Állomásépítés
A metróállomások és műtárgyak szerkezeti kialakítását, és építéstechnológiáját meghatározó tényezők
A zárt (bányászati) építési módszer
A nyitott építési módszer
1. A résfal
2. A fúrt cölöp
Az egymásba metsző cölöp, és a cölöpfalas munkagödör körülzárás
3. Résfalas és cölöpfalas építéstechnológiával tervezett metróállomások
4. Felső födémes, milánói építési módszer, "Deckel Bauweise", "Top-Down" (résfal-födém, cölöpfal-födém építési módszer)
5. Ferde cölöpfalas építési módszer
6. Kétütemű hosszában osztott födémépítés, középső munkahézaggal
Állomások, és vonali műtárgyak, kihúzó-fordító műtárgy
A metróállomások és műtárgyak szerkezeti kialakítását, és építéstechnológiáját meghatározó tényezők
A földalatti létesítmények építéstechnológiáját több tényező határozza meg. A geológiai, hidrogeológiai szempontok mellett, (a talaj szerkezete, szilárdsága, vízáteresztő képessége, a talajvíz helyzete stb.) fontos tényező a létesítmény geometriája, elhelyezkedése (fenékmélység, a födém feletti földtakarás stb.). Meghatározó szempont a megválasztandó építéstechnológiának az épített és természeti környezetre gyakorolt hatása. Nem elhanyagolható a sűrűn beépített városi környezetben humán környezetre gyakorolt hatása sem. Az építéstechnológia helyes megválasztása meghatározó az építéssel járó, kialakuló süllyedések, és a mindig meglévő építési kockázatok miatt.
Az építéstechnológia kiválasztásánál a lehetséges legkisebb kockázatra törekedve, mérlegelni szükséges, minden ismert befolyásoló tényezőt, a funkció, és a gazdaságosság szempontjait figyelembe véve.
A metróállomások, a fordító és kihúzó műtárgyak elméletileg, ha függetlenítjük a környezetüktől nyitott és zárt építési módszerrel is megépíthetők.
A zárt (bányászati) építési módszer
A bányászati építési módszer lehet hagyományos, vagy a korszerű lőttbetonos módszer, robbantásos vagy gépi fejtéses technológiával. Hosszabb szakaszok építésénél gazdaságosabb alagútépítő géppel (frézerrel) vagy nyitott és zárthomlokú alagútépítő pajzzsal, nagyszilárdságú kőzetben alagútfúró-géppel építeni.
A zárt építési módszer előnye a hosszú földalatti műtárgyaknál, a vonalalagutaknál, a nagyobb takarás esetén, a zárt beépítésű városrészek alatt jelentkezik.
Korszerű zárthomlokú bentonitzagy homlokmegtámasztású hidropajzzsal vagy földpép homlokmegtámasztású EPD pajzzsal kis takarás esetén is lehetséges ma már építeni alagutat.
A nyitott építési módszer
A nyitott építési módszerrel a műtárgyat rézsűs munkagödörben is lehetséges megépíteni, de ez már városi környezetben a beépítettség miatt nem lehetséges. A városi belsőkben a függőleges falú munkagödrök kialakítása jöhet csak számításba, ilyenek a szádfalas, a résfalas, és a fúrt cölöpös munkagödör biztosítások.
A vert vagy vibrált szádfalas munkagödör biztosítás kivitelezése közben a környezetét nagy zajjal és rezgéssel terheli. A környezetkímélő résfalas és a fúrt cölöpös munkagödör biztosítás a megfelelő méretezés esetén, vízzáróan megépítve az építendő földalatti létesítmények statikai, teherhordó szerkezeteiként is funkcionálhatnak.
A résfalas vagy cölöpfalas építéstechnológiával készülő munkagödrök a megfelelően méretezett kitámasztással, vagy kihorgonyzással, a környezetükben nem okoznak számottevő süllyedést.
1. A résfal
A résfal olyan térszín alatti szerkezet, mely speciális, ma már elektronikával vezérelt géppel és arra rászerelt markoló szerszámmal, réselési technológiával készül. A fal vastagsága, a mélységéhez viszonyítva csekély, ezért a kialakított munkagödör rés jellegű. A kialakított rés oldalfalait speciális tulajdonságú, és a víznél nagyobb térfogatsúlyú résiszap támasztja meg. Az elkészített résbe méretezett, előregyártott, összehegesztett betonacél-szerelés, az ún. armatúra kerül beemelésre. A résfal betonozása a sűrű résiszap támasztó védelmében, a résiszap szintje alatt, a fokozatosan felhúzott betonozócsővel történik. Gyakorlatban a résfal vastagsága 0,6-0,8 m között van mélysége akár 40 m is lehet.
