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.
Вячеслав Ганцев: «Теплопакет DS NEXT – новый флагман в оконных решениях»
В Петербурге в конце сентября компания STiS (входит в холдинг SP Glass) запустила производство Теплопакетов DS NEXT. Новая линейка продуктов имеет улучшенные характеристики по сохранению тепла в помещениях и защите от солнечного жара. Подробно о характеристиках уникальных энергоэффективных теплопакетов «Строительному Еженедельнику» рассказал продакт-менеджер компании SP Glass Вячеслав Ганцев.
– Каковы особенности Теплопакетов DS NEXT? Почему называются именно теплопакетами и в чем их отличие от уже выпускаемой линейки продуктов под маркой STiS?
– Теплопакеты – это класс стеклопакетов, в состав которых входит энергоэффективное мультифункциональные стекло, а также так называемая теплая рамка, обладающая гораздо меньшей теплопроводностью, чем обычная алюминиевая. Таким образом, теплопакеты гораздо лучше удерживают тепло в помещениях в холод и сохраняют прохладу в жаркие летние дни в сравнении со стандартными оконными стеклопакетами.
Теплопакет DS NEXT – в настоящее время самый технологичный продукт STiS. В нем задействовано новое стекло Lifeglass Plus с двумя слоями серебра. Оно является топовым продуктом в линейке оконных стекол с напылением Double Silver, выпускаемых заводом Pilkington Glass Russia, и обладает наилучшим сочетанием характеристик по энергосбережению.
Кроме того, в DS NEXT мы задействовали «теплую» пластиковую рамку Multitech. Ее теплопроводность в 1000 раз ниже, чем у алюминиевой. Чтобы при производстве теплопакетов такую рамку можно было гнуть, было закуплено итальянское высокоточное полностью автоматизированное оборудование, аналогов которому в России на данный момент нет. Можно с уверенностью сказать, что сегодня Теплопакет DS NEXT обладает наиболее качественными светотехническими и теплозащитными характеристиками из всей высокотехнологичной продукции, выпускаемой под маркой STiS.
– Где Теплопакет DS NEXT можно будет задействовать?
– Он идеально подходит для всех видов жилых помещений и зданий, где собственник заботится об экономии на отоплении и кондиционировании. Теплопакеты DS NEXT можно установить в квартирах, индивидуальных жилых домах, даже в некоторых коммерческих зданиях. Благодаря энергоэффективным свойствам DS NEXT собственники помещений могут существенно сэкономить на оплате коммунальных ресурсов.
– Существенно ли он дороже он обычных стеклопакетов?
– Теплопакет DS NEXT чуть дороже обычных стеклопакетов, но не в два раза. В большей степени конечная цена продукта будет зависеть от компаний, занимающихся реализаций и установкой окон. Приходит в голову сравнение с одинаковыми автомобилями, имеющими качественную и посредственную резину. Цена продажи таких машин будет приблизительно одной и тоже, но их текущие функциональные характеристики – совершенно разными.
– Как и где потребители могут приобрести Теплопакет DS NEXT?
– Покупки возможны через партнерские организации, занимающиеся реализацией и установкой продукции STiS. В Петербурге их достаточно много. Покупатель может прийти в оконную компанию и заказать окно с Теплопакетом DS NEXT.
– В целом, существенно ли изменились стеклопакеты за последние годы?
– Самое главное, что сейчас в стеклопакетах все активнее используются специализированные стекла. Десять лет назад их доля была не более 5%. В настоящее время почти все оконные компании задействуют их в своей продукции, иногда даже во всех своих продуктах. Это означает, что спрос на высокотехнологичное стекло и стеклопакеты есть – и в дальнейшем будет только расти.
Кстати
Линейка Теплопакетов DS NEXT представлена пятью версиями продукта, различающихся оттенками (нейтральный, Red Gold, Blue Sapphire, White Platinum, Royal Aquamarine) и светотехническими характеристиками. Благодаря напылению Double Silver, оттенок стекла виден только снаружи здания, а при взгляде изнутри помещения стеклопакет абсолютно прозрачен и обеспечивает нейтральное естественное освещение.
Выбирая «иностранца»
Зарубежная дорожная и строительная спецтехника продолжает занимать прочные позиции на российском рынке. Меры государственной поддержки отечественных производителей пока не дают эффективного результата.
По оценке экспертов, в настоящее время более 80% всей дорожной и строительной спецтехники в России закупается у зарубежных производителей. За последние 10 лет этот показатель существенно не изменился. Принятый в 2015 году курс на импортозамещение, а именно запрет закупки зарубежной спецтехники для государственных и муниципальных нужд, чуть понизил долю присутствия «иностранцев» на рынке, но с 2017-го показатель вновь пошел вверх. Госпредприятия стали активнее работать с коммерческими подрядчиками, которых запреты закупки зарубежной продукции не касаются.
Тем не менее, российские власти продолжают принимать различные меры поддержки отечественных производителей спецтехники. В частности, Минпромторг РФ два года назад запустил программу субсидирования лизинга российской продукции. В этом году на нее было выделено 2 млрд рублей. За первое полугодие 2019 года, как отмечают в Российской ассоциации производителей специализированной техники и оборудования (Росспецмаш), отгрузки отечественной продукции, по сравнению с аналогичным периодом прошлого года, выросли на 30%, до 18 млрд рублей. Наибольший рост в количественном выражении был зафиксирован в сегменте бульдозеров – на 44%, а также экскаваторов-погрузчиков – на 35%. При этом было отмечено сокращение на 50% отгрузок автобетоновозов, на 15% – катков, на 9% – мини-погрузчиков. Представители Росспецмаша положительно оценивают эти результаты, но признаются, что они пока недостаточны для изменения ситуации на рынке. Члены Ассоциации выступают за более эффективные и более разнообразные меры господдержки отечественных производителей, в том числе в налогообложении, льготном кредитовании.
