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.
В тепле и комфорте. Рынок внутрипольных конвекторов
По мнению экспертов, встраиваемые в пол конвекторы являются наиболее практичным прибором отопления в помещениях с панорамными окнами и все чаще задействуются застройщиками.
Внутрипольные конвекторы – одна из сравнительно новых систем отопления помещений. Как и другие приборы конвекторного типа, она является альтернативой привычным радиаторам. По оценке специалистов, еще три года назад в семействе конвекторов внутрипольные занимали долю в объемах производства около 10%. Сейчас показатель подрос из-за роста объемов жилья с большой площадью остекления помещений.
Напомним, внутрипольные конвекторы непосредственно монтируются в стяжку пола. В отличие от радиатора, который в основном излучает тепло, конвектор передает тепло с помощью циркуляции воздуха. Тепло быстро распространяется по всему помещению, быстро достигается комфортная температура.
Существуют внутрипольные электрические и водяные конвекторы. Также эти приборы могут быть с принудительной и естественной конвекцией. По словам генерального директора АО «Фирма Изотерм» Виктории Нестеровой, внутрипольные конвекторы с принудительной конвекцией позволяют увеличить тепловую мощность более чем в 5 раз по сравнению с аналогами без вентилятора. Поэтому их рекомендуется применять в случаях, когда нужна увеличенная теплоотдача.
В Петербурге внутрипольные конвекторы установлены в ряде бизнес-центров, а также в новых жилых объектах комфорт-, бизнес- и премиум-класса. Они отличаются энергоэффективностью, а также, за счет своей «невидимости», не портят вид на окрестности.
Как рассказывает коммерческий директор Docklands development Екатерина Запорожченко, внутрипольные конвекторы задействованы в зданиях лофт-квартала Docklands, которые проектируются и возводятся по немецким технологиям строительства энергоэффективных зданий. «Поскольку корпуса располагаются на берегу Невы, вид стал одним из ключевых достоинств проекта. С целью его подчеркнуть мы приняли решение выполнить одну из стен каждого помещения в панорамном стекле. Чтобы обеспечить безукоризненный вид, но при этом защитить помещения от холода, остановили свой выбор именно на внутрипольных системах конвекторного отопления», – рассказала она.
В настоящее время на рынке внутрипольных конвекторов работают такие российские компании, как «Изотерм», «Варманн», «Техно», КЗТО и др. Большинство из них свое оборудование выпускают под брендом на латинице. Также на российском рынке есть и иностранные производители, в том числе такие известные европейские, как Mohlenhoff, Jaga, Minib, Kampmann. Реализуется и продукция ряда китайских компаний. По оценке специалистов, в последние два-три года отечественные предприятия наращивают объемы производства, вытесняя зарубежных производителей. В частности, это происходит благодаря курсу на импортозамещение и введению с июня 2018 года обязательной сертификации приборов отопления.
Как отмечает Виктория Нестерова, в целом на сегодняшний день на территории РФ около 10 заводов выпускают медно-алюминиевые конвекторы. Также некоторые европейские производители открыли свои производства в нашей стране. Но в ряде случаев их переносят не полностью. «Мы считаем, что при таком, так называемом сборочном, производстве изготовитель не может дать полноценной гарантии на свои приборы. Введение обязательной сертификации позволило решить ключевую проблему российского рынка отопительных приборов – прекратить практику введения потребителей в заблуждение путем завышения функциональных характеристик. Также оно существенным образом способствовало развитию импортозамещения за счет обеспечения равных и честных правил игры и создания условий для добросовестной конкуренции», – подчеркнула она.
Кстати
Согласно данным Ассоциации производителей радиаторов отопления, по итогам 2019 года зафиксирован рост объемов производства медно-алюминиевых конвекторов на 25,1%. У стальных конвекторов этот показатель снизился на 3%. Производство алюминиевых и биметаллических секционных радиаторов выросло на 33,4%, стальных панельных – на 49,6%.
Виктория Нестерова: «Внутрипольные конвекторы перестали быть диковинкой»
Внутрипольные конвекторы водяного отопления все активнее применяется в офисах и жилых помещениях. В интервью «Строительному Еженедельнику» генеральный директор АО «Фирма Изотерм» Виктория Нестерова рассказала о том, чем обусловлен растущий спрос на эти системы отопления, и развеяла некоторые мифы о них.
– Какова ниша внутрипольных конвекторов водяного отопления на сегодняшнем рынке?
