Строительство тоннелей
Строительство тоннелей и прочих подобных подземных систем — одно из главных инфраструктурных решений любого крупного города. Это технология, которая позволяет выполнять сразу много решений на глубине: разгрузить городские улицы, организовывать автомобильные развязки, создавать альтернативные наземным дорогам транспортные системы, такие как метро в Москве.
Также тоннелестроение позволяет делать путепроводы в местах со сложным ландшафтом, где без них приходилось совершать длинные объезды. И даже соединять целые острова между собой или с континентальной частью. Таким образом, усилиями инженеров людям удается экономить много времени и денег, оптимизировать экономическую систему городов и стран. Давайте выясним, как правильно планировать и прокладывать тоннели, какие существуют инновационные проекты и современные способы проходок. А также, с какими проблемами можно столкнуться во время строительства, и как их решить.
Современные технологии возведения тоннелей
Технологический процесс строительства тоннелей в России и мире со временем только совершенствуется, но некоторые постулаты подземных инженерных проектов остаются неизменными, потому что они эффективны и проверены временем. Например, делить возведение тоннелепроходов на два основных способа: открытый и закрытый.
Метод открытого строительства применяют в том случае, когда нужен тоннель мелкого заложения (обычно не ниже 20 м под уровнем поверхности). У этого метода есть как плюсы, так и минусы. Из преимуществ можно отметить экономическую выгоду по сравнению с закрытым способом. В то же время от инженеров потребуется учитывать все основные коммуникации над самим тоннелем, а также дороги. Это усложняет задачу, иногда вынуждая перекладывать их.
Строительство открытым способом ведется посредством вырывания котлована, который засыплют землей обратно после окончания работ. Также на этом уровне нередки грунтовые воды, и для защиты от них нужно построить специальных слой гидроизоляции.
Второй способ строительства тоннелей — закрытый. В отличие от предыдущего метода, он может применяться как на малой высоте, так и при глубине более 20 м. Типичный пример прокладки тоннелей закрытого типа — строительство метро. Чтобы начать проходку, инженерам нужно создать систему из шахт и проходов. Также обязательно установить лифты и подъемники, которыми персонал и строительные машины доставляются под землю. С их же помощью налаживается постоянные поставки материалов вместе с выведением грунта и прочего мусора.
Если использовать закрытый метод строительства, придется потратить больше средств, однако это открывает более широкие технологические возможности. Во-первых, таким способом не нарушается целостность внешней коммуникационной и транспортной системы, находящейся значительно выше. Во-вторых, уже организовав первоначальную шахту и доставив туда строительную технику, включая тоннелепроходческий щит, можно делать проходку на длину значительно больше, чем открытым типом.
Построение ступенчатым методом
При этом способе строительства тоннелей необходимо первым делом выкопать верхнюю секционную часть. Приступать к извлечению породы в нижней половине нужно после того, как будет достигнута определенная длина отверстия. После этого верхняя и нижняя секции начинают идти параллельным путем. Ступени можно поделить на 3 основных размера: короткая, длинная и очень короткая. В современном строительстве в зависимости от сложности проекта количество ступеней может быть три и даже больше.
Преимущество выкапывания тоннеля ступенчатым способом состоит в высокой скорости проходки, а также обеспечении обширного пространства для строительных маневров. При этом количество нарушений в окружающих среде из-за интерференции двух параллельных операций по изъятию грунта может повышаться. Тем не менее, стабильность поверхности выемки повышается благодаря наличию ступеньки.
Кольцевая выемка с основным грунтом
В этом методе строительства тоннеля важно подобрать правильный метраж для круговой выемки. По правилам, основной грунт в ней должен составлять более половины от совокупной площади проема. Как только проводятся земляные работы, нужно сразу устанавливать опоры стального каркаса и анкера для распыления. При этом опорные рамы соединяются между собой стальными стержнями.
