Петербургские ученые разработали уникальные сваи для устойчивого строительства на вечной мерзлоте
Инженеры Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого разработали конструкцию облегченной буроопускной сваи из стеклопластика со сниженной материалоемкостью, а также создали адаптивную цифровую модель, позволяющую прогнозировать ее поведение в многолетнемерзлых грунтах. Разработка имеет большой потенциал внедрения при строительстве инфраструктуры в Арктике. Работы осуществлялись при поддержке федеральной программы «Приоритет-2030».
Строительство на территориях распространения многолетнемерзлых грунтов (ММГ) сопряжено с высокими рисками деформаций и разрушений фундаментов из-за сложных геокриологических условий и изменения климата. Широко применяемые сегодня традиционные решения имеют высокую стоимость и при этом недостаточно надежны и адаптивны к неоднородным грунтам, что особенно критично для развития инфраструктуры в Арктической зоне.
Исследователи Научно-технологического комплекса «Новые технологии и материалы» Института машиностроения, материалов и транспорта СПбПУ создали конструкцию буроопускной сваи из стеклопластика, применив оригинальную технологию изготовления макетов. Она заключается в особом способе намотки армирующего материала. Все это позволило снизить вес конструкции сваи более чем на 6%, а материалоемкость – на 5% при одновременном росте несущей способности по сравнению с традиционными решениями.
Кроме того, инженеры разработали адаптивную цифровую модель взаимодействия сваи с многолетнемерзлыми грунтами. Такая модель способна прогнозировать поведение сваи в ММГ грунте с точностью до 95%. Технология объединяет стендовые испытания (которые проводятся в Якутске) и цифровое моделирование, позволяя оперативно подбирать оптимальные параметры свай под нестандартные и разнородные грунтовые условия.
Как отметил инженер-исследователь НТК «Новые технологии и материалы» Иван Карпов, работа над проектом потребовала нестандартного синтеза материаловедения и цифрового инжиниринга.
«Нам удалось не просто создать более легкую и прочную сваю, а сформировать целостную технологию – от виртуального проектирования до стендовых испытаний, адаптированную под экстремальные условия Арктики. Это результат, который делает строительство на вечной мерзлоте не только более надежным, но и экономически оправданным» – прокомментировал он результаты работы.
Разработка «политехников» позволяет снизить общие затраты на возведение фундаментов в условиях многолетнемерзлых грунтов до 10% за счет использования полимерных материалов, новой конструкции сваи, а также ускорения проектирования с помощью цифровой модели. Повышенная надежность фундаментов снижает риски аварий и дорогостоящих ремонтов, обеспечивая долгосрочную устойчивость объектов инфраструктуры, что особенно актуально для территорий Крайнего Севера. Новая технология может быть востребована в нефтегазовой отрасли, энергетике и жилищном строительстве, а ее масштабируемость дает большие возможности коммерциализации.
«Эта перспективная разработка является еще одним важным результатом петербургских исследователей, достигнутым в ходе реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030». Ее применение будет во многом способствовать обеспечению национальных интересов освоения и развития Арктической зоны нашей страны. Сегодня на базе петербургских вузов и научных организаций развернута масштабная работа в этом направлении. Мы и дальше будем оказывать им необходимую поддержку. Развитие науки и новых технологий – один из ключевых приоритетов для нашего города, - подчеркнул Владимир Княгинин.
В планах разработчиков до 2030 года пройти путь от стендовых и натурных испытаний до опытно-промышленной эксплуатации и промышленного освоения технологии. Планируется полная верификация цифровой модели, патентование ключевых решений и разработка регламентов серийного производства свай. В перспективе технология может быть внедрена в строительные нормы. Дальнейшее развитие проекта предполагает масштабирование производства и адаптацию решения под различные типы многолетнемерзлых грунтов.
Губернатор Александр Беглов дал команду на запуск двух проходческих щитов на строящейся Красносельско-Калининской линии Петербургского метрополитена (Линия 6). От стартовой площадки на южном берегу Обводного канала они пойдут сразу в двух направлениях. К центру города, в сторону перспективного терминала ВСМ на Лиговском проспекте и на юго-запад, к станции «Путиловская» в Кировском районе.
«Сегодня знаменательный день – мы запускаем два щита. Метростроение вышло из кризиса. Мы создали с нуля нашу, городскую компанию. Нам удалось сохранить коллектив. Мы обеспечили финансирование, выкупили старое оборудование, привели его в порядок. Но, что особенно важно, впервые в истории города по нашему заказу на Обуховском заводе изготовлены два новых проходческих комплекса», – подчеркнул Александр Беглов.
Один из петербургских щитов, получивший имя «Вера», сегодня начал проходку в рабочем режиме. Губернатор отметил, что это полностью отечественная разработка. Комплекс оснащён автоматической системой управления и гидравлическим приводом. Новой технике предстоит пройти почти четыре километра на глубине больше 60 метров. Общая длина тоннелей между «Путиловской» и «Каретной» составляет порядка 7 км.
Также для городской компании «Метрострой Северной столицы» были восстановлены старые проходческие щиты. Губернатор напомнил, что два из них на прошлой неделе перешли из тестового в рабочий режим и движутся к Обводному каналу от «Путиловской».
Третий щит еще советского производства сегодня в тестовом режиме начал проходку в сторону будущей станции «Лиговский проспект-2» и терминала ВСМ. Это предусмотрено условиями действующего контракта на создание участка между станциями «Путиловская» и «Каретная».
Пятый по счету проходческий комплекс Петербурга сейчас достраивает северный участок третьей, Невско-Василеостровской, линии с станциями «Богатырская» и «Каменка». Он сконструирован для проходки двухпутного тоннеля и имеет почти вдвое больший диаметр – 10,5 метров.
В ближайшей перспективе к «Вере» присоединится щит-близнец, также изготовленный мастерами «Обуховского завода» по заказу города. После этого на проходке тоннелей Красносельско-Калининской линии будут одновременно работать пять проходческих комплексов, а всего на строительстве петербургской подземки – шесть.
Шесть проходческих щитов, работающих одновременно станут рекордом в новейшей истории города, сказал губернатор.
Александр Беглов подчеркнул, что по приоритетному проекту «Развитие метрополитена» Петербург взял на себя обязательство за 5 лет открыть 10 новых станций. Метростроители наращивают темпы и работают без перерывов, они обеспечены техникой и необходимыми ресурсами.
Сейчас завершается строительство первого пускового участка Линии 6 со станциями «Юго-Западная» и «Путиловская». Следующая (вторая) очередь включает станцию «Броневая», станцию «Заставская» (с пересадкой на Линию 2), станцию «Боровая» и станцию «Каретная» с переходом на станцию «Обводный канал» Линии 5.
После «Каретной» в рамках строительства третьего пускового участка Линия 6 пойдёт в сторону "Лиговского проспекта-2" и будущей станции «Суворовская».
***
Вес первого российского щита «Вера» составляет 300 тонн. Он имеет ряд принципиальных технологических отличий от однопутных горнопроходческих машин, уже задействованных на участке.
Механизм оснащен новой конструкцией режущего органа, гидравлическим приводом вместо электрического.
В комплекс диаметром 5,6 м впервые в истории метростроения Северной столицы вмонтирована кабина пилота. Также щит снабжен автоматизированной системой управления, которая позволяет оператору отслеживать положение относительно траектории трассы на экране в онлайн-режиме.
Всего АО «НПО «Обуховский завод» поставил метростроителям два тоннелепроходческих комплекса диаметром 5,6 м, два тоннельных наклонных укладчика с породопогрузочными машинами и 19 тоннельных блокоукладчиков различного диаметра.