– Тренд однозначен: они становятся все более популярными и все чаще устанавливаются вместо радиаторов. Причиной тому – современные тенденции в строительстве. В новых административных, офисных, жилых зданиях все больше используются панорамные окна, витражи, эркеры и прочие архитектурные изыски. Стандартные радиаторы для отопления помещений с такими пространственными элементами подходят плохо. Поэтому в них обычно применяются внутрипольные конвекторы.
Это оборудование не только не загораживает панораму и идеально вписывается в любой интерьер, но при этом препятствует запотеванию стекла и отсекает сквозняки. Кроме того, внутрипольные конвекторы – это энергоэффективные приборы отопления. К примеру, в частном доме с индивидуальной котельной они помогут сэкономить до 30% затрат на отопление. Малый объем теплоносителя (0,4 л воды в конвекторе мощностью 1 кВт, что в 5 раз меньше, чем у радиатора) и применение материалов с высокой теплопроводностью (медь, алюминий) обеспечивают прогрев помещения до 20 градусов всего за 5 минут.
Добавлю, что мода на панорамное остекление только начала приходить к нам из Европы и будет в России стремительно развиваться. Соответственно, будет расти и популярность внутрипольных конвекторов. Наше предприятие в данном сегменте постоянно наращивает объемы производства на протяжении уже более десяти лет.
– Какие виды внутрипольных конвекторов выпускает ваша компания? В чем их особенности?
– В линейке продукции АО «Фирма Изотерм» представлен широкий размерный ряд внутрипольных конвекторов как с естественной, так и с принудительной конвекцией.
В частности, мы выпускаем внутрипольный конвектор, который может использоваться как в режиме отопления, так и в режиме охлаждения. Корпус выполнен из нержавеющей стали под уклоном и оснащен дренажными патрубками для отвода конденсата и удаления влаги, что делает возможным его установку и во влажных помещениях.
Также мы производим внутрипольные приборы отопления с подключением к приточно-вытяжной вентиляции. Все конвекторы выпускаются из лучших, по теплотехническим свойствам и устойчивости к коррозии, материалов: медных труб и напрессованных на них алюминиевых пластин, что обеспечивает качество и срок службы до 50 лет.
– Существует мнение, что внутрипольные конвекторы – оборудование хорошее, но слишком дорогое…
– Это миф, у которого уже истек срок давности. Прошли времена, когда внутрипольные конвекторы были чем-то редким и эксклюзивным. На данный момент на отечественном рынке работает более десяти производителей такой техники. Конкурентная борьба, оптимизация конструкций и увеличение объемов строительства с применением внутрипольных конвекторов привели к их существенному удешевлению. Сейчас их стоимость вполне сопоставима с ценой качественного европейского радиатора.
Кроме того, конвекторы российского производства в меньшей степени зависят от изменения курсов валют, а следовательно, обладают вполне конкурентоспособной ценой по сравнению с европейскими аналогами.
– Сложно ли их подобрать и смонтировать?
– Установку внутрипольного конвектора следует учитывать уже на стадии проектирования, так как монтаж имеет свою специфику. В стяжке пола необходимо подготовить специальные углубления и каналы под трубопроводы, которые могут быть выполнены из любого материала. В линейке приборов «Изотерм» есть внутрипольные конвекторы глубиной всего 80 мм. Их можно установить при стандартной толщине строительных перекрытий, практически в любом помещении.
Кроме того, существует огромное количество типоразмеров внутрипольных конвекторов, что позволяет выбрать оборудование по параметрам заказчика. В частности, наша компания всегда готова изготовить прибор, выполненный специально под условия клиента: и по мощности, и по габаритам, и по цвету, и по расположению терморегулятора. Угловое или радиусное исполнение конвектора позволит установить его в труднодоступных местах, когда нужно обойти угол, обогнуть колонну или зайти в нишу.
– В этом году АО «Фирма Изотерм» празднует свое 30-летие. Как планируете отметить свой юбилей?
– В 2019 году мы начали масштабное техническое переоснащение производства, приобрели новое оборудование, расширяем производственные мощности в целях увеличения объема выпуска и повышения качества продукции. В результате, несмотря на высокую конкуренцию, мы намерены продолжать удерживать лидерские позиции на рынке и плотно работать как с действующими, так и новыми клиентами.
То есть праздновать 30-летие мы планируем повышением производительности нашей компании. Ну и конечно, без подарков нашим постоянным партнерам нам не обойтись. Летом в период белых ночей мы приглашаем наших лучших заказчиков в гости, чтобы отметить юбилей. Будем праздновать – и одновременно строить грандиозные планы на будущие 30 лет.