В этом способе проходки проблемой может стать низкое качество породы, дающее короткий срок самостабилизации перед грунтовым изъятием. Чтобы защитить конструкцию, нужно обустроить предварительную поддержку, как того требует проектная документация.
Метод по соседству
Его также называют методом с центральной диафрагмой, или просто «CD». Это способ прокладки тоннелей, по которому необходимо выкопать одну сторону, затем возвести среднюю стену, и только после этого приступать к выкапыванию второй стороны тоннеля. Данный технологический процесс применяют, когда тоннель с двойной линией имеет большой пролет, а окружающая порода скал достаточно слабая.
Способ перекрестного соседа
Другое название — способ с поперечной центральной диафрагмой «CRD». Также как и предыдущий, он применим в тоннелях, имеющих большой пролет, и прокладываемых в условиях слабой скальной породы. Отличие заключается в том, что вместо последовательного выкапывания сначала одной, а затем другой стороны, в этом способе выемку делают попеременно с обеих сторон небольшими частями.
Также по центру устанавливается средняя стена. Эта перегородка с диафрагмой подстраивается по ходу вскрытия новых участков породы с обеих сторон, пока не будут выкопаны последние части. Снимать среднюю поддерживающую стенку нужно только после закрытия всей секции с установлением стабильности.
Пилотная яма с двойной стенкой
Суть данного метода заключается в том, чтобы продольно разделить вес участок на 3 части двумя перегородками. В итоге в поперечном сечении прохода образуются две отдельные стороны — пилотные ямы. А центральный участок тоже можно условно поделить на пару составляющих: ступени снизу и основной грунт сверху.
Основные этапы строительства
Прокладывание тоннелей — сложный процесс, включающий много инженерно-технологических этапов. Однако первым из них всегда должен быть исследовательский. Любой тоннель проходит в определенной толще земли, которая имеет сложный состав, включает в себя разные слои, может содержать подземные воды и прочие геологические факторы. Поэтому перед началом любых строительных шагов требуется определение, где и как в данной местности допустимо вести раскопки, чтобы не допустить ошибок.
Этап подготовки
Геологическое обследование участка подразумевает комплекс различных мероприятий, а выводы делаются на основании суммирования всех результатов. Вот из каких видов исследований состоит анализ строительного участка:
- Изучение документации. Включает в себя ознакомление с любой доступной литературой, геологическими картами местности, отчетами других специалистов.
- Геофизические методы. Например, георадар и сейсмические показатели, электромагнитное обследование, проверка удельного сопротивления.
- Проба через бурение скважин. Из них можно достать образцы местной почвы и горной породы, чтобы затем испытать их в лаборатории.
- Выкапывание ям для визуального осмотра.
- Картирование полей для выяснения геологических структур и прочих важных для сооружения особенностей.
Также по ходу строительства используют различные узконаправленные инструменты, которыми измеряют производительность грунтов: пьезометр, тензодатчик, инклинометр.
Закончив исследовательскую работу, инженерам на ее основании требуется составить технический проектный план. Здесь создаются чертежи будущего тоннеля и его коммуникаций. Основные параметры проходки: длина, диаметр, метод возведения, условия безопасности и т.д. После этого нужно подготовить строительную площадку. В рамках этого монтируются временные конструкции, доставляется техника, строятся шахты, проходы и бункеры.
Этап проходки
Когда подготовка прошла успешно, начинают непосредственно прокладывать участок тоннеля. Это может быть открытый метод с траншеей и котлованом, или закрытый — путем тоннелепроходческого щита. Разница между ними, как правило, определяется глубиной заложения, а также ожидаемыми финансовыми затратами и временем. На данном этапе строители делают все действия, позволяющие отделить и удалить твердую породу.
Затем следует укрепление пролетов, ведь сама по себе горная порода очень нестабильна, способна обваливаться и давать трещины. Укрепляют проход в несколько стадий. Сначала первичной конструкцией по мере продвижения, которая потом будет удалена. После этого делают уже окончательную отделку железобетонными блоками вместе с изоляцией от грунтовых вод. Делается дренаж.
