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.
Остекление для вокзалов, хабов и аэропортов: надежно и эстетично
Светопрозрачные конструкции (СПК) с профилями из алюминия сегодня украшают фасады зданий практически любого назначения: торговых и развлекательных центров, административных и офисных корпусов, промышленных предприятий и учреждений социальной сферы.
Обсуждаем особенности применения алюминиевых СПК для объектов транспортной инфраструктуры. Наш собеседник – Иван Безрученко, директор по развитию компании «АФК Лидер», которая специализируется на проектировании, производстве и монтаже алюминиевых СПК, а также витражном остеклении фасадов различных типов и любой сложности.
– Сегодня светопрозрачные конструкции не только выполняют свою техническую функцию, но и играют важную эстетическую роль в формировании архитектурного облика здания. Так, например, в зависимости от замысла архитектора они могут подчеркивать лаконичность фасада или, наоборот, декоративную насыщенность. Наряду с другими конструктивными и декоративными элементами СПК фактически создают среду, в которой существует человек. Это актуально для аэропортов, вокзалов, транспортно-пересадочных узлов, где важен комфорт и эстетика, с тем чтобы пассажиры не столько уставали от дороги, сколько получали приятные впечатления и наслаждались процессом путешествия.
– А в чем состоит особенность проектирования, производства и монтажа СПК для объектов транспортной инфраструктуры?
– Светопрозрачные конструкции для таких объектов сложнее остальных, потому что к ним предъявляются более строгие требования. Прежде всего это связано с постоянной вибрацией и дополнительными ветровыми нагрузками, поэтому и на стадии проектирования, и в процессе производства, и тем более при выполнении монтажа таких конструкций приходится учитывать эти факторы.
– Расскажите об опыте компании по реализации проектов в транспортной инфраструктуре. Какие из них для вас наиболее значимы, чем вы гордитесь?
– Мы очень продуктивно работаем с «Российскими железными дорогами»: наши проекты реализованы на многих станциях Московских центральных диаметров (МЦД) в столице и Подмосковье. Особенно хотелось бы отметить следующие непростые, но интересные и впечатляющие объекты: железнодорожный вокзал аэропорта Шереметьево (терминал В), транспортно-пересадочные узлы (ТПУ) «Щукинская», «Белорусская», «Внуково», станция «Стрешнево». Впрочем, все объекты нам дороги. Каждый по-своему.
– Можете назвать объемы производства для этих объектов?
– Назову три самых крупных в порядке возрастания. На станции «Внуково» площадь остекления составила 2900 м2, на ТПУ «Щукинская» – 4900 м2, а для железнодорожного вокзала аэропорта Шереметьево – уже 8000 м2. Думаю, по этим цифрам можно представить себе и оценить объемы производства.
– Какие системы фасадного остекления наиболее востребованы для объектов транспортного строительства?
– По нашему опыту в СПК для фасадов транспортных объектов в 90% случаев применяются стоечно-ригельная и структурная системы, а 10% приходится на спайдерное остекление. Стоечно-ригельная система наиболее экономична, состоящая из стеклопакетов, закрепленных с помощью прижимных планок. Структурное остекление очень эстетично, его еще называют «панорамным», когда фасад представляет собой цельную сплошную стеклянную поверхность, на которой не видны элементы крепежа. Спайдерная система остекления – новая современная технология, где стеклянные блоки крепятся специальными кронштейнами, «спайдерами», без использования удерживающего профиля. Мы работаем со всеми системами, применение того или иного решения зависит от конкретного проекта. Для этого у компании «АФК-Лидер» имеются все технологические и технические возможности.
– Можете немного подробнее рассказать про возможности вашего производства: что за оборудование вы используете, в чем его преимущества?
– Наш парк состоит из самого современного оборудования 2022–2023 годов выпуска. Отдельно хочу акцентировать внимание на наличии в нашем парке двухплоскостной пилы сложных резов AS-Р-650 GRAULE – таким оборудованием располагают всего две-три компании в России.
Также напомню, что «АФК-Лидер» выполняет весь комплекс услуг по остеклению, включая не только производство, но и проектирование на стадии рабочей документации, а также монтаж на площадке. Наша команда располагает собственным проектно-конструкторским отделом плюс имеется команда высококвалифицированных монтажников и специалистов, обладающих большим опытом работ по остеклению фасадов, поэтому мы всегда поможем заказчику определиться с оптимальным вариантом остекления фасада и, если нужно, возьмем на себя разработку проекта, подготовку всей необходимой технической документации, монтаж объекта в соответствии со всеми особенностями проекта. Практически исполнение под ключ.
– А какую информацию должен предоставить заказчик, чтобы ваша компания выполнила полный цикл работ? Что нужно указать в техническом задании?
– Все зависит от возможностей заказчика. Если у него нет готового проекта или ТЗ, то мы оперативно выезжаем на объект, составляем ТЗ и разрабатываем проект.
– Что вы можете порекомендовать заказчикам в сфере транспортной инфраструктуры, исходя из опыта компании? Как правильно выбрать исполнителя, материалы и техническое решение остекления?
