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.
Расширяя границы
Собственникам разрешили узаконить излишки используемых ими земельных участков. Легализовать можно будет только те «прирезы», которые соответствуют ряду важных требований.
С 16 сентября 2019 года в России вступили в силу изменения в Законах «О кадастровой деятельности» и «О государственной регистрации недвижимости». Часть поправок касается положений «дачной амнистии», которая продолжается в стране.
«Прирезы» в законе
Как отмечает генеральный директор ООО «Гео-Вектор» Сергей Мясников, теперь у собственников появилась возможность узаконить в рамках проведения комплексных кадастровых работ фактически используемые земельные участки, если их площадь больше указанной в ЕГРН. Эта возможность, поясняет эксперт, предоставляется при соблюдении ряда условий: участок фактически используется более 15 лет, в отношении него отсутствуют споры с соседями и претензии со стороны органов власти. При этом возможность увеличения площади ограничена. Она не должна превышать предельного минимального размера участка, установленного администрацией региона. Если предел не установлен – площадь «прирезаемой» земли должна составлять не более 10% от основного участка, находящегося в собственности.
«Закон направлен на защиту интересов как государства, так и граждан. Кроме того, в рамках рассматриваемых изменений расширены полномочия кадастровых инженеров. Они получили право связываться с владельцами земель в случае возникновения спорной ситуации: запрашивать их почтовый и электронный адрес через ЕГРН. Также правообладатели земельных участков и зданий вправе предоставить кадастровому инженеру имеющиеся у них материалы и документы для использования их при проведении комплексных кадастровых работ», – добавляет Сергей Мясников.
Вр. и. о. начальника отдела землеустройства и мониторинга земель, кадастровой оценки недвижимости, геодезии и картографии Управления Росреестра по Ленобласти Дарья Сердцева подчеркивает, что нововведение не подразумевает легализации самовольно занятых земель, а регулирует вопрос уточнения границ земельных участков в ходе комплексных кадастровых работ. Это процедура, в ходе которой определяются границы участка, уже принадлежащего физическому или юридическому лицу, без первоначального описания местоположения границ.
«Общезаконодательная норма, устанавливающая, что в случае отсутствия в документах сведений о местоположении границ участка его границами считаются существующие на местности 15 и более лет, осталась неизменна. При этом необоснованное увеличение участков является недопустимым, поскольку представляет собой злоупотребление правом», – сообщила специалист.
Право собственности
Как поясняет руководитель аудиторского и юридического отделов BLCons Group Мария Стригалёва, в Гражданском кодексе РФ с 1995 года действует норма о приобретательской давности (ст. 234 ГК РФ). В соответствии с ней, приобретение права собственности появлялось по истечении 15 лет добросовестного, открытого и непрерывного владения недвижимостью. Ввиду того, что данная норма была новой, в течение первых 15 лет владельцы недвижимости не могли ее реализовывать. После 2009 года применение принципа приобретательской давности начало набирать обороты, в том числе и в отношении самовольно занятых участков (на бытовом уровне также используется понятие «прирезка»).
«В России (и, в частности, в Петербурге и Ленобласти) еще сохранилось множество участков, владельцы которых не озаботились установлением границ. Сложившаяся ситуация связана с тем, что координаты характерных точек границ участка начали устанавливать только с 1 марта 2008 года. Поэтому большинство из них в ЕГРН точных границ не имеет», – отмечает Мария Стригалёва.
По словам старшего юриста практики по недвижимости и инвестициям компании «Качкин и Партнеры» Вероники Перфильевой, на практике самозахват земель, т. е. использование участка без учета границ, сведения о которых внесены в ЕГРН, встречается достаточно часто, в том числе на территории Петербурга и Ленобласти. При этом сложившийся порядок пользования участка в фактических границах нередко является устоявшимся, существующим длительное время.
С этим согласна и генеральный директор ООО «Институт градостроительного проектирования» Марина Плотникова. «Из опыта работы по Ленобласти можем сказать, что гражданами в большей степени происходит самозахват прилегающей территории к уже сформированному и находящемуся в собственности участку. Размер «прирезка» составляет, как правило, 10–30% от уже имеющейся в собственности земли. Случаи самовольно занимаемых участков без имеющегося радом собственного участка очень редки», – добавляет она.
Генеральный директор ООО «РУСТЕХРЕЕСТР» Константин Климушин отмечает: на первый взгляд может показаться, что 15-летний срок владения – достаточно внушительный, а объем обращений граждан или юридических лиц будет незначительным, но это мнение ошибочно. «Достаточно вспомнить огромное количество садоводств и иных дачных кооперативов, где забор практически каждого второго домовладения отодвинут на 1–2 м в сторону проезжей части. Помимо садоводов также необходимо учитывать крупные предприятия, в окружении собственности которых оказались так называемые «незанятые участки», в отношении которых, я уверен, у них появятся однозначные взгляды на их приватизацию», – резюмирует эксперт.
Мнение
Константин Климушин, генеральный директор ООО «РУСТЕХРЕЕСТР»:
– Конечно, новшество потребует «обкатки» и внесения необходимых поправок в случае возникновения так называемых «подводных «камней». Законы, предполагающие возникновение или ограничение в правах, всегда требуют доработок. Что касается исполнения новшества, то, как говорится, практика покажет. Но уже сегодня можно сказать, что легкой эта работа не будет. Наверняка мы столкнемся с проблематикой спорных границ кадастровых кварталов и округов, наложением земельных участков и неопределенностью субъекта права.
На особом контроле
Строительство и реконструкция уникальных зданий и сооружений требуют особого технического контроля за производимыми работами. Современные технологии и оборудование помогают специалистам вести эффективный мониторинг на объектах.
