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.
Тепло в частном формате. Особенности теплоснабжения индивидуальных домов
Современные технологии предлагают немало различных систем теплоснабжения индивидуальных домов. Выбор оптимальной зависит от конкретной ситуации.
Рынок загородной недвижимости растет. Граждане все чаще выбирают постоянным или регулярным местом проживания индивидуальный дом, который находится вне шумного мегаполиса. Комфортное нахождение в нем во многом зависит от выбора вида теплоснабжения. От правильно подобранной системы отопления зависит не только долговечность объекта недвижимости, но и расходы на его эксплуатацию.
Сделать выбор
По источнику тепла отопление частных домов можно разделить на три вида. Первый и наиболее простой – печной. Несмотря на относительный примитивизм, он еще достаточно распространен, но задействуется, как правило, в дачных домах. Второй вид отопления – газовый. Подогрев воды через теплообменник, а затем в радиаторе или других конструкциях происходит с помощью газового котла. Третий вариант – с помощью электричества.
По словам главного инженера компании «Загородные монтажные системы» Владимира Никифорова, выбор между газовым и электрическим теплоснабжением загородных домов непрост. Предварительно необходимо учесть все нюансы местоположения объекта недвижимости, его площадь, состояние коммуникаций и т. д.
«Газовое теплоснабжение дешевле электрического в 2–4 раза. Но это при условии, что рядом проходит газовая магистраль и есть возможность подключения. Альтернатива централизованному газовому отоплению – газгольдер. Но его стоимость достаточна высока, а установка – сложна. Электрические котлы более просты в монтаже и дальнейшей эксплуатации. Полностью исключается возможность отравления угарным газом. Кроме того, большинство электрических котлов более компактны», – говорит он.
В целом, по словам эксперта, газовое отопление рекомендовано для домов площадью от 120 кв. м. «Получается существенная экономическая выгода. Кстати, в настоящее время появляются комбинированные газоэлектрические котлы, но пока они маломощны. В перспективе можно ожидать, что их технологические возможности будут расширяться – и это оборудование будет более широко представлено на рынке», – считает Владимир Никифоров.
Быть в тренде
Сами системы теплоснабжения можно поделить на водяные и электрические. За последние годы в сегменте появилось много новинок, хотя некоторые собственники предпочитают классические – привычные радиаторы отопления.
Как отмечают представители компании REHAU, сейчас в России существует огромное количество дорогих домов, в которых нет вентиляции, повышенная влажность или наоборот – постоянно пересушенный воздух. Обычно это следствие экономии на инженерных системах, непонимания принципа их работы или боязни использовать новые технологии – более эффективные, но пока не слишком привычные для определенных категорий потребителей.
В частности, добавляют специалисты, отопление радиаторами – хорошо знакомый способ, сравнительно дешевый и с использованием понятного оборудования. Неудивительно, что в большинстве случаев предпочтение отдается именно ему. Однако эта технология имеет несколько весьма серьезных недостатков, и главный из них – неравномерный прогрев помещения (когда тепло от радиатора нагревает близлежащую зону и частично уходит наружу, при этом в противоположной стороне комнаты по-прежнему холодно). Кроме того, исходящие от радиатора потоки теплого воздуха поднимают с пола и предметов мебели пыль, что не лучшим образом сказывается на качестве микроклимата, а значит, и на самочувствии жильцов.
Поэтому, как отмечает генеральный директор АО «Фирма Изотерм» Виктория Нестерова, все более широкое применение в частном домостроении получают низкотемпературные системы отопления – в частности, конвекторы. Они идеально вписываются в современную архитектурную концепцию, предусматривающую большие окна и панорамное остекление.
«Также у конвекторов есть еще ряд преимуществ. Они универсальны, подходят и к однотрубной, и к двухтрубной системе отопления. Не только обогревают помещение, но и способствуют экранированию холодного воздуха от окон, предотвращают запотевание, образование конденсата и обледенение. Кроме того, конвекторы энергоэффективны. В частности, имеют малый объем теплоносителя (в 8 раз меньше, чем у радиатора), делаются из материалов с высокой теплопроводностью (медь, алюминий)», – говорит эксперт.
По ее словам, можно легко подобрать такие системы отопления под любые помещения, в том числе с нестандартной планировкой, включая влажные: бассейны, бани, теплицы, зимние сады. «Конвекторы безопасны в эксплуатации, температура их наружных поверхностей не превышает 43 °С. Есть возможности интеграции приборов с системой “умный дом”», – добавляет Виктория Нестерова.
Тепло снизу
В загородных домах также все чаще задействуют теплые полы. Как и конвекторы, они могут быть водяными или электрическими. Первые дешевле вторых, но сложнее в монтаже и обслуживании. В случае протечки водяного пола требуется полный демонтаж покрытия. Электрический теплый пол «ест» больше энергии. В помещениях с повышенной влажностью для данных систем отопления требуется более серьезная защита элементов конструкции.
В настоящее время в самостоятельный сегмент выделяют инфракрасные теплые полы. Они все активнее используются в загородных домах. По словам руководителя интернет-магазина климатической техники Sogreto Константина Колесова, инфракрасный пол обладает массой достоинств, а именно: не пересушивает воздух, ионизирует его, нейтрализует неприятные запахи. Его легко монтировать (в частности, самостоятельно). «Пленочный инфракрасный теплый пол предназначен для монтажа под ламинат, линолеум, ковролин. Благодаря небольшой толщине пленка никак не влияет на уровень пола в квартире. Кроме того, пленочный пол под ламинат имеет самый низкий уровень энергопотребления», – рассказывает он.