– Выбирая подрядчика по проектированию, изготовлению и монтажу остекления, нужно изучить имеющуюся информацию о компании, в том числе портфель выполненных объектов. Нужно отдавать предпочтение тем, у кого есть опыт реализации сложных технических решений. Также важно понять, какие гарантийные обязательства берет на себя подрядчик и как они выполняются. При проектировании, производстве и монтаже остекления на площадке строительства транспортного объекта должны строго соблюдаться нормативы – строительные правила, ГОСТы и т. д.
– Чем могут обернуться ошибки при выборе подрядчика?
– Неправильно подобранная формула стеклопакета приводит к потерям тепла, слабой освещенности помещения, плохой шумоизоляции. Хочу особенно подчеркнуть необходимость испытаний на коэффициент теплопотерь, которым должны подвергаться все светопрозрачные конструкции. Мы всегда в обязательном порядке проводим испытания на приведенное сопротивление теплопередаче каждой конструкции. Это важно!
Сверхгабаритное стекло в архитектуре: вызовы и решения при остеклении
Визуально легкие стеклянные фасады и широкоформатное остекление – многолетний глобальный архитектурный тренд, актуальный и для России. Стекло в формате oversize смотрится очень эффектно: визуально увеличивает пространство и пропускает в помещение много света. И если до недавнего времени крупногабаритное архитектурное стекло приходилось импортировать из Европы, то сегодня активно развиваются не только производственные площадки компаний - производителей архитектурного стекла, но и возможности компаний - переработчиков.
Тем не менее остекление oversize-формата более 6 м пока продолжает считаться сложным процессом: выбрав такое стекло для проекта, можно столкнуться с некоторыми особенностями при транспортировке, переработке и эксплуатации. О том, что необходимо учесть, выбирая сверхгабаритное стекло на проект, рассказывает технический специалист Larta Glass Михаил Голиков.
Вес стеклоизделия. Большой формат означает большой вес, который сильно влияет на остальные составляющие ограждающей светопрозрачной конструкции. Конструкция может не выдержать собственного веса.
Чтобы нивелировать эту проблему, важно подобрать подходящую профильную систему. При выборе профильной системы отталкивайтесь от формулы стеклоизделия или стеклопакета, а не от ограничений профильной системы по возможной толщине заполнения.
Чрезмерный прогиб из-за ветровых нагрузок и недостаточного крепления может привести к потере устойчивости стеклоизделия.
Используйте триплекс и более толстые монолитные стекла, например, толщиной 8, 10 и 12 мм, а также выполняйте специализированный расчет для оценки вероятных значений прогибов и напряжений в стеклоизделии.
Оптические искажения и деформации, влияющие на визуальное восприятие фасада, могут возникнуть после термообработки стекол большого формата и недостаточной толщины.
Чтобы минимизировать эффект деформации, связанный с термообработкой, используйте более толстые наружные стекла. Например, наружное стекло толщиной 12 мм или триплекс из закаленных или термоупрочненных стекол толщиной 10 мм и более.
Энергоэффективность. При остеклении больших проемов важно знать: сопротивление теплопередаче у стены выше, чем у ограждающей светопрозрачной конструкции. Чем больше процент остекления, тем труднее обеспечивать требуемые показатели энергоэффективности.
Применяйте стекла с многофункциональными покрытиями. Они повышают энергоэффективность зданий: пропускают максимум солнечного света и одновременно могут помочь защитить помещение от жары летом и снизить теплопотери зимой. Для достижения оптимального результата можно использовать несколько различных видов стекла.
Переработка. Не все переработчики готовы работать с форматом oversize.
Уточните актуальную информацию по производителям стеклоизделий у регионального менеджера по архитектурным продажам или специалистов технической поддержки клиентов в Larta Glass.
Доступность и ремонтопригодность. Ранее формат oversize был исключительно импортной позицией, что накладывало на заказчика и исполнителей множество вызовов, связанных с доставкой стекла к переработчику или готовых стеклоизделий на объект. Кроме того, разрушение готового изделия на этапе строительства либо в процессе эксплуатации объекта – еще более серьезная проблема. Заказчик может столкнуться с трудностями по доставке аналогичного изделия, а поставщик не всегда может обеспечить своевременную замену. При проектировании остекления в формате oversize важно знать не только переработчиков, но и поставщиков стекол.
Оценивайте риски, выбирая поставщиков, и ориентируйтесь на возможности локальных поставщиков. Например, в линейке продуктов Larta Glass есть стекла с архитектурным покрытием сверхгабаритного формата длиной до 9,5 м. Ширина остается неизменной и равна 3,21 м.
Стекло oversize-формата требует более сложной переработки, но результат того стоит: сочетание сверхгабаритного формата стекла и энергоэффективного покрытия позволит реализовать смелые архитектурные решения и при этом обеспечить соответствие требованиям по энергоэффективности светопрозрачных конструкций.
О компании
Larta Glass — один из крупнейших произво- дителей листового стекла, стекла с покрытием и зеркала в странах СНГ. Три завода компании в Рязани, Раменском и Ростовской области входят в число самых современных предпри- ятий по производству листового стекла.
Стекло, изготовленное на заводах Larta Glass, можно увидеть на объектах в Сочи, спортивных площадках чемпионата мира по футболу, аэропортах Москвы и крупных российских городов и во множестве других проектов.