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.
Импортозамещение ССС под вопросом
Доля импорта на рынке сухих строительных смесей (ССС) мала — эта сравнительно молодая отрасль раньше прочих задумалась о локализации и импортозамещении. Однако проблемы остаются: полного импортозамещения участники рынка не ждут в обозримом будущем.
Денис Мантуров, министр промышленности и торговли, ранее говорил о ситуации на рынке отделочных стройматериалов: «В этом сегменте доля импорта не превышает 4%, и в основном из-за рубежа поставляется плитка, санфаянс и строительные сухие смеси. Но даже по этим позициям на отечественных производителей и локализованные компании приходится свыше 80% продаж».
«Производство строительно-отделочных материалов является приоритетной отраслью России. Существенное влияние на отдельные предприятия отрасли оказывают импортные поставки продукции и слабая реализация экспортного потенциала промышленности строительных материалов», — указано в исследовании компании INFOLine.
По оценкам компании, рынок DIY и Household в 2021 году получил рекордный рост. Высокие показатели продаж были обеспечены как повышенным спросом на строительные материалы и товары для ремонта, так и ростом цен на 20–25%.
Но в конце первого квартала санкции внесли свои коррективы.
Когда пришли санкции
Громким событием на рынке ССС стал уход из России химико-промышленного концерна Henkel (Германия). Наряду с широкой линейкой бытовой химии предприятие концерна «Хенкель Баутехник» производило также сухие строительные смеси.
Других подобных потерь на рынке не наблюдалось. Зато возникли проблемы с логистикой. «К сожалению, с уходом крупнейших мировых операторов контейнерных перевозок (Maersk, MSC, CMA CGM) отечественная сфера логистики зарубежного химического сырья находится в глубоком кризисе. Стоимость и время доставки необходимых продуктов выросли в несколько раз, какие-то позиции вообще стали недоступны. Особенно ярко это проявилось в марте-апреле 2022 года. Однако поставщики и транспортные компании уже усиленно работают над альтернативными каналами доставки, наблюдаются определенные позитивные тенденции», — отметил Андрей Сизов, руководитель направления сухих строительных смесей ООО «Полипласт Северо-запад».
«Гарантировать стабильность логистических цепочек на данный момент не может ни один производитель, и должно пройти некоторое время, чтобы можно было говорить о налаженной работе с перспективой развития в будущем», — добавила Елена Коннова, руководитель департамента маркетинга, коммуникаций и цифровых проектов ООО «РЕММЕРС» (входит в Remmers Gruppe AG).
По словам Андрея Сизова, в последние годы наблюдается устойчивый тренд на значительное снижение доли импорта ССС в Россию. В первую очередь это связано с дорогой логистикой. «Любой производитель стремится к минимизации собственных затрат и старается по максимуму использовать локальную сырьевую базу. Возить из-за рубежа полностью готовые сухие строительные смеси становится нерентабельным. Другое дело — импорт отдельных химических компонентов и полупродуктов, не имеющих аналогов в стране конечного производства», — уточнил он.
Но сегодня, кроме логистических, наблюдаются проблемы и с поставками компонентов из-за рубежа. В разных регионах и на разных предприятиях путь решения проблемы свой. Так, власти Кемеровской области для обеспечения местных производителей ССС пытаются найти замену европейских составляющих китайскими. Для Астраханской области ближе оказался иранский рынок, откуда региональные власти планируют поставлять разные материалы, в том числе ССС.
«Перманентный поиск альтернативных поставщиков — обязательный атрибут любого серьезного предприятия. От доступности исходных компонентов напрямую зависит работа каждого производства. В условиях нестабильности рынка, плавающего курса валют и нарушения мировых логистических цепочек вопрос "сырьевой безопасности" становится актуальным как никогда. На текущий момент происходит переориентация российского рынка потребления химических добавок с европейского сырья на доступное китайское и отечественное», — резюмировал Андрей Сизов.
Мечты и реальность
Утверждения чиновников о возможностях, которые появились на волне санкций, — зарубежные компании освободили поле деятельности для российских предприятий, вызывают некоторые сомнения. Для расширения производства необходимы финансы, сырье, оборудование, структура сбыта.
Сегодня выигрывают компании, которые задумались об импортозамещении загодя. Например, компания «РЕММЕРС» начала подготовку производства к локализации еще несколько лет назад, поэтому нынешние условия не стали для нее критическими. «Безусловно, введенные санкции резко сократили время на подготовку и требуют более оперативных действий, чем планировалась ранее. Инвестиции в расширение производства являются для нашей компании стратегически приоритетными на текущий момент», — добавила Елена Коннова.
По ее словам, многие компании будут каждый раз сталкиваться с нехваткой производственных мощностей и отсутствием необходимых технологий производства. «Чтобы не допустить резкого падения в строительстве, процесс импортозамещения необходимо проходить последовательно, развивая собственную производственную базу.
Например, в такой отрасли, как реставрация объектов культурного наследия, резкий отток материалов зарубежного производства может привести к крайне негативным последствиям в будущем, так как за каждым материалом Remmers стоят десятилетия исследований и доработок, основанных на практическом опыте во всем мире. В одночасье начать производить подобные высокотехнологичные материалы на территории России очень сложно», — указала Елена Коннова.
