На станции метро в Китае отказались от постоянного центрального целика и сократили расчётный срок проходки со 273 до 96 дней

При строительстве станции метро «Байцзюйсы» в китайском Чунцине инженеры изменили первоначальную технологию разработки тоннеля большого сечения, отказавшись от сохранения центрального грунтового целика на всю высоту выработки и связанной с ним системы временной крепи. Вместо предусмотренной проектом разработки девяти отдельных выработок с последовательным демонтажем центрального целика применён оптимизированный трёхуступный способ проходки. Решение предварительно проверили численным моделированием, затем испытали на опытных участках и использовали при сооружении всего станционного тоннеля под контролем геотехнического и микросейсмического мониторинга. Расчётное сравнение графиков показало возможность сокращения продолжительности работ на условном стометровом участке с 273 до 96 дней.

Результаты исследования опубликованы 3 июля 2026 года в журнале Scientific Reports. Авторы — Хайюнь Хуан и Вэньгэ Цю из Юго-Западного транспортного университета Китая.

Объектом исследования стала станция «Байцзюйсы» линии 18 метрополитена Чунцина.

Станционный тоннель расположен в районе Дадукоу и отличается значительными размерами подземной выработки.

Его протяжённость составляет 233 м, ширина поперечного сечения — 24,5 м, а высота — 21,48 м. Площадь сечения достигает 448,8 м².

Глубина заложения изменяется от 24,7 до 35,4 м.

Такие размеры предъявляют особые требования к устойчивости горного массива и выбору последовательности разработки грунта.

В отличие от обычного перегонного тоннеля сравнительно небольшого диаметра, крупногабаритное станционное пространство невозможно рассматривать без учёта влияния протяжённого свода и больших вертикальных стен.

При разработке значительного сечения происходят интенсивное перераспределение напряжений и изменение условий работы первичной крепи.

Поэтому первоначальная технология строительства предусматривала разделение выработки на девять отдельных участков по методу двух боковых штолен.

Сначала последовательно разрабатывались боковые части тоннеля, а центральный грунтовый целик сохранялся для дополнительной поддержки свода и разделения выработки.

На каждом этапе выполнялось устройство первичной и временной крепи.

После завершения проходки боковых участков предполагалось последовательно разрабатывать центральный целик и демонтировать поддерживающие конструкции.

Такая схема позволяет ограничивать размеры одновременно раскрываемого сечения, но существенно усложняет организацию работ.

Отдельные проходческие операции должны выполняться в небольших пространствах, что ограничивает применение крупной механизированной техники.

Кроме того, необходимость устройства и последующего демонтажа временной крепи увеличивает объём трудоёмких работ.

Для станции «Байцзюйсы» дополнительную сложность представлял демонтаж временных конструкций на высоте до 21 м.

Инженеры решили проверить, возможно ли отказаться от части этой системы без ухудшения устойчивости массива и работы основной крепи.

Исходным условием стало достаточно благоприятное состояние пород на глубине расположения станции.

По данным инженерно-геологических изысканий, поверхностная часть разреза представлена насыпными грунтами и пылеватыми глинами.

Ниже залегают сильно выветрелые песчанистые аргиллиты и песчаники.

Основной объём станционного тоннеля расположен в умеренно выветрелых песчаниках и песчанистых аргиллитах.

Горный массив характеризуется относительно хорошей сохранностью. Трещиноватость оценена как слабая или умеренная.

По результатам исследований индекс геологической прочности GSI составил 50.

При изучении скважин после удаления промывочной жидкости не наблюдалось восстановления уровня воды, что указывало на незначительную водообильность исследованного массива.

Такие условия создавали предпосылки для использования собственной несущей способности пород при оптимизации последовательности проходки.

Однако разработчики не ограничились геологическим заключением и выполнили трёхмерные численные расчёты.

Для сравнения исходной и новой схем применялось программное обеспечение FLAC3D.

Прочностные характеристики скального массива описывались с использованием критерия Хоека — Брауна.

Размеры расчётной области составляли 245 × 73,5 × 134,5 м.

В модель также включили несимметричное воздействие от дорожной насыпи, расположенной над одной из сторон подземного сооружения.

Таким образом, исследователи учитывали не только размеры станции, но и особенности окружающей застройки и распределения нагрузок.

Первоначальный способ предусматривал последовательную разработку девяти участков с устройством временной крепи и сохранением центрального целика практически на весь период проходки.

Оптимизированная технология основывалась на разделении сечения на три уступа.

Верхний уступ дополнительно разрабатывался тремя частями. Сначала проходили боковые участки, временно сохраняя центральную часть свода.

На среднем уступе сначала разрабатывали центральную зону, после чего переходили к боковым участкам.

Нижний уступ предполагалось разрабатывать за один этап, обеспечивая более быстрое замыкание первичной крепи по контуру сооружения.

Главное отличие заключалось в отказе от протяжённого центрального целика с системой временной крепи, которую необходимо было сохранять и затем демонтировать по всей высоте станции.

При этом новая технология не означала полного отказа от поэтапной разработки и всех временно сохраняемых участков породы.

