением еестен (рис. 6.70, б). В поперечной прорези выполняют работы по сборке трубы. Затем прорезь заполняют грунтом с постепенной разборкой крепления и тщательной утрамбовкой земли. В последнюю очередь снимают разгрузочный пакет.
В практике при высоте существующей насыпи 8—10 м применяют комбинированный способ сооружения трубы — сочетание открытого котлована в верхней части насыпи, перекрытого разгрузочным пакетом небольшой длины, и прорези в нижней (рис. 6.70, в). Открытый и комбинированный способы могут быть использованы как при замене старых труб, так и при сооружении новых труб рядом с дефектными с последующей их разборкой.
Выполнение работ по замене трубы открытым способом сопровождается значительными трудностями, связанными с необходимостью перерыва движения поездов, демонтажа верхнего строения пути, разработки грунта земляного полотна с привлечением землеройной, транспортной и грузоподъемной техники. Альтернативой, исключающей все перечисленные недостатки, является бестраншейный способ прокладки водопропускных труб. Как правило, его применяют при высоте насыпи 10 м и более. К бестраншейному способу сооружения новых труб при реконструкции относят методы продавливания трубы через насыпь, горизонтального бурения и прокола.
Продавливание трубы через насыпь при наличии хороших грунтов — один из удобных способов реконструкции трубы (рис. 6.70, е). Рядом со старой трубой продавливают новую бесфундаментную (железобетонную или металлическую) при помощи домкратов и специальных опорных устройств. По мере продвижения тела трубы в насыпь промежуток между трубой и домкратами заполняют прокладками, толщина которых должна быть не больше максимальной длины выдвигаемого штока домкрата. С перемещением трубы на длину очередной секции прокладки убираются и в освободившееся пространство производится укладка новой секции. Передняя часть направляющей секции трубы для облегчения продвижения в насыпи оформляется в виде ножевого кольца с острыми краями.
В современных условиях в системе железнодорожного транспорта применяется специальный комплекс для сооружения железобетонных водопропускных труб методом продавливания через насыпь, в состав которого входят щит и домкратные станции. Средний темп продвижения трубы в насыпи составляет 2 м в смену. С помощью этого комплекса можно сооружать трубы отверстием 2 м и более в насыпях высотой до 12 м.
В настоящее время для устройства водопропускных труб на большой глубине оказывается целесообразным сооружение новых труб с проходкой выработки вдоль оси трубы одним из применяемых в тоннельном строительстве способов: проходкой штольни или проходкой выработки с помощью щитового комплекса.
Штольневый способ строительства трубы очень сложен и применяется редко. Он может использоваться как краткосрочное сооружение для пропуска воды (рис. 6.70 г). Внутренние размеры штольни должны назначаться достаточными, а ее очертание должно быть удобным для сооружения фундамента и тела трубы, нанесения изоляции, а также для удаления деревянных элементов крепления по окончании постройки трубы и заполнения пазух между трубой и выработкой цементным раствором, каменными материалами или утрамбованным грунтом.
Щитовая проходка (рис 6.70, д) с разработкой грунта под защитой подвижной крепи — щита, отталкивающегося домкратами от собранной за ним части трубы (как при постройке тоннелей), является прогрессивным способом сооружения новых труб. Однако несмотря на известные преимущества (возможность ведения работ на большой глубине, высокий темп наращивания трубы, экономичность, безопасные условия производства работ, не требующие перерыва движения поездов и т. п.), щитовой способ постройки труб из-за отсутствия серийно изготовляемого горнопроходческого оборудования, пригодного для строительства водопропускных труб, пока широкого распространения не получил.
Из современных методов горизонтального бурения для сооружения новых труб находит применение метод шнекового бурения с одновременным продавливанием футляра трубы. Сооружение водопропускных труб диаметром до 2 м выполняют путем прямого бурения шнековой буровой машиной, которая позволяет бурить горизонтальные скважины с одновременным задавливанием в грунт трубы-футляра (рис. 6.71). Скорость бурения составляет 4–5 м/ч.
Рис. 6.71.Схема продавливания трубы с использованием
метода шнекового бурения:
1 – крепление передней стенки рабочего котлована; 2 – упор; 3 – труба; 4 – приямок для наращивания трубы; 5 – привод; 6 – шнековое устройство; 7 – рама; 8 – гидравлический домкрат
В последние годы в процессе адаптации технологии бестраншейного прокладки труб стали использовать стеклопластиковые трубы круглого сечения диаметром до 2 метров взамен металлических труб, подверженных коррозии, особенно на электрифицированных участках железных дорог. Комплекс испытаний стеклопластиковых водопропускных труб, проведенный НИИ Мостов и дефектоскопии ФАЖТ, подтвердил выводы об эффективности и целесообразности их применения для бестраншейной прокладки.