Отделка и коммуникации
После завершения основного этапа строительства, особенно если в тоннеле должна проходить дорога для автомобилей, следует облагораживание внутренней территории. Нужно проложить кабели для электрификации, создать по всей длине вентиляционные шахты, источники освещение, канализацию, системы снабжения водой и прочее. Особенно такое благоустройство требуется в тоннелях с большой длиной, где транспорт может проводить не одну минуту.
Также нужны противопожарные системы и другие, которые нужны для безопасной эксплуатации перегона. Дополнительно нужны различные датчики, чтобы мониторить состояние тоннеля: деформацию, вибрацию и т.д. Только после этого можно делать финальную облицовку, красить стены и вводить тоннель в работу.
Проблемы современного тоннелестроения
В процессе строительства тоннелей недопустимо совершать ошибки, которые могут привести к возникновению трещин, обсыпанию неустойчивой почвы, подтапливанию и обрушению несущих конструкций. Такие проблемы способны превратиться в настоящую катастрофу, если внутри находятся сотни и тысячи людей как, например, в метрополитене. Факторов риска может быть множество, особенно наличие водоемов поблизости, которые влияют на геологические свойства на километры вокруг. Ярчайший пример таких сложностей — московское метро, многие станции которого и перегоны между ними прокладывают рядом с одноименной рекой столицы, а также ее притоков.
С не меньшими проблемами сталкиваются и тоннели для авто. Как правило, этот тип подземных магистралей не опускается ниже уровня почвы, а проходит внутри гор и холмов. Здесь главным фактором риска выступает наличие над проходкой десятков метров горной породы. Некоторые ее виды не являются достаточно устойчивыми и склонны к осыпанию, оползням как, например, известняк. Это требует от инженеров и строителей целого комплекса защитных и укрепляющих мер, чтобы структура местности оставалась стабильной, а сам километровый тоннель не раздавило тяжестью земли.
Вот перечень основных проблем и вопросов, с которыми сталкиваются компании по прокладыванию тоннелей, а также варианты ответов на них и принимаемых мер:
- Цель сооружения. Есть много видов тоннелей по предназначению, и от конкретного типа будут зависеть все дальнейшие технические характеристики.
- Геологические и технические особенности. Сбор данных и анализ всего, что связано с подземной местностью и ее составом: выявить разломы, грунтовые воды, устойчивость и прочность породы и т.д.
- Выбор методов строительства. После исследований инженерам предстоит решить, какой способ выполнения проходки подойдет. В прокладывании тоннелей можно использовать не только классические тоннелепроходческие машины (ТПМ) и СЭМ, но также буровзрывной метод.
- Выравнивание тоннеля. Включает в себя комплекс мер по минимизации влияния подземного инженерного сооружения на другую надземную инфраструктуру и соседние коммуникации, а также защиту самого прохода от факторов окружения.
- Поперечное сечение. Этот параметр тоннеля нужно определить, прежде всего, исходя из назначения постройки. Если он является транспортным, то важно также учитывать ожидаемый трафик и другие нагрузки. В зависимости от условий и желания застройщика сечение тоннеля может быть круглым, эллиптическим, в форме подковы, прямоугольным.
- Обеспечение поддержки при строительстве. Чтобы во время проходки и других этапов строительства стабилизировать местность, требуется обделка системой поддержки.
- Циркуляция воздуха. Тоннель не сможет нормально функционировать без продуманной системы вентиляции. Это важно не только для людей внутри, но и для некоторых материалов. Вентиляция избавляется от углекислого газа и доставляет с поверхности свежий воздух, богатый кислородом.
- Решение проблемы грунтовых вод. Также потребуется система дренажа, иначе тоннель будет страдать от накапливания поземной жидкости. Обязательное мероприятие поблизости с озерами, реками и прудами.
