Для таких великих підземних споруд, як станції метрополітену, необхідні котловани з досить значними розмірами перетину. Більшість станцій споруджують в котлованах глибиною 10-12 м, а іноді (об'єднані пересадочні станції) до 20 м і більше. Ширину котловану беруть на 2,0-2,2 м більше поперечного перерізу станції з умов гідроізоляції стін конструкції. Тому навіть для спорудження станції з однієї острівної платформою ширина котловану досягає 18-20 м і більше.
Для кріплення стін таких великих котлованів використовують металеві палі з двотаврів №55, №60 або залізобетонні буронабивні палі. Між палями встановлюють затяжку з дощок, залізобетонні плити або завдають набризкбетону. Застосовують також суцільні залізобетонні огорожі, що споруджуються з впритул розташованих бурових паль або способом «стіна в ґрунті».
Металеві палі забивають уздовж бровки котловану на відстані 1,5-2 м. Всі елементи підземних комунікацій, що залишилися в грунті (металеві труби, кабелі та ін.) В місцях забивання паль, необхідно розібрати, розкривши ці місця шурфами.
Як палебийного обладнання використовують дизель-молоти типу С-946-А, вибропогружатели або вібромолоти типу С-467М. Палі забивають до позначки, розташованої на 4-5 м нижче дна котловану. Тому в більшості випадків їх довжина по проекту перевершує довжину стандартного прокату і палі доводиться нарощувати. Для цього кінець палі залишають над землею на 1-1,5 м, приварюють до неї двутавровую балку відсутньої довжини і добивають палю до проектної позначки.
Велика довжина паль призводить до значного відхилення їх від вертикального положення. Вимоги ж якості кріплення обмежують граничне відхилення палі на рівні дна котловану до ± 150 мм. Тому при влаштуванні свайне кріплення глибоких котлованів слід вважати технічно виправданим перед забиванням паль проводити буріння лідерних свердловин. Буріння лідерних свердловин слід передбачати також і в зимовий час при значному (на 1 м і більше) сезонному промерзанні грунту.
Відстань від місця забивання паль до розташування діючих комунікацій (газопроводів, водопроводів, каналізацій і т. Д.) Має бути не менше 3 м, а в зимовий період - не менше 5 м. У тих випадках, коли необхідно уникнути шуму і вібрації, палі не забивають, а встановлюють в заздалегідь пробурені свердловини і закріплюють в нижній частині (до рівня дна котловану) бетоном. Простір між стінами свердловини і палею засипають піском.
Залізобетонні огорожі найбільш ефективні і економічні в тому випадку, якщо вони є одночасно несучими конструкціями станції або включаються до складу цих конструкцій.
Огорожа стін котлованів із залізобетонних буронабивних паль влаштовують, використовуючи різні технології: за однією з них спочатку з кроком 1,5-1,8 м пробуривают свердловини діаметром до 0,8-1 м і встановлюють в них сталеві обсадні труби, потім опускають арматурні каркаси і починають укладати бетонну суміш, поступово витягуючи обсадні труби; за іншою - буріння виробляють під глинистим розчином, який утримує стінки свердловини від обвалення, а після того, як Забур свердловину до проектної позначки, в неї опускають арматурний каркас і методом ТВП (вертикально переміщається труби) укладають бетонну суміш. За допомогою поздовжніх вкладишів в палях залишають вертикальні канали, в які в міру розробки грунту в котловані закладають залізобетонні плити. Буронабивних палями діаметром 0,8 м із затягуванням з набризкбетону був закріплений котлован триярусній станції Празького метрополітену.
З буронабивних паль, розташованих впритул один до одного, можна спорудити суцільну залізобетонну стіну. Після влаштування стін по верху буронабивних паль бетонують поздовжні балки обв'язки; на які згодом спирають перекриття станції.
Більш досконалим способом пристрою одночасно залізобетонної огорожі і несучих конструкцій станції є спосіб «стіна в ґрунті».
Аналогічними прийомами розробляють грунт наступних ярусів, влаштовуючи з'їзди з ухилом до 1:10 і майданчики для розміщення екскаваторів і автосамоскидів довжиною не менше 20 м. Розробку наступних ярусів можна вести екскаваторами пряма лопата з відставанням на 10-12 м від розробки вишерасположенного ярусу.
Мал. 5.23 - Схема розробки грунту при свайно-розпірні кріпленні котловану (а) і черговість розробки котловану (б): 1 - металеві палі; 2 - пояса; 3 - екскаватор-драглайн; 4 - бульдозер; 5 - розстріли; 6 - дошки затяжки; 7 - кутові розстріли; 8 - залізобетонна стіна (портал); 9 - автосамосвал; 10 - контур конструкції; 11 - перегінні тунелі; 12 - огородження котловану; I і IV - розробка грунту екскаватором; II і V - бульдозером; III і VI - вручну
Останній ярус розробляють з недобором ґрунту на дні котловану в 150-250 мм при роботі драглайном і 50-100 мм при роботі зворотною лопатою. Перебори при влаштуванні котловану в нёскальних грунтах (за винятком валунів глибового) неприпустимі. Дно котловану вирівнюють бульдозером і вручну.
