Еженедельник "Снабженец"
http://www.snab.ru

Полная версия этой статьи в формате PDF:
СКАЧАТЬ

Тоннели для будущих магистралей Особенности подземного строительства XXI в. В результате финансового кризиса поток инвестиций в дорожное строительство резко сократился, однако за минувшие десять «тучных» лет протяженность дорожной сети увеличилась незначительно, а качество и того меньше. Если прежде много писалось и говорилось о том, что аховое состояние российских дорог мешает экономическому росту страны, то сегодня оно может стать серьезным препятствием на пути выхода из экономического кризиса. Вот простой пример. Одним из важнейших проектов общегосударственного масштаба является строительство олимпийских объектов в Сочи. Для их возведения в регион необходимо доставить около 100 млн т стройматериалов, но пропускная способность существующих дорог не позволяет сделать этого в запланированные сроки. Эта и другие проблемы развития транспортной инфраструктуры страны подробно обсуждались на проходивших в Экспоцентре II Транспортном конгрессе и серии выставок Exporail, InterTunnel, TransCon, организованных компанией «Рестэк». Наряду с финансовой проблематикой, широко обсуждалась и техническая. Строительство современных магистралей не обходится без возведения сложнейших инженерных объектов, таких как эстакады, мосты, тоннели. И потому не удивительно, что в рамках конгресса самый обширный блок докладов был выделен в тему под названием «Транс­портные тоннели для будущих ма­-гистралей». Несмотря на особую сложность, высокую стоимость и трудоемкость подземного строительства, во всем мире отмечается увеличение его объемов. Причин тому две. Первая состоит в том, что сегодня при прокладке железнодорожных и автомобильных магистралей, прежде всего, исходят из скорости сообщения, не слишком считаясь с особенностями рельефа в виде пересеченной местности, горных хребтов и даже морских проливов. Для их преодоления и?требуется прокладка большого количества тоннелей. Другая не ме­нее значимая причина — это стремительный рост городов. Постоян­ный приток населения и увеличение количества автомобилей вкупе с дефицитом свободного пространства заставляют современные мегаполисы рас­ти вверх и уходить под землю. Московские власти обещают, что, начиная с 2010 г., в столице ежегодно будет строиться по 60 тыс. м2 подземных торговых площадей. Не менее внушительные «подвальные» этажи имеются в Монреале, Мюнхене и Париже. Правда, там, в отличие от Москвы, под землей предпочитают размещать не торговые площади, а автостоянки. Например, в Париже под Елисейскими полями находится грандиозная сеть парковок, создание которой позволило существенно разгрузить центр города, улучшить дорожную обстановку и поднять общий комфорт городской среды. Россия имеет богатую историю подземного строительства. Это и прокладка метро в семи крупнейших городах — последнее длиной 6,8 км было запущено в эксплуатацию в 2005 г. в Казани. И сооружение огромного торгового центра под Манежной площадью в Москве. И, наконец, прокладка в сложнейших геологических и климатических условиях Северо-Муйского железно­дорожного тоннеля длиной 15,3 км на?БАМе. Однако, несмотря на накопленный опыт, сроки запуска многих объектов постоянно переносятся, строительство недопустимо затягивается и сопровождается большим количеством аварий. Так, про Северо-Муйский тоннель говорят, что каждый его километр оплачен четырьмя жизнями, т. к. во время строительства, затянувшегося более чем на четверть века, в нескольких авариях погибло 57 человек. В начале XXI в. платить такую высокую цену за сооружение всего лишь одного дорожного объекта просто недопустимо. Поэтому так остро стоит вопрос о внедрении в практику российского тоннелестроения способов, позволяющих существенно снизить долю ручного труда. Говоря о высоких технологиях в дорожном строительстве, прежде всего, имеют в виду такие методы, как компьютерное проектирование, механизация проходческих работ, постоянный мониторинг породы. Они позволяют не только значительно ускорить строительство, повысить его экономическую эф­фек­тивность, но и минимизировать вредное воздействие на окружающую среду. Подземное строительство Основа основ в тоннелестроении — это проходка, в ходе которой