Также нельзя забывать, что одно из основных мест тоннеля, проходящего через рельеф местности — вход. Ему следует уделять особое внимание, потому что в данном месте всегда есть риск обрушений и оползней, которые способны заблокировать выход для людей и машин. Чтобы избежать этого, в районе входов требуется обустройство укрепляющей конструкции, защитных козырьков и рам и т.д.
Напоследок проблема, которая главным образов волнует застройщика — определение стоимости проекта. Итогом проектирования тоннеля должна стать оценка затрат с учетом всех используемых материалов, ожидаемых сроков, количества задействованных людей, разнообразия строительной техники и многого другого.
Импортозамещение в строительстве тоннелей
В последнее время страна поставила ключевой задачей обретение как можно большей самостоятельности и независимости от иностранных поставщиков. Особенно это важно в сфере инженерного строительства. Вместе с тем поменялись тенденции импортозамещения. Раньше упор делался на создание отечественного высокотехнологического комплекса и IT-технологий. Теперь же возникла острая необходимость в качественных домашних материалах, технике и комплектующих к ней.
В этой сфере у нас до сих пор существует неравенство между разными сегментами. Если широко используемые материалы имеют большую долю именно среди российского производства, то более сложные и дорогие системы до сих пор закупаются у других стран, особенно в Европе. Дефицит отечественного производства наблюдается в устройствах:
- кондиционирования и вентиляции;
- пожарной безопасности;
- систем оповещения;
- средства автоматического управления;
- насосы и оборудование к ним.
Все эти устройства имеют непосредственное отношение к строительству тоннелей. Поэтому нужно развивать домашний рынок производства сложных инженерных систем.
Инновационные проекты
В рамках представления новых технологий и инноваций, а также для обмена опытом большой значимостью обладают международные выставки. В сфере тоннельной инженерии такое важное событие происходит осенью 2024 года в Берлине — InnoTrans 2024. Там свои революционные проекты представят около 30 технологических компаний из разных стран.
Одним из ключевых вопросов выставки является экологическая безопасность используемых материалов. Среди новинок можно заметить проект 55-километрового тоннеля между двумя горными регионами Австрии, современные системы кабельной прокладки, план строительства высокоскоростной подземной ж/д в Египте. А итальянская строительная фирма презентует новейшее оборудование для прокладки тоннелей, повышающее скорость проходок.
«Алютех»: качество для всех клиентов
Современные технологические решения ГК «Алютех» активно используются в строительстве и обустройстве объектов недвижимости и востребованы у заказчиков.
ГК «Алютех» – крупный производственно-сбытовой холдинг, один из лидеров рынка роллетных систем и секционных ворот в Европе, а также алюминиевых профильных систем в СНГ. Первая компания группы была основана в 1996 году в Беларуси и состояла из шести человек. В настоящее же время холдинг представляет собой огромную международную структуру, в которую входят пять производственных предприятий и более 20 сбытовых компаний в различных странах мира, в которых работают более тысячи человек.
Одно из направлений деятельности ГК «Алютех» – производство алюминиевых профильных фасадных и витражных систем. Клиентам представлены порядка 20 системных решений для реализации архитектурных и интерьерных проектов, а также сложных крупногабаритных витражных конструкций, отвечающих тренду максимальной прозрачности помещений. В холдинге действует собственное конструкторское бюро, занимающееся разработкой новых продуктов, позволяющих воплощать в жизнь самые смелые идеи.
В частности, фасадные решения «Алютех» были задействованы при реализации такого масштабного проекта, как парк развлечений «Остров мечты» в Москве. Конструкции компании использовались при возведении аэропорта «Гагарин» в Саратове. Также профильные системы «Алютех» нашли свое применение в Dana Mall в Минске – одном из самых больших торгово-развлекательных центров Беларуси, в здании театра традиционного искусства «Алатау» в Алма-Ате (Казахстан) и т. д.