A résfalas munkagödör körülzárás
Az egyes résfal táblák egymás mellé építhetők, így tetszőleges számú, a szükség szerinti résfaltábla összeépítésével a tervezett geometriájú földalatti műtárgy oldalfalai megépíthetők. Amennyiben az egyes résfaltáblák szakaszolócső közbeiktatásával készülnek, akkor a réstáblák a visszahúzott szakaszolócső helyén, egymásba metszően, egymásba kapaszkodva tudnak épülni, így kialakulhat egy vasbeton doboz szerkezet. A vízzárás fokozására a táblák munkahézagai közé speciális fugaszalag helyezhető el, így kialakítható a vízzáró munkagödör-körülzárás, az úgynevezett "fehér fürdőkád".
2. A fúrt cölöp
A fúrt cölöp föld alatti, fúrási technológiával előállított szerkezet, melynek nagyátmérőjű furatát elektronikával vezérelt speciális fúrógéppel állítják elő. A speciális fúrószerszám kiválasztása, spirál, kanál, görgő stb. a talajviszonyoktól függ.
A furatot a beomlástól általában védőcsővel védik, a védőcsövön belülről emelik ki a földet, a megfelelő szerszámmal. A megfelelő mélység elérése után a furatba méretezett, előregyártott, összehegesztett betonacélszerelést, az armatúrát leengedik, és a védőcső folyamatos lassú visszahúzása mellett kibetonozzák.
Az egymásba metsző cölöp, és a cölöpfalas munkagödör körülzárás
Az egymás mellé fúrt cölöpökből cölöpfal alakítható ki. A vízzáróság érdekében a cölöpök helyét úgy tűzik ki, hogy a cölöp tengelyek egymástól való távolsága kisebb, mint a cölöpök átmérője, vagyis a cölöpök egymásba metszenek. Ezt nevezik egymásba metsző cölöpöknek.
A friss, vasalatlan betoncölöp fúrható, a vasalt, armatúrával ellátott cölöp viszont nem. Ezért fontos a fúrt cölöpfal építésének sorrendje. Mindig az először elkészített két vasalatlan betoncölöp közé fúrják a vasalt, armatúrával ellátott cölöpöt, azután az építési sorrend egy vasalt, egy vasalatlan a szükség szerinti hosszban és alakban. Gyakorlatban a cölöp átmérője 0,9-1,2 m között van, hossza tetszőleges.
Ily módon tetszőleges számú cölöp egymás mellé fúrásával készül az egymásba metsző fúrt cölöpfal. Az ilyen technológiával kialakított, egymásba metszően fúrt cölöpfalakból kialakított munkagödör körülzárás oldalról vízzáró.
A cölöpfal építése esetén a környezetében nem alakul ki kőzet-deformáció, nincs számottevő süllyedés, mert az építés minden pillanatában, a fúrt lyuk védőcsővel, illetve betonnal van megtámasztva.
3. Résfalas és cölöpfalas építéstechnológiával tervezett metróállomások
A 4-es metró vonalvezetése a sok egyéb szempontot is figyelembe véve úgy került meghatározásra, hogy a metróállomások lehetőleg terek és széles utcák alatt legyenek kialakíthatók. Ez a megoldás gazdaságosabb, "utasbarát", és kedvezőbb utasforgalmi, szempontból, mert így az állomásokat magasabbra lehet helyezni, ami csökkenti átszállások idejét, és ezzel együtt csökken az úgynevezett "eljutási idő".
A magasabbra emelt állomások és a felettük lévő szabad terek, lehetővé teszik a nyitott építési módszerű résfalas vagy fúrt cölöpös építési technológiát.
A cölöpfalból vagy résfalból kialakított vízzáró dobozszerkezet tetején épül a legfelső födém, alul a tervezett mélységben megépül az alaplemez. Így kialakul a doboz állomás nyers vasbeton szerkezete, amelybe a mélységnek megfelelő tetszőleges számú közbenső födém beépíthető.
A nyitott építési módszernek van hátránya a városbelsőkben történő építés esetén. A felszínből az építési idő alatt területeket vesz igénybe, amivel zavarja a forgalmi rendet, és mint minden építés zajjal, és porképződéssel zavarja a környezetét. A környezetet zavarásának csökkentésére, már több bevált megoldást lehet alkalmazni.
