Еще в годы строительства первой очереди Ленинградского метрополитена у ленинградских метростроевцев выработалась традиция — из года в год, от участка к участку внедрять новые, более совершенные конструкции и методы возведения подземных и наземных сооружений, повышая производительность труда, сокращая сроки строительства и стоимость линий метрополитена. В первые десятилетия благодаря содружеству проектных и научно-исследовательских организаций, институтов и заводов Ленинграда был создан и внедрен ряд новых проходческих механизмов и конструкций, позволивших улучшить методы строительства метрополитена. В их числе в первую очередь следует назвать механизированный проходческий щит для перегонных тоннелей, железобетонную обделку из высокопрочного бетона марки «600», оборудование автоматического управления движением поездов на основе централизованной программно-моделирующей системы и многое другое.
В эти годы были разработаны основные решения принципиально новых высокоэффективных конструкций сооружений и горнопроходческого оборудования, которые нашли самое широкое применение в проектах Ленинградского метрополитена на одиннадцатую и двенадцатую пятилетки. Подавляющее число этих решений внедрялось и осваивалось в годы девятой пятилетки при сооружении четвертого участка Кировско-Выборгской линии. Дальнейшее развитие и расширение областей применения новых конструкций не прекращается.
Совершенствование конструкций, снижение стоимости, металлоемкости и трудозатрат на монтаж обделки перегонных тоннелей привело к разработке и внедрению сборной железобетонной обделки из блоков простой формы, собираемых с обжатием в породу. Такая обделка немедленно вступает в совместную работу с грунтом. Вследствие ликвидации зазоров между грунтом и обделкой в процессе обжатия устраняется возможность проседания кровли выработки и осадок дневной поверхности, отпадает необходимость в сдерживающем темп проходки мокром процессе заполнения зазора. По сравнению с ранее применявшейся обделкой обычного типа экономится до 100 кг металла на 1 пог. м, на 15,6% уменьшается стоимость, значительно снижается трудоемкость монтажа. Время, затрачиваемое на сборку кольца обделки при проходке механизированным комплексом КТ-1-5,6, доведено до 7—8 мин.
Новый тип высокоэффективной обделки, простой в изготовлении и сборке, в сочетании с усовершенствованным механизированным проходческим комплексом позволил значительно повысить скорость проходки перегонных тоннелей в условиях Ленинграда. Применяя эту обделку при сооружении перегонного тоннеля между станциями «Удельная» и «Пионерская» на Московско-Петроградской линии, ленинградские метростроевцы в декабре 1980 г.— январе 1981 г. установили наивысшее достижение скорости проходки — 1250 пог. м готового тоннеля за 31 рабочий день. Максимальная суточная скорость проходки составила 48 м, а максимальная сменная — 20 м. Скорости проходки при рядовых условиях приближаются к техническим паспортным — 350 пог. м в месяц, а часто и превышают их. Блочная, обжатая в породу железобетонная обделка стала основным типом обделки, применяемой при сооружении перегонных тоннелей Ленинградского метрополитена.
Творческий поиск новых, более современных конструкций станций метрополитена на рубеже девятой и десятой пятилеток завершился созданием принципиально новых типов односводчатой и колонной станций, коренным образом отличающихся от ранее построенных. В основу конструкции односводчатых станций заложена реализация принципа обжатия обделки в породу для сводов большого пролета. Успешное применение такой обделки при сооружении перегонных тоннелей выявило значительные преимущества такой технологии возведения подземных конструкций. Однако применение ее для большепролетных сводов требовало серьезных проработок и дальнейших усовершенствований. Строительству первых станций со сборной обделкой, обжатой в породу, предшествовали большие исследования по вопросам статической работы конструкций. Конструкция станции была многократно испытана на моделях методом эквивалентных материалов. Исследования и испытания убедили в надежности и долговечности принятых в проекте конструктивных решений.
В поперечном сечении станция представляет собой однопролетный свод, опирающийся на массивные бетонные опоры. Замыкающий конструкцию обратный свод является одновременно распоркой для боковых опор. В центральной части станции располагается пассажирская платформа. Под ней и частично на ее уровне размещаются служебные и технические помещения.