В качестве отделки навесного вентилируемого фасада алюминиевый конструктив «Алютех» востребован и в жилищном строительстве. Его использовали крупнейшие девелоперы на таких объектах, как ЖК «ЗилАРТ», ЖК «Маяковский», ЖК «Флотилия» в Москве, ЖК «LIFE-Приморский», ЖК «Москва», ЖК «Ренессанс», ЖК BauHause, ЖК Next в Петербурге и многих других.
Специалисты холдинга отмечают, что в настоящее время также пользуется спросом стоечно-ригельная система, используемая для изготовления светопрозрачных конструкций: навесных витражей, зимних садов, зенитных фонарей. В ней предусмотрена возможность установки дверей и окон различных типов по способу открывания. При этом «теплые» серии ALT W62 и ALT W72 позволяют получить высокие теплотехнические показатели на готовых конструкциях. Кроме того, современные тенденции архитектуры требуют естественной инсоляции, поэтому одно из решений – портальные системы, которые позволяют с легкостью объединять жилое помещение и открытую террасу. В частности, сейчас востребовано у клиентов специальное решение для остекления больших проемов – подъемно-раздвижные конструкции ALT SL160, способные заменить собой целую стену. Высокие теплотехнические параметры системы достигаются за счет использования биметаллических полиамидных термомостов, а также установки двухкамерных стеклопакетов толщиной до 54 мм.
Напомним, что производство алюминиевых профильных систем – это только одно из основных направлений деятельности ГК «Алютех». Холдинг также активно занимается выпуском роллетных и воротных систем. Каждый сегмент производства достоин отдельной статьи. В этом материале только отметим, что роллетные и воротные системы холдинга завоевали лидерские позиции на международном рынке. Продукция ГК «Алютех» поставляется в 65 стран мира.
Стоит добавить, что все профильные, роллетные, воротные системы и другие продукты ГК «Алютех» имеют высокие качественные характеристики. Наличие собственных лабораторий позволяет вести контроль за производством на всех этапах технологического процесса. Высокое качество продукции холдинга подтверждено сертификатами и протоколами аккредитованных международных компаний и научно-исследовательских центров. По достоинству оценили технологические решения компании как архитекторы и застройщики, так и граждане, о чем свидетельствуют растущие объемы производства предприятий. ГК «Алютех» не намерена останавливаться на достигнутом, продолжает внедрять в работу передовые технологии и выпускать качественные продукты для всех своих клиентов.
Дать вторую жизнь. Строительные отходы нуждаются в переработке
Власти Санкт-Петербурга пытаются решить проблемы несанкционированных свалок, перевозки и утилизации строительного мусора. Эксперты считают, что это будет сложно сделать без коррекции городского и федерального законодательства.
Напомним, создание эффективной системы обращения с отходами производства и потребления, включая ликвидацию всех выявленных несанкционированных свалок в границах городов, является частью национального проекта «Экология», рассчитанного до 2024 года.
Только по лицензии
На прошлой неделе состоялось заседание Комиссии ЗакС Петербурга по экологической защите населения. В нем приняли участие представители Смольного. Было отмечено, что в ближайшие два года власти города готовы будут потратить на ликвидацию 500 выявленных нелегальных свалок более 1 млрд рублей. Кроме того, ожидается принятие ряда законодательных проектов, которые также должны помочь решить проблему с несанкционированным размещением отходов.
Отметим, что значительная часть незаконных городских свалок состоит из строительного мусора. Заместитель председателя Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Петербурга Александр Кучаев сообщил, что в настоящее время ведомством подготовлен законопроект, ужесточающий контроль транспортировки строительного мусора. В частности, предполагается лицензировать транспортировку отходов V класса опасности.
По словам начальника отдела надзора за специальными видами работ Госстройнадзора Петербурга Виталия Пономарёва, в настоящее время в регионе сложилась практика бесконтрольного использования строительных отходов и грунтов, в том числе при подготовке земельных участков для последующего строительства или прокладке инженерных сетей. При этом негативное воздействие на окружающую среду никак не оценивается. Специалист полагает, что такое злоупотребление может привести к деградации земель и невозможности их дальнейшего использования по назначению, и отмечает, что необходимы дополнительные административные меры.