A kivitelezés során olyan organizációt és építési sorrendet kell választani, hogy az egyidejűleg igénybevett építési terület lehetőleg a legkisebb, és az építési idő, ami a felszínt zavarja, a lehető legrövidebb legyen.
Azokban az országokban, és városokban, ahol hosszabb ideje és folyamatosan építik a metrót, sok tapasztalat halmozódott fel, és az évek folyamán kialakultak a városok belsejében használható környezetkímélő építéstechnológiák.
Ilyen építéstechnológia az ún. "milánói módszer", vagy Németországban a "Deckel Bauweise" magyarra fordítva a felső födémes építési mód, vagy angol nyelvterületen "Top-Down" fentről lefelé építési mód.
A vízzáró, hosszú résfalas vagy cölöpfalas munkagödör körülzárások a külső, természetes talajvízáramlás útjában akadályt jelenthetnek. A visszaduzzasztó hatás kiegyenlítésére, a talajvízszint megfigyelő monitoring rendszer adatai alapján, megfelelően méretezett, gyakorlatban bevált, a közlekedő edények alapján működő átvezető szerkezetek, berendezések épülnek. Ezzel a szerkezetek a Dunával párhuzamos szakaszon az észak-déli metró vonalán is megfelelően működnek. A Thököly út körzetében lévő hosszabb kihúzó műtárgy esetén van ennek jelentűsége, de itt a talajvízáramlás fő irányával közel párhuzamos a kihúzó szerkezete, tehát a visszaduzzasztó hatás nem olyanjelentős.
4. Felső födémes, milánói építési módszer, "Deckel Bauweise", "Top-Down" (résfal-födém, cölöpfal-födém építési módszer)
Ennek a módszernek az a lényege, hogy a felső záró födém a lehető leghamarabb elkészül, és az állomások építése ezután a födém alatt bányászati módszerrel folyik tovább a környezet, a felszín minimális zavarásával.
A 4-es metró dobozállomásainak építésénél ez a módszer alkalmazható. Első ütemben elkészítendő a közművek, az építési területről való kiváltása után oldalanként az állomást határoló rés- vagy cölöpfalak, ha lehetséges a közúti forgalom folyamatos fenntartásával.
A közműkiváltásokat úgy kell - ha szükséges - szakaszosan végezni, hogy a közműellátás minden időben folyamatosan biztosítható legyen. Úgy kell szervezni a munkákat, hogy a lakóházak, üzletek megközelítése biztosítható legyen; mentők, tűzoltók, szemétszállítás, áruszállítás mindenkor megoldható legyen, valamint a mozgássérültek, gyerekkocsik mozgása ne legyen akadályoztatva. Ezeket a feltételeket a kivitelezés megkezdése előtt meg kell tervezni, és a hatóságokkal elfogadtatni.
Az állomást határoló résfalak, vagy cölöpfalak megépítése után épül meg a felső vasbeton zárófödém, földre zsaluzva. Az elkészült felső födémre vissza lehet ezután helyezni a végleges közműveket, és elkészíteni a végleges felszíni rendezést, visszaadni részben vagy teljesen a közúti vagy gyalogos forgalomnak a felszínt. Ez az a minimális építési idő, amikor a minden építéssel együtt járó kellemetlenségeket közvetlenül el kell viselni a környezetnek és a lakosságnak. Szűkebb utcákban, a rés vagy cölöpfalra ráépített konzolokra helyezett provizórikus útfelülettel oldják meg a helyi célforgalmat.
Az állomásépítési munkák ezután tovább folynak a födém alatt. A felső födém alól a földkiemelés bányászati módszerrel történik, a helyi adottságoknak megfelelően, a födémben kihagyott földkiadó nyíláson keresztül, vagy távolabbra épített szállító alagúton keresztül, vagy az állomás mellé épített ún. "zseben" keresztül. Az állomás építési munkáinak kiszolgálása is ezeken a nyílásokon, vagy a már elkészült alagúton keresztül történik.
A leadó nyílások éjszakára zajvédő tetővel lezárhatók. Így a munka éjszaka is folyhat, ami a munkákat gyorsítja. A lezárt állomási térből a szellőztetés ventillátorral történik, szellőző csövekkel és porleválasztóval.
A födém alatti földkiemelésnek vannak hátrányai is: fajlagosan lassabb a földkiemelés, valamint világítást és szellőzést is kell kiépíteni. Az éjszakai, többműszakos munkavégzés lehetőségével viszont a teljes építési idő lerövidíthető. Az építési módszerből fakadóan elmaradhatnak a drága és időigényes segédszerkezetek, horgonyok építésének egy része, helyettük a közbenső födémek épülnek a résfalak, cölöpfalak megtámasztására.