осуществляется разработка грунта и возведение несущих элементов (обделки) будущего тоннеля. Про­ходка может вестись как открытым, так и закрытым способом. Понятно, что в условиях большого города при дефиците территории, густой за­стройке и обилии коммуникаций пред­почтение отдается закрытым подземным работам. Прежде основным способом прокладки тоннелей был буровзрывной, основанный на разрушении грунта зарядами взрывчатки, заложенными в заранее пробуренные шпуры с последующей расчисткой забоя породопогрузочными машинами. Неверный расчет мощности взрыва часто становился причиной аварий и обвалов забоя, на расчистку которых уходили месяцы. Сегодня вместо взрывов при сооружении тоннелей в мягких и обводненных грунтах стали применять тоннелепроходческие механизированные комплексы (ТПМК). Комплекс собирается на дне монтажной камеры (котлована), который служит началом тоннеля. В передней его части устанавливаются щиты с роторным рабочим органом и различным взаимозаменяемым режущим инструментом, которыми из­мель­чается порода. В особо сложных геологических и градостроительных условиях применяются ТПМК с активным пригрузом. В таком случае для повышения устойчивости забоя на него дополнительно давит собранный внутри призабойной камеры позади ротора бентонитовый раствор (гидропригруз) либо измельченный и перемешенный грунт (грунтопригруз). По мере накопления разработанная порода отбирается из камеры при помощи шнекового конвейера. Далее она перегружается на ленточный конвейер и подается в вагоны для транспортировки из тоннеля. Избыточное давление на забой регулируется путем соизмерения скорости подачи щита на забой со скоростью и производительностью шнекового конвейера. В призабойную зону и камеру могут дополнительно подаваться пена и полимеры для кондиционирования грунта и придания ему пластично-текучего состояния, что обеспечивает его более стабильное прохождение через конвейер. Забой удерживается балансом сил между горным давлением перед ротором механизированного комплекса и давлением домкратов его сдвига, расположенных на задней части щита. Начиная разрабатывать грунт, машина первоначально принимает нагрузку на себя, удерживая тоннель от обрушения. Далее по мере прохождения ТПМК укрепляет его стены кольцами из железобетонных тюбингов* с герметичными прокладками. Отталкиваясь набором домкратов от торца смонтированного кольца, машина продвигается вперед на расстояние, равное ширине кольца, чтобы сразу за этим смонтировать следующее. После закрепления блоков кольца специальными болтовыми связями за кольцо нагнетается тампонажный раствор, заполняющий строительный зазор между обделкой тоннеля и породой. Процесс проходки контролируется оператором с пульта управления, расположенного в головной части машины. Ведение ТПМК по точно определенной траектории осуществляется при помощи высокотехнологичной системы управления, спе­циальной программы и бортового компьютера. Герметичность обделки обеспечивается уплотнениями, устанавливаемыми по периметру торцов кольца. Сжимаясь в межблочном пространстве под действием больших нагрузок при сборке кольца, эти уплотнения способны выдержать давление водяного столба снаружи тоннеля и успешно противостоять проникновению воды. В большинстве случаев одинарного уплотнения из эластомеров достаточно для обеспечения герметичности тоннеля. Обделка тоннеля и соответствующая тоннелепроходческая машина полностью взаимо­зависимы, и ни та, ни другая не мо­-гут быть правильно рассчитаны без учета геометрии, технических и рабочих характеристик каждой из этих систем. По сравнению с другими технологиями (обычный щитовой или буро­-взрывной способ, применение опускных секций для строительства подводных тоннелей и т. п.) использование ТПМК с активным пригрузом имеет весьма существенное преимущество. А именно, оно позволяет сразу после завершения проходки получить водонепроницаемый тоннель, готовый к оснащению технологическим оборудованием. Другая перспективная технология возведения подземных сооружений, так называемый новоавстрийский метод строительства тоннелей (New Austrian Tunneling Method, сокращенно NАТМ), предусматривает минимальное время нахождения выработки без крепления. Сам тоннель можно прокладывать как буровзрывным