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.
Игорь Коваль: «Экономить на качестве бетона – недопустимо»
Бетон – самый распространенный строительный материал современности. О том, почему экономить на его качестве не только недопустимо, но и экономически нецелесообразно, «Строительному Еженедельнику» рассказал руководитель научно-технического центра компании ООО «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль.
– Игорь Валерьевич, вопрос качества стройматериалов возникает регулярно. Как дела в этой сфере обстоят сейчас?
– Петербургский строительный рынок потребляет порядка 6 млн куб. м бетона ежегодно. Это ведущий стройматериал как при возведении жилых и коммерческих объектов, так и при реализации проектов в сфере транспортной инфраструктуры. При этом к эксплуатационным свойствам бетона, естественно, предъявляются достаточно серьезные требования. Материал должен быть долговечен в использовании, технологичен (то есть удобен в применении), при этом полностью соответствовать проектным нормативам.
Однако в нынешних реалиях при выборе стройматериала главенствующую роль стал играть фактор стоимости. Это касается как реализации частных проектов, так и работы по госзаказам (система тендеров выстроена так, что для того, чтобы победить, нужно предложить наименьшую цену контракта, после чего подрядчик, чтобы обеспечить рентабельность, начинает экономить на всем, в том числе, к сожалению, и на качестве используемых материалов – цемента, инертных заполнителей, добавок). В результате сложилась не очень добросовестная практика, при которой в базовой связке «цена – качество» значение параметра «качество» отодвинуто на второй план.
На практике результатом такой экономии конкретно применительно к бетону становятся дополнительные затраты на исправление дефектов, снижение проектных сроков безопасной эксплуатации объектов (вместо 50–75 лет, предусмотренных нормативами, это, по сути, 20–25 лет, в особо проблемных случаях – даже 10–15 и менее, после чего конструкции могут начинать разрушаться под воздействием ряда факторов). В итоге «мизерное» снижение на стадии строительства расходов на бетон вызывает серьезные и существенные траты на этапе эксплуатации, далее на этапе проведения обследований и на этапе выполнения ремонтов. Не думаю, что у города есть на это лишние деньги.
– Но раз такая практика существует, она, наверное, допустима по нормативам?
– Не совсем. Новые СНиПы (в частности, СП28.13330-2012, ГОСТ 31384-2017), вышедшие в 2012–2017 годах, требуют при проектировании бетонных конструкций для неблагоприятных петербургских условий (а это многочисленные циклические переходы бетона к замораживанию, оттаиванию и т. д., среды эксплуатации SF3, SF4, XS2, XS3, XC4, XA1) применять материалы с повышенными показателями по морозостойкости, сульфатостойкости, водонепроницаемости и стойкости в агрессивных средах, что, в свою очередь, требует при строительстве использования бетона классов В35, В40, В45. А фактически самые распространенные классы бетона, используемого в нашем городе, – В25 и В30 по ГОСТ 26633-2015. То есть они априори серьезно не соответствуют требованиям по долговечности.
– Систему проведения тендеров участники рынка вряд ли смогут поменять, выживать компаниям надо – а значит, нужно поддерживать рентабельность работ. Застройщики жилья тоже находятся в сложном положении в связи с реформой отрасли. Что вы можете предложить со своей стороны?
– Компания АО «ГК Полипласт», как ведущий в России производитель химических добавок в бетоны (наша доля на рынке страны в среднем превышает 50%), видит свою миссию в нахождении технологичных путей решения также и этой проблемы. На наш взгляд, необходимо обеспечить как качество используемых бетонов, так и рентабельность работы строителей и производителей бетона. И такие возможности существуют.
Если рассмотреть вопрос в комплексе, можно констатировать, что использование некачественных бетонов затягивает строительство. А это проблемы неустоек и конфликтов с властями и заказчиками, а при работе по госзаказу или при возведении жилья – это срыв сроков ввода объектов со всеми последствиями. И это не говоря уже о возникающей необходимости переделок и прочих «радостях» (достаточно вспомнить «аммиачные квартиры»).
Между тем использование более качественного бетона с современными добавками и инновационными технологиями при сравнительно небольшом повышении стоимости бетона (скажем, на 10–15%) позволяет заметно – на несколько месяцев – ускорить возведение объекта, повысив качество и надежность. А это – выполнение работы в срок, экономия на обслуживании кредитов, на оборачиваемости опалубки, на оплате рабочей силы, арендованного оборудования и пр.
Для понимания цены вопроса: затраты на весь железобетонный каркас жилого здания составляют всего 5–8% от общих расходов на возведение объекта. «Перерасход» средств на качественный бетон полностью компенсируется и даже вызывает снижение общих затрат на возведение.
Свою задачу компания «Полипласт» видит также в своего рода инженерно-просветительской работе. Мы активно участвуем в организации и проведении различных научно-практических мероприятий, конференций, семинаров. Одно из них, кстати, состоится 19 апреля на выставке «Интерстройэкспо».
Ведущая роль отраслевых НИИ страны за последние десятилетия серьезно нивелировалась хроническим недофинансированием и отсутствием целевых соответствующих статей в бюджете, на разработку базовых задач строительной отрасли.
Мы, как производители современных добавок в бетоны, выполняем, в частности, и консалтинговую функцию в этой сфере. Наша задача сегодня – довести до девелоперов и крупных подрядчиков информацию о новых возможностях добавок, бетонов и инновационных технологий в строительстве, в том числе по повышению качества строительства без нанесения ущерба экономике проекта.