Тем не менее Ставропольский завод сухих смесей намерен расширить производство — пошли запросы из Донецкой и Луганской народных республик.
Новое производство заработало во Владивостоке — его открыла компания «Тайгер Микс». Причем завод будет изготавливать ССС на основе материалов, произведенных местными предприятиями «Востокцемент» и «Спасскцемент».
В конце лета будет запущен завод и в Челябинской области: компания UNIS планирует производить 180 тыс. тонн ССС в год.
«Важно понимать, что на качество ССС во многом влияет кондиция поставляемого сырья, а также использование требуемого технологичного оборудования при производстве. Так как политика международной компании Remmers не позволяет снижать качество выпускаемой продукции ни при каких условиях, то поиск соответствующего сырья становится очень актуальным вопросом. Безусловно, мы столкнемся с тем фактом, что некоторые материалы невозможно или нерентабельно будет производить не только в России, но и в мире из-за сырьевого кризиса, который начался еще 2021 году, а в текущем только усилился. Поэтому полное импортозамещение в сегменте ССС материалами аналогичного качества невозможно в ближайшем будущем», — резюмировала Елена Коннова.
«Мосстрой 31»: новые задачи, высокие цели
В современной экономической ситуации ГК «Мосстрой 31» не отказывается от ранее задуманных перспективных планов — напротив, для их воплощения решено ускорить все процессы.
Предприятие планирует менять структуру дистрибуции сэндвич-панелей, усовершенствовать продуктовую линейку, нарастить объемы производства. Принятые западными странами санкции заставили пересмотреть сроки реализации перспективных намерений: десятилетние планы решено исполнить в течение пяти лет, пятилетние — за два-три года. Сейчас руководство ищет способы сократить и эти сроки.
Пока производство сэндвич-панелей на заводе ГК «Мосстрой 31» большую часть года идет в одну смену, только один квартал работа проводится в две смены. При проектной мощности 1,5 млн кв. м в год выпускается 700 тыс. кв. м. Соответственно, надо решать задачу полной загрузки предприятия, переходить на двух- или даже трехсменную работу.
С компонентами проблем не предвидится: металл компания приобретает на российских предприятиях, минеральную вату — тоже, пенополистирол здесь — собственного производства. ГК «Мосстрой 31» занимает более 25% российского и около 50% московского рынка пенополистирола. Причем производится он исключительно из отечественного сырья.
Новые партнеры
Тем не менее задача нарастить объем производства в нынешних условиях непроста: многие проекты заморожены, от некоторых инвесторы отказались. По оценке специалистов компании, рынок стагнирует. Если раньше значительную долю заказов на сэндвич-панели компания получала на строительство зданий промышленного назначения, то сегодня идут поиски новых рынков и новых заказчиков. При этом промышленное строительство должно остаться одним из приоритетных направлений работы. В том числе ожидаются новые проекты по расширению производств или созданию цехов в рамках импортозамещения.
Как известно, один из лучших заказчиков — государство. В сложный период пандемии ГК «Мосстрой 31» взялась за государственный заказ и поставила 130 тыс. кв. м сэндвич-панелей для строительства Московского клинического центра инфекционных заболеваний «Вороновское». Стоит заметить, что значимый проект был построен всего за 30 дней, стало быть, времени на изготовление сэндвич-панелей было очень мало. Однако компания «Мосстрой-31» справилась с поставленной задачей в срок и с высоким качеством.
Не менее значительный заказ — на 110 тыс. кв. м панелей — предприятие выполняет сейчас. Заказчиком выступают власти Московской области, где в рамках федеральной программы строится несколько мусоросжигательных заводов.
Помимо этого, ГК «Мосстрой 31» планирует участвовать в программе капитального ремонта ветхого жилого фонда. Если в России, согласно официальным данным, примерно 2 млрд кв. м жилья в стране нуждается в ремонте, то заказов хватит для всех крупных участников рынка на несколько лет, рассуждают специалисты компании.
Время созидать
Для участия в программе капремонта ГК «Мосстрой 31» планирует летом 2022 года вывести на рынок новый продукт, выпуск которого потребует только переналадки производственной линии.
Но это с точки зрения производства. Есть другой участник процесса — заказчик, клиент, которому необходимо показать все полезные свойства нового продукта.
Пока у потенциальных заказчиков в создавшейся экономической ситуации остаются сомнения в стабильности. В компании полагают, что власти должны внушить бизнесу уверенность — с помощью механизмов поддержки в том числе. Будет уверенность у российских инвесторов — получат заказы и будут работать промышленные предприятия. А сейчас, когда с нашего рынка ушли многие иностранные компании, самая пора заняться возрождением промышленного производства. Да, времени на это потребуется немало, может, десять лет, возможно, больше. Но если форсировать планы, как это делает ГК «Мосстрой 31», результат может случиться раньше.
Справка
Компания «Мосстрой-31» создана на базе Строительного управления № 31 треста «Мосстрой-17» Главмосстроя. В активе компании пять заводов, расположенных в Москве, Московской области, Воронеже, Краснодарском крае, Поволжье.
ГК «Мосстрой 31» — крупнейший производитель энергоэффективных теплоизоляционных материалов, лидер по производству пенополистирола в России.