способом, так и с помощью комбайна. При создании охранной конструкции (крепи) тоннеля в качестве несущего элемента непосредственно используется окружающий зону проходки массив пород. В процессе строительства происходит поэтапное усиление крепи путем введения в нее различных стабилизирующих элементов. При этом ведется систематическое контрольное наблюдение за напряжением в массиве, нагрузками на крепь и смещением пород. Как правило, технологическая реализация метода предусматривает после обнажения пород нанесение слоя набрызг-бетона толщиной 5– 10 см. Далее возводят основную анкерную крепь длиной 3–6 м с закреплением химическими вяжущими, а затем дополнительную крепь с закреплением цементным раствором. На анкерную крепь накладывается арматурная сетка, после чего наносится еще один или чаще несколько слоев бетона. Работы по наращиванию крепи могут осуществляться как в период строительства, так и во время эксплуатации подземного сооружения, в зависимости от развития смещений породного массива, окружающего выработку. Новоавстрийский метод на самом деле не так уж и нов — он был запатентован еще в 1958 г. А. Бруннером, а теоретически обоснован австрийскими профессорами Л. фон Рабце­вичем и Л. Мюллером. В настоящее время с его помощью построены сотни километров тоннелей и других подземных сооружений, главным образом, в Европе и Японии. Строительство открытым способом Открытый способ прокладки тоннелей применяют, как правило, для строительства на свободных территориях не слишком заглубленных (до 12 м) объектов: коллекторных тоннелей, метрополитенов мелкого заложения, трубопроводов, подземных переходов. При возведении подземных сооружений таким способом работы ведутся либо котлованным (траншейным) методом, либо с использованием передвижной крепи. В первом случае поверхностный слой вскрывают, вырывают котлован или траншею и в их дно упирают конструкцию будущего сооружения. После окончания монтажных работ траншею засыпают грунтом и восстанавливают дорожное покрытие. При использовании передвижной крепи подземные сооружения возводят с помощью специальных щитов незамкнутого профиля, передвигающихся за счет отталкивания от собранной обделки. Они играют роль временной защиты, предотвращающей обрушение по­ро­ды при ее разработке. По мере продвижения крепи пространство, оставшееся между возведенной обделкой и поверхностью земли, засыпают грунтом. В отличие от котлованного способа, при котором стены выработки по всей длине фиксируют временной крепью, применение передвижной крепи исключает стационарное ог­раждение стен котлована. При этом удается существенно снизить уровень вибрации и практически исключить осадку соседних объектов. Как следствие, такой метод позволяет проводить работы в условиях городской застройки. Операции по разработке, погрузке грунта и возведению постоянной обделки производятся практически одновременно, что значительно сокращает сроки строительства. Еще один способ, рассчитанный на возведение подземных сооружений вблизи существующих зданий, — так называемая «стена в грунте». Сущность метода заключается в том, что стены заглубленного сооружения возводят в узких траншеях-щелях глубиной до 60 м. Их вертикальные борта удерживаются от обрушения при помощи глинистой суспензии, создающей избыточное гидростатическое давление на грунт и играющей роль временного крепления. После устройства траншей необходимых размеров их заполняют (в зависимости от конструкции и назначения сооружения) монолитным железобетоном, сборными железобетонными элементами или глиногрунтовыми материалами. В результате формируются несущие стены сооружений или противофильтрационные диафрагмы, после чего начинается разработка грунта внутри траншей. Метод «стена в грунте» целесообразно применять в сложных гидрогеологических условиях, когда возводимый объект прорезает водоносные пласты или заглубляется в водоупорный слой. Подобный способ позволяет производить работы в котловане без устройства водопонижения или замораживания грунта. В?стесненных условиях крупных мегаполисов, таких как Москва или Санкт-Петербург, метод «стена в грунте» дает возможность возводить объекты сложной конфигурации в непосредственной близости от других подземных сетей и фундаментов зданий. Марина Народовая