Мерзлий грунт розробляють екскаватором без попереднього розпушування тільки при товщині мерзлого шару до 0,25 м при місткості ковша 0,5-0,65 м 3 і до 0,4 м при місткості ковша 1-1,25 м 3. Якщо грунт в зимовий період промерзає на глибину, що перевищує ці величини, його розпушують, розморожують або оберігають від промерзання.
Правильна, організація земляних робіт повинна забезпечити темпи їх виконання в обсязі 300-400 м 3 грунту в зміну.
В процесі розробки грунту при незначному припливі підземних вод їх збирають в тимчасові зумпфи з дерев'яними огорожами і видаляють насосами, встановленими на поверхні землі або в котловані. Всі тимчасові зумпфи, що влаштовуються на дні котловану, після закінчення земляних робіт ліквідують, заповнюючи їх худим бетоном марки М50.
Одночасно з розробкою грунту проводять ретельне кріплення грунту між палями (1). З огляду на значні навантаження на кріплення, як затягування (6) використовують дошки товщиною 50-70 мм або при значному кроці паль круглий ліс діаметром 120-140 мм. При перетині прошарків водонасичених грунтів простір між палями можна перекрити двома шарами дощок. Перший шар укладають, як зазвичай, горизонтальними рядами, але через просмолені канати. Дошки другого ряду розташовують вертикально і розпирають їх в горизонтальні металеві куточки, приварені до паль з кроком 1-1,2 м по висоті. Ділянки з нестійкими сипучими грунтами при оголенні паль проходять з забивний кріпленням.
Після розробки котловану на певну глибину влаштовують розпірну або анкерне кріплення стін котловану. При влаштуванні распорной кріплення спочатку встановлюють пояса (2) зі здвоєних двотаврових або швелерних балок №45, закріплюючи їх на кронштейнах, приварених до полиць паль або закладних деталей залізобетонних стін. При спорудженні стін з буронабивних паль пояса влаштовують з монолітного бетону.
Після влаштування поясів козловим краном (ККТС-20) монтують розстріли (5), розпираючи їх в пояса клинами або домкратами. Внаслідок значної ширини котловану для забезпечення стійкості розстрілів їх виконують з труб діаметром понад 600 мм і встановлюють з кроком 4,5-6 м.
У торцях котловану встановлюють підкоси (кутові розстріли) (7), розташовані під кутом 45 ° до стін, наголошуючи їх в поздовжні пояси. На висоту перегінних тунелів зводять торцеві бетонні стіни (8) з круговими отворами по контуру тунелів (11).
Через великий ширини котлованів для станцій метрополітенів розстріли виходять громіздкими і важкими: маса одного розстрілу може досягати 2,5 т і більше. У більшості випадків їх необхідно встановлювати в два ряди, а при глибоких котлованах - і більш. Це викликає значні труднощі при виробництві будівельних робіт і особливо при монтажі збірних конструкцій. Намітився в останні роки перехід на укрупнені елементи збірних станційних конструкцій ще більш ускладнює їх монтаж при розпірні кріпленні котловану. Тому замість систем кріплення із застосуванням розстрілів для забезпечення стійкості паль або залізобетонних стін слід використовувати більш прогресивну анкерне кріплення.
У відносно сприятливих інженерно-геологічних умовах (супіщані або суглинні грунти природної вологості) для кріплення стін висотою до 10 м може бути рекомендований спосіб стрижневого кріплення котлованів. Суть цього способу полягає в наступному. У міру пошарової розробки котловану (на глибину 1-1,5 м) в укіс пневматичної машиною ПУМ-3 (маса 18 кг) забивають арматурні стержні діаметром 14-16 мм. Довжина стержнів в залежності від глибини котловану становить від 3 до 6 м; встановлюють їх в шаховому порядку з кроком 0,8-1,0 м. Для захисту укосу від місцевих обвалень і розмиву грунту атмосферними опадами на стрижні навішують сталеву сітку і наносять шар набризкбетону товщиною 3-5 см. В результаті з прилеглого до котловану масиву грунту формується самонесуча армована грунтова стіна. Досвідчені роботи, проведені в нашій країні, в ФРН і Франції, дозволяють зробити висновок, що стрижневе кріплення є ефективним способом зміцнення крутих (аж до вертикальних) укосів котлованів. Воно технологічно в роботі, вимагає невеликих трудовитрат і незначного витрати металу у порівнянні з традиційним пальових кріпленням. Порівняльні розрахунки трудовитрат і вартості при стержневом і пальовій кріпленнях котлованів (з урахуванням 85% повернення металу при пальовій кріпленні) дозволяють зробити висновок, що застосування стрижневий кріплення майже втричі скорочує трудовитрати і дає економію коштів до 45%.
Всі елементи тимчасового кріплення котлованів (металеві та залізобетонні палі, залізобетонні стіни, пояси, дошки і колоди, затягування, набризкбетону покриття розстріли, анкерні відтяжки і арматура стрижневого кріплення) повинні бути розраховані по міцності, стійкості і за деформаціями під впливом бічного тиску грунту і тимчасових навантажень на борту котловану. На підставі цих розрахунків складають паспорт кріплення котловану, який є основним документом, що визначає послідовність робіт з розробки законопроекту і кріпленню.