Новое решение предоставляет неограниченные возможности раскрытия большого пространства для архитектурного оформления станции, позволяет использовать разнообразные приемы освещения и тематической отделки торцов и путевых стен. Перекрытие всей ширины станции одним сводом создает благоприятные условия для замены ручного труда проходчиков механизированным. Так, при строительстве первых станций из общего объема грунта 30 тыс. м3 около 60% (ядро и лоток) разрабатывалось механизированным способом — с помощью электрического экскаватора-ковша активного действия. В дальнейшем в процессе совершенствования конструкций, методов сооружения и средств механизации предполагается практически весь объем станционного узла разрабатывать механизированным способом. С этой целью отрабатывается технология сквозной проходки боковых тоннелей механизированными комплексами в едином цикле с примыкающими перегонными тоннелями и интенсивно ведутся работы по созданию агрегата для механизированной проходки верхнего свода.
Заложенные в конструкции технологические возможности позволили организовать процесс сооружения станции по поточному принципу, с совмещением всех основных циклов, что намного сокращает сроки строительства. Так, первая опытная станция указанной конструкции— «Площадь Мужества» — была построена за 25 месяцев, в то время как станции других типов возводились за 36—40 месяцев.
Следует особо остановиться на качественных характеристиках конструкции односводчатых станций. В результате практически немедленного введения свода в плотный контакт с окружающим массивом, а также благодаря предварительному напряжению с усилием величиной примерно 40% от нормальной силы, вызываемой горным давлением, процесс стабилизации конструкции и вступления ее в совместную работу с грунтом протекает в очень короткие сроки. После обжатия полностью прекращаются деформации свода, а следовательно, и деформация окружающего массива грунта и поверхности. Опыт сооружения в Ленинграде односводчатых станций показывает, что их конструкция позволяет осуществлять строительство в районах плотной городской застройки без угрозы опасных деформаций наземных зданий и сооружений.
Существенным качественным и одновременно экономическим фактором строительства односводчатых станций является значительная экономия дефицитного металла. Суммарный расход его на односводчатую станцию для восьмивагонных составов немногим выше 1600 т, и экономия на одну станцию составляет около 8 тыс. т.
В основу конструкции нового поколения станций колонного типа положен принцип шарнирного опирания сводов на несущие металлоконструкции. Такое решение исключает растягивающие напряжения в несущих элементах и практически обеспечивает идеальную работу конструкции. Это позволило применить сборную железобетонную обделку вместо чугунной и облегченные металлоконструкции из высокопрочной низколегированной стали 09Г2С. Отказ от чугунной обделки боковых тоннелей и среднего свода и замена их железобетонными дают экономию чугуна до 8 тыс. т на одну станцию.
На традиционных станциях колонного типа колонны опираются на сплошную железобетонную плиту, так что использовать пространство под платформой для служебных помещений не представляется возможным. В новой конструкции стальные колонны опираются на нижний монолитный железобетонный прогон, который, в свою очередь, шарнирно опирается на блоки нижней части обделки. Такое конструктивное решение позволило получить под платформой дополнительный объем и использовать его для служебных помещений.
В разрабатываемых проектах новых линий предусматриваются преимущественно односводчатые станции. При этом предусматривается совмещение всех элементов станционного узла в едином объеме, под одним общим сводом. Это позволяет вести работы по единой отработанной технологии, с помощью единого комплекса механизмов, использовать однотипные конструктивные элементы и, таким образом, еще выше поднимать качество сооружений, сокращать трудозатраты и сроки строительства. Первыми такими узлами являются станции четвертого участка Московско-Петроградской линии.
При строительстве Ленинградского метрополитена применяются и другие прогрессивные и эффективные конструкции. Примером могут служить армоцементные конструкции, в частности крупноэлементные водозащитные зонты для станций и эскалаторных тоннелей. Эти конструкции, монтируемые в виде трехшарнирных арок, не связанных с основной несущей обделкой, обладают высокими технологическими, эксплуатационными и архитектурными качествами. На их работу не влияют деформации основной несущей обделки тоннеля, они требуют минимума затрат труда при монтаже и отделке, изготовляются на механизированной поточной линии. Достаточно сказать, что монтаж зонтов в эскалаторном тоннеле длиной более 100 м при нормальной организации работ продолжается менее десяти суток, а полная их отделка занимает меньше недели. Работникам служб эксплуатации не приходится производить ремонтных работ даже в период активного размораживания и деформации наклонного хода.
Можно привести немало примеров применения прогрессивных конструкций, материалов и средств механизации, позволяющих осуществлять строительство метрополитена в Ленинграде на высоком техническом уровне и с отличным качеством. Решающим условием технического прогресса является тесная творческая работа коллективов строителей, проектировщиков, эксплуатационников и научных организаций, направленная на достижение наивысшей эффективности и качества строительства.