На верхнем уступе центральная часть продолжала выполнять временную поддерживающую функцию на определённой стадии проходки.

Такое уточнение существенно для правильного понимания применённой технологии.

Инженеры сохранили проектную первичную крепь станционного тоннеля.

Она включала систематические анкеры длиной 4,5 м, металлические арки из профиля I22b, армирующую сетку и набрызгбетон класса C25 толщиной 300 мм.

Вторичная обделка предусматривала монолитный железобетон толщиной 900 мм с использованием арматуры диаметром 28 мм.

Между первичной и вторичной конструкциями проектом была предусмотрена гидроизоляция и деформационный резерв 150 мм.

Сохранение основной крепи при изменении схемы разработки позволило сравнить влияние именно последовательности проходки и временных конструкций, не смешивая его с принципиально новым типом постоянного крепления.

Результаты расчётов показали, что обе технологии обеспечивают сопоставимые показатели устойчивости окружающего массива, работы анкеров и первичной крепи.

При этом новая схема не приводила к неприемлемому увеличению перемещений и внутренних усилий.

На основании этих данных инженеры перешли к натурной проверке.

На двух концах станции оборудовали опытные участки длиной 7 и 6 м.

Там проверяли фактическую реакцию горного массива и крепи на изменённую последовательность разработки.

В состав программы входили измерения деформаций, напряжений в первичной крепи и наблюдения за микросейсмической активностью.

Микросейсмический мониторинг использовали для регистрации сигналов, связанных с развитием локальных повреждений в окружающих породах.

Пространственное распределение таких событий может давать дополнительную информацию о развитии трещин и изменении состояния массива.

Однако отдельные микросейсмические сигналы не являются непосредственным измерением несущей способности пород.

Их необходимо интерпретировать совместно с деформационными и силовыми показателями.

На опытных участках наблюдения подтвердили расчётные предположения.

После разработки центральной части выработки усилия в первичной крепи оставались ограниченными, а влияние временного целика на общую устойчивость оказалось менее значительным, чем предполагалось в первоначальной технологической схеме.

Микросейсмические события не образовывали выраженных скоплений вдоль ожидаемых поверхностей разрушения.

Уровень энергии регистрируемых событий и скорость её накопления оставались сравнительно низкими.

После успешной проверки оптимизированную технологию применили при строительстве всего станционного тоннеля.

Долговременный мониторинг показал, что напряжения в первичной крепи, осадка свода и горизонтальное сближение стенок со временем стабилизировались.

Полученные значения оставались в допустимых пределах и в целом согласовывались с результатами численного моделирования.

Особый интерес представляет экономическая оценка.

Для условного участка станции длиной 100 м авторы сравнили графики выполнения работ по исходной и оптимизированной технологии.

В принятом расчётном сценарии первоначальный метод требовал 273 дней, тогда как трёхуступная схема — 96 дней.

Разница составила 177 дней.

Сокращение расчётной продолжительности достигалось прежде всего за счёт уменьшения количества проходческих операций, отказа от части временной крепи и увеличения рабочего пространства для строительных машин.

Согласно расчёту авторов, экономия на оплате труда составила около 5,73 млн юаней.

Снижение объёмов устройства и демонтажа временных конструкций обеспечивало ещё около 1,29 млн юаней.

Дополнительная экономия на использовании техники оценивалась примерно в 1,59 млн юаней.

Общий расчётный эффект для рассматриваемых 100 м достигал 8,62 млн юаней.

В частности, исключались работы, связанные с 17 т анкерных элементов, 225 т временных металлоконструкций и 1396 м³ набрызгбетона, подлежащего демонтажу.

Важно, что приведённые 273 и 96 дней — результат сравнительного расчёта календарных графиков для условного стометрового участка при принятых скоростях выполнения операций.

Их нельзя автоматически считать фактически зафиксированной продолжительностью строительства двух одинаковых участков разными способами.

Натурная проверка в исследовании подтверждает допустимость оптимизированной технологии по параметрам деформаций и работы крепи.

Экономические показатели получены отдельным расчётом по принятым строительным условиям.

Для российских проектировщиков подземных сооружений исследование представляет интерес прежде всего как пример обоснованного пересмотра технологической схемы на основании инженерно-геологических данных.

В рассматриваемом случае достаточная устойчивость относительно сохранного скального массива позволила сократить объём временных конструкций без изменения основной системы крепления.

Однако результат нельзя переносить на тоннели в слабых водонасыщенных грунтах или сильно нарушенных породах без самостоятельных расчётов.

При других геологических условиях центральный целик и временное раскрепление могут играть определяющую роль в обеспечении безопасности выработки.

Главный практический вывод состоит в том, что технологическая схема строительства крупногабаритного подземного сооружения должна подтверждаться не только расчётами, но и поэтапной натурной проверкой.

Инженерные изыскания позволили определить возможность оптимизации, численная модель — оценить ожидаемую реакцию массива, опытные участки — проверить расчётные предпосылки, а последующий мониторинг — контролировать безопасность выбранной технологии.

Именно сочетание этих этапов позволило перейти от сложной девятиэтапной разработки к более производительному трёхуступному способу строительства станции большого сечения.