Российские строители все активнее возводят технически сложные объекты. Многие из них имеют нестандартную конструкцию, фундаментную и фасадную часть, повышенную высотность и т. д. Строительство таких объектов должно проходить под особым контролем независимых экспертов. Дальнейшая эксплуатация этих зданий также требует постоянного мониторинга их состояния. Особый технический контроль необходим и при реставрации исторических зданий. По словам экспертов, методы мониторинга исторических и сложных современных объектов очень схожи между собой.
Учесть все факторы
По словам генерального директора компании «КБК Проект» Василия Костина, строительство, реконструкция и эксплуатация уникальных объектов требуют повышенного внимания к методам диагностики их состояния. В частности, в работе экспертам необходимо использовать возможности быстрой оценки на соответствие определенным нормам конструкции здания. При этом она должна быть проста в использовании на любом этапе строительства и (или) эксплуатации объекта и сочетаема с основными программными продуктами мониторинга.
«В диагностике таких объектов важно учесть множество факторов. Например, запас прочности, статические и динамические параметры, особенности материалов и грунтового основания, характер внешних воздействия на конструкции и т. п. И если в процессе строительства работа экспертов – это регулярный анализ на соответствие проектной документации, то в процессе эксплуатации – уже постоянный технический анализ состояния конструкций объекта, с постоянным режимом наблюдения. Системы для такого мониторинга разрабатываются на стадии проектирования и устанавливаются во время строительства. Как правило, это комплексные автоматические стационарные системы, создаваемые индивидуально для каждого здания. Они следят за своевременным выявлением деформации конструкций и рядом других параметров», – поясняет Василий Костин.
Генеральный директор компании «Энигма-С» Виталий Соколов рассказывает, что большинство методик мониторинга уникальных объектов в основе идентичны между собой, но имеют и различия. В особенности это касается исторических зданий. Это связано с конструктивными особенностями таких объектов. «В частности, в Петербурге, да и в других городах страны, в послевоенные годы велись активные, но иногда технологически разные работы по восстановлению и строительству зданий. В связи с этим фундаменты, стены, перекрытия, колонны и другие несущие конструкции могут отличаться и, соответственно, иметь различную структуру, вес и несущую способность. Именно для определения этих параметров мониторинг рекомендуется проводить совместно с комплексным техническим обследованием, которое даст полную картину о состоянии конструкций здания и уже на первичном этапе позволит найти «слабые места», на которые стоит обратить более пристальное внимание», – подчеркивает он.
Технологии, стандарты, профессионализм
Вести эффективный мониторинг строительства, реконструкции и реставрации уникальных сооружений сейчас помогают новейшие технологии и оборудование. Также специалисты задействуют их в наблюдениях и при эксплуатации объектов.
Виталий Соколов отмечает, что современные технологии позволяют вести цикличные инструментальные наблюдения в режиме автоматизированного мониторинга с использованием роботизированных тахеометров, инклинометров, датчиков раскрытия трещин и другой регистрирующей аппаратуры, с возможностью пост-обработки и передачи данных в реальном времени. Также мониторинг может быть полуавтоматизированным. При этом регистрирующая аппаратура в местах наблюдений работает в автоматическом режиме, с комбинацией инструментальных наблюдений.
По мнению Василия Костина, из новых технологий можно выделить ультразвуковое сканирование, которое помогает анализировать геометрию конструкций, прочность материалов и несущую способность фундаментов. Также важны разнообразные датчики для измерения напряжений конструкций, системы термометрии, предназначенные для непрерывного измерения температуры объектов на базе волоконно-оптических датчиков. Современные технологии, добавляет он, позволяют существенно снизить стоимость мониторинга – при повышении качества и достоверности получаемой информации.
Специалисты также отмечают, что за последние годы начали совершенствоваться и нормативные отраслевые стандарты. На них теперь можно ориентироваться, применяя новое оборудование.
Генеральный директор компании «ГЛЭСК» Сергей Салтыков напоминает, что сам термин «геотехнический мониторинг» начал обретать четкое наполнение не только в сознании потребителей услуги, но и у исполнителей работ лишь с выходом СП 305.1325800.2017. Новая нормативно-техническая документация РФ детализировала объемы и состав работ, необходимых к выполнению при мониторинге. По его словам, совсем скоро качественный проект геотехнического мониторинга (а не копия общих рекомендаций из геотехнического обоснования) станет нормой на каждой строительной площадке, ведь его значимость не меньше проекта организации строительства или проекта производства работ.
«Могу добавить, что главным при мониторинге является пытливый ум специалиста, знающего, что он измеряет, и не болеющего звездной болезнью, мешающей второй и третий раз свои же измерения перепроверить. Лишь таким экспертам я доверяю сверхточные цифровые нивелиры, тахеометры, инклинометры, тензодатчики, пьезометры и многое другое. Кроме того, наблюдения, осуществляемые при геотехническом мониторинге, являются комплексными и в обязательном порядке требуют привлечения специалистов различных направлений. Так, в «ГЛЭСК» каждый геотехнический мониторинг осуществляется в тесной связке штатного геотехника, геолога, геодезиста, инженера по обследованию зданий и сотрудника нашей измерительной лаборатории», – резюмирует Сергей Салтыков.
Мнение
Сергей Салтыков, генеральный директор компании «ГЛЭСК»:
– Геологические условия зачастую непредсказуемы – и всегда есть шанс столкнуться с пластом, течением или пустотами, ускользнувшими из взора изыскателей. Сверхточные современные измерительные комплексы, используемые в соответствии с требованиями проекта геотехнического мониторинга, позволяют на начальном этапе выявить и предотвратить ошибку, грозящую стать фатальной, а следовательно, сберечь средства и репутацию застройщика.