Также на рынке есть стержневой инфракрасный теплый пол. Его кладут под кафель и керамогранит. «В целом приобретение конвекторных климатических комплексов, инфракрасных обогревателей (как и монтаж теплых полов) обусловлено как раз поиском функциональных обогревающих устройств. Стоит добавить, что сейчас также растет спрос на биокамины, электрические камины с 3D-эффектом живого пламени. Однако практические функции обогрева помещения в этом случае рассматриваются во вторую очередь. Установка таких устройств имеет прежде всего декоративное значение, как признак благосостояния», – добавил Константин Колесов.
Мнение
Виктория Нестерова, генеральный директор АО «Фирма Изотерм»:
– Конвекторы поставляются на объекты готовыми для подключения к системам водоснабжения, а также к электрическим сетям, что упрощает и ускоряет монтаж оборудования, который выполняют специалисты. Они же дают гарантию на выполненные работы. В частности, установку внутрипольного конвектора следует учитывать на стадии проектирования, так как монтаж имеет свою специфику – в стяжке пола необходимо подготовить специальные углубления, как для прибора, так и для трубопроводов. Но даже если это не соблюдено, есть линейка приборов высотой 8 см, что позволяет в данном случае установить внутрипольный конвектор. Стоит также добавить, что в целом конвекторы просты в эксплуатации. Их необходимо очищать от пыли перед началом и в течение отопительного сезона, не допускать замораживания теплоносителя, так как это может привести к выходу из строя теплообменника. Также не рекомендуется устанавливать в одном контуре отопления приборы отопления, изготовленные из меди и алюминия, – для предотвращения гальванической коррозии. Средний срок службы конвекторов – не менее 50 лет при условии соблюдения требований эксплуатации.
От простого к сложному. Современные гидроизоляционные рулонные материалы завоевывают рынок
Современные кровельные и гидроизоляционные рулонные материалы на основе полимеров продолжают вытеснять с рынка технологически более простую продукцию.
По данным экспертов, в настоящее время продолжает наблюдаться спад производства и потребления битумных кровельных и гидроизоляционных материалов. Этот тренд на рынке сохраняется с 2014 года. Также, если говорить о скатной крыше, в серьезный минус ушли шифер и черепица.
Наиболее типичным кровельным рулонным материалом является рубероид. В его основу входит спрессованный картон со специальной пропиткой и нанесенной на обе стороны полотна смесью покровного битума и посыпки. За счет своих характеристик продукт универсален. Также преимуществом рубероида является его низкая цена, по сравнению с другими рулонными кровельными и гидроизоляционными материалами. Тем не менее востребованность его на рынке падает.
Как отмечают в корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ, спрос на рубероид в ближайшие пять лет может снизиться до 19% в общей структуре спроса на рулонные материалы. При этом доля продукции современного типа за этот период времени достигнет показателя 73%. Половина данных материалов будет изготавливаться на битумно-полимерной смеси, обеспечивающей высокие эксплуатационные свойства.
По словам заместителя директора по маркетингу компании «Стройкомплект» Алексея Афонина, в настоящее время строительные подрядные организации все чаще делают выбор в пользу усовершенствованных кровельных и гидроизоляционных покрытий. «Их эксплуатационные характеристики гораздо выше, чем у обычных материалов. В частности, если говорить о сроке службы битумно-полимерных покрытий, то они достигают 25 лет. Это в три раза больше, чем у битумных материалов. Таким образом, в перспективе достигается экономия средств на дальнейшем ремонте кровли. В настоящее время наиболее востребованы у строительных компаний, которые являются нашими клиентами, «дышащие» битумно-полимерные материалы. Они имеют специальные воздушные каналы, которые помогают удалять влагу между прослойками покрытия и повысить срок службы изделий», – добавил он.
В более массовом сегменте DIY-торговли также наблюдается переход на использование более технологичных материалов. Руководитель направления в категории «Строительные материалы» торговой сети «Леруа Мерлен» Илья Поляков отметил, что сейчас идет «перетекание» клиентов с товаров первого уровня качества, к которым относится рубероид, на второй – на основе стеклохолста ХПП (холст, полимерная пленка, полимерная пленка) и ХКП (холст, крупнозернистая посыпка, полимерная пленка). Также набирают популярность товары третьего уровня качества на основе полиэфира ЭКП (полиэстер, крупнозернистая посыпка, полимерная пленка) и ЭПП (полиэстер, полимерная пленка). «Если вы посмотрите вокруг, то сейчас практически 90% новых зданий имеют плоскую крышу. Эти кровельные материалы предназначены в первую очередь для таких сооружений. Соответственно, и рынок этой продукции будет расти», – уверен специалист.
Стоит добавить, что в коттеджном строительстве в настоящее время наблюдается тренд на плоские кровли с применением в качестве сплошной гидроизоляции рулонных полимерных мембран (ПМ). Срок их эксплуатации достигает 60 лет. Они устойчивы к биологическому воздействию и сильному гидровоздействию. В частности, над ПМ-покрытием на крыше можно создать газон или бассейн. Правда, в сравнении с битумными и битумно-полимерными материалами данный продукт существенно дороже и пока менее распространен в строительстве.
Кстати
С 1 июля 2020 года вступит в силу ГОСТ Р 58796-2020 «Материалы пароизоляционные рулонные битумосодержащие. Общие технические условия». Разработан он был Национальным кровельным союзом на основе европейских стандартов. Новый ГОСТ определяет характеристики таких материалов, используемых в качестве пароизоляционного слоя для изоляции от водяного пара. Также документ содержит положения, касающиеся проведения испытаний и оценки соответствия материалов установленным требованиям.