Приоритет – переработка
Несанкционированные свалки стали серьезной проблемой в Петербурге и Ленобласти, считают и опрошенные «Строительным Еженедельником» эксперты. Они также выступают за ужесточение контроля за оборотом строительного мусора. При этом специалисты говорят о необходимости решения на федеральном уровне вопросов, связанных с расширением возможностей переработки этого вида отходов. Также они упрекают застройщиков за низкую культуру сортировочных работ.
Генеральный директор ООО «Нэорециклинг» Роман Казаков напоминает, что основной объем строительного мусора образуется на нулевом цикле работ, при обустройстве котлована. Появляется отработанный грунт, бой бетона и кирпича, которые относятся к V классу опасности по ФККО. Они могут быть переработаны и использованы для нужд городского хозяйства. Остальные отходы, появляющиеся в процессе строительства, имеют IV класс опасности и должны быть утилизированы с соблюдением соответствующих правил безопасности, путем размещения на лицензированных полигонах.
В зависимости от вида образующихся отходов, а также класса их опасности, сбор и временное хранение должны осуществляться раздельно, отмечает эксперт. Однако очень часто это правило не соблюдается. В лучшем случае все вывозится на и без того переполненные официальные полигоны, в худшем – на незаконную свалку.
«К сожалению, на сегодняшний день около 50% от общего объема образующихся грунтов являются замусоренными. Однако большая часть из них направляется на городские объекты с отрицательным балансом грунтов. Остальные, в зависимости от класса опасности и расположения объектов, перемещаются на ближайшие полигоны и карьеры, имеющие лимиты на размещение таких отходов. То же касается и отходов строительства и сноса. Между тем многие материалы можно перерабатывать для получения вторичного сырья», – считает Роман Казаков.
За серьезную переработку строительных и других отходов выступает и председатель правления Экологического союза Семён Гордышевский. По его словам, одновременно с ужесточением наказания для недобросовестных застройщиков, а также других организаций, создающих несанкционированные свалки, необходимо дать бизнесу возможность заниматься переработкой мусора. При этом не должно быть монополизации рынка, как в случае с единым региональным оператором по обращению с отходами. «К сожалению, в самом конце прошлого года были внесены поправки в Закон «Об отходах производства и потребления», приравнивающие сжигание мусора к переработке, что в корне неправильно. Сжигание – это самый конечный вариант утилизации мусора. Он самый дорогой и экологически небезопасный. Кроме того, принятое новшество противоречит изначальным приоритетам нацпроекта “Экология”», – подчеркивает эксперт.
В рамках нацпроекта
Напомним, в рамках этого нацпроекта предполагается нарастить долю ТКО, направленных на утилизацию, в общем объеме образованных твердых коммунальных отходов с 3% в 2018 году до 36% к 2024-му. Чтобы достичь цели, необходимо либо наладить раздельный сбор, либо модернизировать полигоны по приему ТКО, на которых проводить сортировку мусора.
По словам ведущего эксперта УК «Финам Менеджмент» Дмитрия Баранова, в прошлом году в 27 регионах страны было введено свыше 50 предприятий по обработке и утилизации ТКО, общей мощностью по обработке отходов более чем 5,5 млн т, а мощностью по утилизации – свыше 2,5 млн т. «Да, предстоит сделать еще немало, но в целом уже достигнутые показатели позволяют говорить о том, что «мусорная» реформа проходит удовлетворительно. Это происходит не в последнюю очередь благодаря тому, что создана нормативно-правовая основа, разработаны и приняты соответствующие документы: от законов и постановлений правительства до стандартов и правил. В настоящее время упор в реформе необходимо сделать на контроль ее исполнения, соответствия всех участников программы и их действий существующей юридической базе», – считает он.