5. Ferde cölöpfalas építési módszer
Ma már nem csak a Budapesthez hasonló nagyvárosokban építenek metrót, hanem a kisebb városok történelmi városmagjaiban is. Itt a szűk utcák és terek, a beépítettség nem teszi lehetővé a felszínről a nagy fesztávolságú állomási terek réselését.
A technika fejlődése magával hozta az építőipari gépek és a gépek elektronikus vezérlésének a fejlődését. Ezáltal pontosabb szerkezetek előállítása lehetséges. Ez adott lehetőséget arra, hogy nagyátmérőjű, pontosan egymásba metsző vasbeton cölöpök fúrásával vízzáró ferde cölöpfalak előállíthatók legyenek.
A felszínen a szűk utcákban, az utcák tengelyétől kifelé, ferdén egymásba metszően fúrt cölöpfalakkal el lehet érni a tervezett mélységben, a szükséges peronszélességű állomásterek kialakítását.
Az így kialakított állomás szerkezet felül keskeny és lefelé egyre bővül. Ezáltal a szerkezeteket gazdaságosabban lehet méretezni, mert az állomási doboz szerkezetet felúszásra nem kell méretezni.
A ferdén fúrt cölöpökből előállított cölöpfalak, a felszínen elhelyezett födém szerkezet is keskenyebb, kisebb lesz a lezárt építési terület, nagyobb felület marad a közlekedés és a felszín használói számára.
A ferde cölöpfalas és a milánói módszerű építéstechnológia kombinálása ideális módszer belső városrészekben történő, állomások, műtárgyépítésekre.
6. Kétütemű hosszában osztott födémépítés, középső munkahézaggal
Az utóbbi időben több korszerű építési segédszerkezet és kisegítő eljárást fejlesztettek ki, és alkalmaztak a földalatti műtárgyak és metróállomások építésénél a történelmi városok belső városmagjaiban és a szűk belvárosi utcákban. Ezek alkalmazásával ma már a korábban elképzelhetetlen is megoldható. Lehetséges a felső födémet hosszában megosztva, két ütemben építeni, középen munkahézaggal toldani. Ezáltal egy-egy építési ütemben még kisebb helyet vesz el a felszínből az építés, ami kedvezőbb a közművek kiváltásánál átépítésénél, és a zsúfolt városbelsőkben, a forgalom ideiglenes terelésének megoldásánál.
Az alkalmazásra javasolt résfalas, vagy cölöpfalas munkagödör határolással és a "milánói módszer" alkalmazásával a környezetet, a felszínt zavaró építési idő metróállomásonként 6-8 hónapra rövidül. Ez elengedhetetlen, hiszen ma már elképzelhetetlen és megengedhetetlen a városüzemeltetési és humán szempontok alapján, hogy úgy, mint húsz évvel ezelőtt az Üllői út és a Váci út évekig le legyen zárva egy metróépítés miatt.
Állomások, és vonali műtárgyak, kihúzó-fordító műtárgy
- A Kelenföld pályaudvar állomás a MÁV pályaudvar alatt helyezkedik el, ezért csak zárt, bányászati módszer jöhet számításba.
- Két állomás helyét a Duna befolyásolja. A Szent Gellért téri állomás részben a Műegyetem CH épülete alatt helyezkedik, és a Fővám téri állomás részben a Duna alatt. Az épület alatt és a Duna alatt elhelyezkedő állomásszerkezeteket csak zárt bányászati módszerrel lehet megépíteni.
- A Móricz Zsigmond körtéri állomás az elégséges takarás miatt zárt, bányászati módszerrel is megépíthető, alternatívaként.
- A többi állomás bányászati zárt módszerrel csak költséges kiegészítő, és kőzetjavító segédeljárásokkal valósítható meg, mint talajszilárdítás, túlnyomás, vagy felszínről épített, injektált szigetelőfalakból előállított "vízzáró szekrény"-en belüli helyi víztelenítés, talajfagyasztás segítségével, és ezek szükség szerinti kombinációival.
- A Keleti pályaudvar állomás gazdaságosan csak felszínről, nyitott építési módszerekkel építhető a vizet tározó pleisztocén homok, homokos kavicsrétegekben.
- A Baross téri kihúzó-fordító műtárgy is résfalas vagy fúrt cölöpös építéstechnológiával építhető.