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.
Эпоха «ЛСР» на рынке газобетона Северо-Запада
9 августа 2019 года состоялась церемония официального запуска новой линии по производству газобетонных изделий. Здесь, на Сертоловском заводе, компания «ЛСР. Стеновые», входящая в «Группу ЛСР», продолжит выпуск зарекомендовавшего себя газобетона AEROC уже под новым брендом – «ЛСР». История успеха компании – в нашей ретроспективе.
Две истории
«211-й комбинат железобетонных изделий» («211 КЖБИ») в Сертолово был возведен по заказу Министерства обороны РФ в рамках реализации Программы жилищного строительства для военнослужащих за счет валютных средств, выделенных ФРГ. В марте 1997 года он был принят госкомиссией и введен в эксплуатацию. В строительстве и поставке оборудования на предприятие принимали участие известные фирмы: Kone Cranes, ABB, Hebel International GmbH & Co, M-TEC и др. Это была автономная производственная площадка с собственной котельной, очистными сооружениями, железнодорожной станцией с депо и локомотивом. Завод действовал в Сертолово более 20 лет – и за это время стал одним из важнейших градообразующих предприятий.
Параллельно в Санкт-Петербурге развивалась другая история. В 2004 году «Группа ЛСР» основала завод по выпуску газобетонных изделий на производственной площадке на Октябрьской набережной. Там было запущено современное, полностью автоматизированное предприятие, оснащенное высокотехнологичным немецким оборудованием компании Wehrhahn. Мощности завода (380 тыс. куб. м изделий в год) позволяли выпускать до 1,3 тыс. куб. м газобетона в сутки и обеспечивать рынок самым широким ассортиментом продукции.
В 2005 году «Группа ЛСР» приобрела бренд AEROC, уже получивший известность на европейским рынке стройматериалов. С этого времени газобетонная продукция «ЛСР» стала визитной карточкой крупнейшего строительного холдинга страны в сфере производства газобетонных изделий.
Именно этот бренд инициирует новшества в данном сегменте российского рынка, задает тон конкурентам и определяет направление дальнейшего развития. В частности, компания первой в 2005 году выпустила газобетонные блоки с прочностью В2,5 и стала массово применять плотность D400 кг/куб. м. В результате в малоэтажном строительстве Северо-Запада России на эту плотность приходится почти три четверти всего объема потребления газобетона.
В 2011 году завершилось формирование бизнес-единицы «Группы ЛСР» «ЛСР. Стеновые» – крупнейшего в России объединения производителей стеновых материалов, куда вошел и завод AEROC.
В декабре 2016 года «Группа ЛСР» приобрела на аукционе завод «211 КЖБИ» в Сертолово. Именно на эту площадку руководство холдинга решило перебазировать газобетонное предприятие с Октябрьской набережной, а высвободившийся земельный участок передать под строительство жилья. Так две истории слились в одну.
На новом месте
За два года компания «ЛСР. Стеновые» демонтировала производственное оборудование на Октябрьской набережной, перевезла его в Сертолово и произвела установку. Там, в свою очередь, были демонтированы линии по выпуску железобетонных изделий. Благодаря четкому планированию и быстрому решению организационных вопросов эту работу выполнили в сжатые сроки.
При монтаже оборудования на новом месте были учтены все недочеты, выявленные в ходе его эксплуатации на прежней площадке. Доработав производственные линии, на заводе в Сертолово заложили возможность увеличения годового выпуска продукции. Уже в августе работало две производственных линии. Также были модернизированы участки автоклавной обработки, сделаны новые задвижки, реализована система перепуска пара, что позволяет существенно экономить энергоресурсы. Это обеспечило оптимальную себестоимость продукции и привлекательную цену для клиентов.
Кроме того, на линии резки были усовершенствованы ножи – теперь у продукции будет другая пазогребневая структура. На участок бетонно-смесительного узла поставили четвертый силос, что позволит использовать в процессе эксплуатации два вида извести и два вида цемента. Это делает производство менее зависимым от поставщиков сырья, обеспечивает гибкость при взаимоотношении с контрагентами и позволяет находить более выгодных партнеров.
«Новая линия оснащена перепуском пара в автоклавах с целью сбережения энергоресурсов. Также мы изменили тип упаковки: вместо термоусадочной пленки будет применяться стретч-худ. Плюс добавилась машина для упаковки продукции стрепп-лентой», – рассказал коммерческий директор ООО «ЛСР. Стеновые» Алексей Онищенко.
Новый бренд
С августа 2019 года газобетон выпускается под брендом «ЛСР».
В целом ребрендинг (включая рестайлинг и репозиционирование) – распространенная практика для подавляющего большинства крупнейших мировых компаний. Не исключение и такие гранды, как Apple, Coca-Сola, Chrysler, Microsoft. Или вспомните, как Benz & Cie превратился в Daimler-Benz, затем в Daimler Chrysler и, наконец, в Daimler AG. Совсем недавно скандинавская корпорация NCC сменила бренд на Bonava. Известны также примеры поглощения одного бренда другим: Compaq купил Digital и оставил только головной бренд, после слияния Chase Manhattan и Chemical Bank также утратилось второе название.
Обычно ребрендинг привлекает дополнительное внимание, в его процессе модернизируется логотип в соответствии с изменениями в компании-владельце. В случае с газобетоном «ЛСР» головной бренд, имеющий большую известность на рынке, вытеснил локальный. Еще в 2017 году Агентство социальной информации Санкт-Петербурга провело опрос среди посетителей специализированной выставки «Строим дом» и выяснило, что «ЛСР» и AEROC – самые известные бренды стеновых материалов в Санкт-Петербурге и Ленобласти. При этом на первом месте был именно «ЛСР».