Анна Демидова: «Преимущества аренды строительной техники пока недооценены»
ООО «СтройРент» работает на рынке аренды строительной техники с 1996 года. За прошедшее время накоплен богатый опыт и налажены прочные партнерские связи как с производителями оборудования, так и со строителями. О том, почему многие компании предпочитают аренду покупке собственной техники, «Строительному Еженедельнику» рассказала генеральный директор ООО «СтройРент» Анна Демидова.
– Анна Сергеевна, возглавляемая Вами компания работает на рынке уже давно. Какие строительные организации пользуются ее услугами?
– «СтройРент» предлагает аренду широчайшей линейки средств малой механизации самого разного назначения – начиная с бытовок, лесов и топливных баков и заканчивая фрезеровальными машинами, опрессовщиками, измерительными приборами и опалубочными системами. Парк нашего оборудования позволяет обеспечить строительные, коммунальные, ландшафтные работы практически любого масштаба.
Мы предлагаем свои услуги не только организациям, но и физическим лицам, которым необходимо выполнить домашний ремонт или произвести какие-то работы в загородном доме или на приусадебном участке. Что же касается строительных компаний, назвать их я, к сожалению, не могу, поскольку конфиденциальность предусмотрена пунктом 9 нашей формы договора по сдаче оборудования в аренду.
Позволю себе назвать объекты, при возведении которых была использована наша техника. Мы участвовали практически во всех крупных стройках Санкт-Петербурга последних лет – в том числе это такие знаковые объекты, как общественно-деловой комплекс «Лахта Центр», современный футбольный стадион на Крестовском острове, аэропорт «Пулково», здание Арбитражного суда Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Мы активно работаем со многими застройщиками и подрядными компаниями, возводящими жилье и объекты транспортной, социальной, торгово-развлекательной инфраструктуры.
– В чем, на Ваш взгляд, состоят плюсы аренды техники для строителей?
– Преимущества аренды строительной техники в России сильно недооценены. Особенно она актуальна в настоящее время, когда отрасль находится в сложном положении и у застройщиков, как говорится, «каждый рубль на счету».
Аренда позволяет сэкономить весьма существенные средства на пополнении собственного парка техники. Компании не нужно иметь все необходимое для строительства оборудование на постоянной основе, но периодически работы нужно выполнять. Зачем же «выдергивать» из оборота средства, если легко можно взять технику в аренду? Кроме того, неиспользуемую собственную технику необходимо где-то хранить, а это – заметные затраты на складские помещения.
Аренда позволяет строительной компании точнее планировать свою экономическую деятельность, у организации становится меньше налогооблагаемая база. Часто аренда интересна клиентам, которым техника нужна срочно. Речь идет о выполнении ограниченных по времени работ в рамках каких-либо новых проектов, по окончании которых потребность в дополнительном парке оборудования исчезает. Во всех таких ситуациях оптимальный выход – аренда.
– Какое именно оборудование предлагает компания на рынке?
– У нас очень широкий ассортимент техники для решения самых разнообразных задач – сотни наименований. Поэтому перечислять их нет никакого смысла, лучше ознакомиться с каталогом на нашем сайте.
Отмечу лишь, что у нас налажены прочные и долгосрочные партнерские отношения с самыми крупными и уважаемыми зарубежными и отечественными производителями оборудования.
Среди предлагаемого нами оборудования – техника всем известных брендов, таких как Wacker Neuson, HILTI, Dynapac, WAGNER, Bosch, STIHL, BOMAG, KAESER и др. Она известна своим качеством, надежностью, высокой производительностью. На регулярное обновление своего парка техники мы тратим около 25% выручки. Поэтому предлагаемое нами оборудование – не просто технически исправное, но по большей части новое.
– Тренды рынка таковы, что компании предпочитают сегодня получать не единицу оборудования, а услугу. Что в этом смысле может предложить «СтройРент»?
– Такой подход полностью укладывается в нашу философию и практическую работу. Мы предлагаем нашим клиентам полный комплекс услуг, как говорится, «под ключ». Это касается целого перечня вопросов, начиная с консультационной помощи. К нам можно обратиться, рассказать об объеме и сроках предстоящих работ. И наши специалисты предложат оптимальный по количеству, мощности и производительности набор оборудования, который позволит выполнить задачу своевременно и с высоким качеством.
Также клиент получает техническое сопровождение на период всего срока аренды, при необходимости – обучение его сотрудников обращению с техникой, доставку оборудования на место производства работ и вывоз после их окончания. В случае, если та или иная машина вышла из строя, мы берем на себя обязательства либо оперативно осуществить ремонт, либо заменить ее аналогичной по характеристикам. Таким образом, осуществляемая нашей компанией техническая поддержка обеспечивает непрерывный цикл эксплуатации оборудования, что гарантирует выполнение работы в сжатые сроки.
– Вы работаете только в Петербурге?
– Нет, мы динамично развиваемся, в том числе и путем выхода на новые рынки. У «СтройРента» разработана стратегия, которая, в частности, предусматривает и региональную экспансию, как это обычно называют. Уже сегодня мы работаем в Ростове-на-Дону, в Новочеркасске, в Краснодарском крае. В этом году запланирован выход на рынок Крыма, в будущем – Москвы.
Наши услуги востребованы, поэтому мы создаем региональные подразделения компании, которые тиражируют успешный петербургский опыт.
– И нет никаких проблем?
– Так не бывает. Сложности имеются всегда, относиться к этому надо философски и стараться преодолевать их по мере возможности.
Не новая для рынка проблема – демпингующие фирмы-однодневки с минимальным набором оборудования, отсутствием сервиса и непомерными амбициями. Запретить их существование невозможно. У клиентов есть возможность попробовать арендовать технику в разных местах и сделать свои выводы. Могу сказать только одно: наши клиенты всегда возвращаются в «СтройРент».