Пока уступаем
По словам члена правления РСПП, генерального директора ГК «КрашМаш» Виктора Казакова, если говорить о процессе вытеснения «иностранцами» российской строительной техники, то в сегменте сноса зданий и сооружений вытеснять, к сожалению, нечего. Ни экскаваторов-разрушителей, ни навесного оборудования для демонтажных работ в отечественной машиностроительной промышленности пока нет. «В связи с этим мы просто вынуждены закупать инновационные разработки только иностранных производителей. Для этого специалисты нашей компании регулярно посещают крупнейшие мировые выставки спецтехники и оборудования. В итоге только в этом году нами была приобретена партия из 10 гидроножниц модели Arden Jet с интегрированной системой пылеподавления. Кроме того, мы закупили высокопроизводительные мобильные комплексы Kleemann, которые не только способны оперативно перерабатывать и сортировать строительные отходы во вторичный продукт, но и оснащены собственным встроенным пылеподавлением, что для дробилок и грохотов, работающих только с сухим материалом, чрезвычайно актуально», – отметил он.
Директор департамента дорожно-строительной техники компании Volvo Construction Equipment Олег Никитин говорит, что тенденция вытеснения российской техники иностранной сохраняется уже более 20 лет. «Сегодня нетрудно заметить, что 8–9 машин из 10 имеют зарубежное происхождение. Причины сложившейся ситуации разные. Например, в сегментах фронтальных погрузчиков и грейдеров продукция отечественного производства уступает более дешевым китайским аналогам. В сегментах карьерных самосвалов, экскаваторов и укладчиков асфальта изготовленные в РФ машины пользуются меньшим спросом по сравнению с высокопроизводительными и высокотехнологичными зарубежными аналогами, позволяющими обеспечить требуемый уровень качества и скорость работ», – рассказывает эксперт.
При этом, добавляет Олег Никитин, выпуск строительной техники в России не дает иностранному производителю экономического преимущества, по сравнению с импортом. Исключение составляют участники рынка, заключившие специальные инвестиционные контракты с государством, которые требуют высокого уровня инвестиций в производство и локализацию. В отличие от рынка легковых или грузовых автомобилей, для строительной техники в силу малых объемов производства, отсутствия конкуренции среди поставщиков качественных комплектующих и по причине макроэкономических рисков такие требования на сегодняшний день невыполнимы. Поэтому доля производителей, собирающих технику в РФ, не превышает 10%.
«Дочки» и партнеры
В числе имеющих собственное локализированное производство – компания Hitachi Construction Machinery. В 2014 году она открыла завод по производству экскаваторов в Тверской области. Инвестиции в проект составили 3,1 млрд рублей.
Специалист по продукту Hitachi Construction Machinery Eurasia Антон Волков сообщил, что руководство компании выбирало эту площадку для предприятия, ориентируясь на клиентов, эксплуатирующих высоко востребованную технику среднего класса: большинство из них находится в центральном регионе. «Открытие представительства в России позволило компании лучше понять местный рынок и его потребности, наладить более тесное взаимодействие с клиентами и дилерами и, таким образом, предложить максимально подходящие для данного региона продукты. На данный момент завод выпускает шесть моделей экскаваторов средней эксплуатационной массы, стрелы к ним, а с мая 2017 года здесь началось производство ковшей для карьерных экскаваторов Hitachi модели EX1200-6», – добавил он.
Генеральный директор ООО «Либхерр-Русланд» Николай фон Зеела отмечает, что компания Liebherr активно инвестирует в развитие российского машиностроения «С 2017 года был запущен проект совместного производства горных самосвалов на территории предприятия «Кемеровохиммаш» в Кузбассе. Мы с оптимизмом смотрим на будущее российской экономики, невзирая на непростую политическую ситуацию. Поэтому компания продолжает стабильно вести инвестиционную деятельность. В целом уровень обеспеченности спецтехникой в России повышается, особенно в сегментах дорожного и гражданского строительства. Однако потребность в высококачественной зарубежной технике все еще остается. Для реализации ряда крупных инфраструктурных проектов в России в будущем потребуется спецтехника. Мы верим, что после восстановления рынка на докризисный уровень распределение долей между отечественными и зарубежными производителями будет более сбалансированным», – подчеркнул он.
Мнение
Виктор Казаков, член правления РСПП, генеральный директор ГК «КрашМаш»:
– Если говорить об экскаваторах, то приоритетными для нашей компании являются модели весом от 40 т и выше. Такие тяжелые гусеничные механизмы позволяют осуществлять сверхсложные работы по демонтажу зданий и сооружений, безопасно и в более короткие сроки. Этим летом мы закупили целую партию новых 40-тонных экскаваторов John Deere, которые уже отлично проявили себя в полевых условиях. Хочется выразить надежду, что в обозримом будущем процесс импортозамещения коснется и нашей отрасли, придав новый импульс развития отечественной демонтажной индустрии.