«В настоящее время бренд газобетона «ЛСР» – один из важнейших показателей при выборе стенового материала. В текущих экономических условиях люди отдают предпочтение проверенной продукции с лучшим соотношением цены и качества от крупнейших производителей», – отмечало тогда руководство компании.
Решение продвигать продукцию под брендом «ЛСР» выглядит тем более логичным, что «ЛСР. Стеновые» продолжат консолидацию мощностей по производству этого материала на Северо-Западе. Недавно холдинг приобрел российское подразделение датской группы Н+Н International A/S — компанию «Н+Н Россия», владеющую предприятием по изготовлению автоклавного газобетона в пос. Кикерино Волосовского района Ленобласти.
Ответственный работодатель
Сегодня на заводе работают 230 человек. Для Ленинградской области это не только крупный налогоплательщик, но и один из главных работодателей – и Сертолово только выиграет от того, что здесь появилось современное, высокотехнологичное и экологически безопасное производство «Группы ЛСР». «Радостно, что в наших краях открываются новые востребованные предприятия, – отметил в ходе официальной церемонии губернатор Ленобласти Александр Дрозденко. – Объем выпускаемой здесь продукции должен закрыть все потребности Петербурга и Ленобласти в материалах для индивидуального и малоэтажного строительства. Надеюсь, сертоловский газобетон будет таким же качественным, как и вся продукция от «Группы ЛСР». Эта компания – наш давний и надежный партнер. Совместно на территории области мы реализовали не один проект. Думаю, в будущем нам предстоит еще много таких».
Теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС® и гидроизоляция PLASTFOIL® для масштабных проектов в сфере культуры
Технологии обустройства кровли компании «ПЕНОПЛЭКС СПб» находят широкое применение в различных областях строительства, в том числе для реализации проектов в сфере образования и культуры.
На фото: реконструкция кровли дебаркадера. Здание Государственного исторического музея Южного Урала, Челябинск.
Высококачественная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС® из экструзионного пенополистирола и полимерная гидроизоляция PLASTFOIL® использованы для реконструкции дебаркадера в здании Государственного исторического музея Южного Урала.
Это учреждение сегодня играет заметную роль в культурной жизни Урала и страны в целом, а его история начиналась с обычного «Музея местного края», созданного в 1923 году узким кругом челябинских энтузиастов-краеведов. Однако с самого начала к пополнению экспозиции стали привлекать высокопрофессиональных ученых-археологов, и было накоплено немало ценных артефактов. Важной вехой в развитии музея стало решение о строительстве нового здания, приуроченном к 70-летию Челябинской области в 2004 году. В результате был возведен современный музейно-выставочный комплекс общей площадью 10,5 тыс. м2, напоминающий крепость, с которой на том же месте на берегу реки Миасс в XVIII веке начинался Челябинск. На начало 2000-х годов данное строительство стало крупнейшим проектом региона в сфере культуры. Сейчас, помимо экспозиционных помещений и хранилища фондов, которые уже составляют более 300 тыс. экспонатов, комплекс включает библиотеку, конференц-залы, мастерские.
Сегодня в Государственном историческом музее Южного Урала наряду с постоянной экспозицией регулярно проводятся выставки, их количество достигает 70 в год. У музея налажены партнерские отношения с Музеем Московского Кремля, Третьяковской галереей, Государственным историческим музеем, многими зарубежными музеями и выставочными организациями из Японии, Франции, Испании и других стран. Далеко не у каждого краеведческого музея такая счастливая судьба.
Государственный исторический музей Южного Урала стал крупным центром современного искусства, причем не только изобразительного. В стенах комплекса регулярно проводятся фестивали, крупнейшим из которых стал ежегодный фестиваль современного искусства «Дебаркадер». В рамках мероприятия проходят спектакли, показы кинофильмов, поэтические чтения и, конечно, выставки картин и инсталляции. Имя фестивалю дало место его проведения. В данном случае дебаркадером называют цокольный этаж музейного комплекса, который первоначально использовался в качестве гаража, а с 2015 года приспособлен под мероприятия. В этом году фестиваль проходит уже в пятый раз, с 3 по 24 ноября, к его открытию реконструирована крыша дебаркадера площадью 1800 м2.
Крыша дебаркадера является пешеходной зоной и выполнена в эксплуатируемом варианте. Основой кровельной конструкции служат материалы производства «ПЕНОПЛЭКС СПб» — теплоизоляционные плиты ПЕНОПЛЭКС® из экструзионного пенополистирола и гидроизоляционная полимерная мембрана PLASTFOIL®GEO толщиной 1,5 мм.
Эффективная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС® с коэффициентом теплопроводности не выше 0,034 Вт/м∙°С и нулевым водопоглощением играет важную роль в поддержании требуемых температурно-влажностных режимов в помещении. Это нужно как для сохранности экспозиционных материалов, выставляемых в помещении дебаркадера, так и для комфорта участников и зрителей фестивальных мероприятий. Кроме того, необходима надежная защита помещений от протечек кровли, которую успешно осуществляет герметичная мембрана PLASTFOIL®GEO. Оба материала отличаются высокой прочностью, биостойкостью, экологической безопасностью, устойчивостью к высоким и низким температурам и их перепадам, долговечностью.
Теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС® и гидроизоляция PLASTFOIL® широко применяются для возведения и реконструкции многих кровель, включая эксплуатируемые. Материалы безупречно выполняют свои функции, в том числе по защите помещений с особыми требованиями к микроклимату.