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:

1. Изучение документации. Включает в себя ознакомление с любой доступной литературой, геологическими картами местности, отчетами других специалистов.
2. Геофизические методы. Например, георадар и сейсмические показатели, электромагнитное обследование, проверка удельного сопротивления.
3. Проба через бурение скважин. Из них можно достать образцы местной почвы и горной породы, чтобы затем испытать их в лаборатории.
4. Выкапывание ям для визуального осмотра.
5. 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:

1. Цель сооружения. Есть много видов тоннелей по предназначению, и от конкретного типа будут зависеть все дальнейшие технические характеристики.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. Обеспечение поддержки при строительстве. Чтобы во время проходки и других этапов строительства стабилизировать местность, требуется обделка системой поддержки.
7. 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.
8. 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.

Комплексные системы для навесных фасадов: проблемы и их решения

Комплексные фасадные решения, в том числе для навесных фасадов, приобретают все большую популярность. Они избавляют проектировщиков и монтажников от головной боли с подбором и заказом конструкций, экономят силы и время. Тем не менее, проблемы остаются. Даже при покупке готовой системы строители часто сталкиваются с необходимостью доработки и покраски деталей. Если объект возводится в регионе с неблагоприятной для металла средой, важным становится подтверждение коррозионной стойкости металлических частей. А оно есть не у каждого системодержателя. О том, как преодолеваются эти сложности, рассказывает Василий Аксенов, руководитель технической поддержки направления «Минеральная изоляция» ТЕХНОНИКОЛЬ.

Комплексные сложности

Строительные компании все чаще отдают предпочтение производителям, предлагающим комплексные фасадные системы. Эти решения включают необходимые компоненты и описание технологии монтажа, что значительно упрощает процесс проектирования и возведения зданий, а также гарантирует соответствие строительным нормам и стандартам безопасности.

Но даже у комплексных систем есть недостатки. Например, возникают вопросы, связанные с законодательным регулированием. Так, в 2023 году в силу вступил ГОСТ Р 70071-2022 «Конструкции подоблицовочные вентилируемых навесных фасадных систем и их соединения. Общие требования защиты от коррозии и методы испытаний». В нем установлены требования по балльной системе к стойкости металлических подконструкций НФС к воздействию внешней среды. В результате в регионах, оценивающийся по этому параметру на 7-8 баллов (среднеагрессивных), использование окрашенной оцинкованной системы становится нереальным. При этом опыт практического применения в таком климате есть, но до сих пор на рынке не было решений, имеющих документальное подтверждение этой возможности.

Классификация регионов, приведенная в документе, также вызывает разночтения. Например, среда в Санкт-Петербурге отличается от Сочи или Новороссийска несмотря на такую же близость моря. Если первый относится к неагрессивным и слабоагрессивным, то южные города попадут в категорию среднеагрессивных. Соответственно, и требования к НФС здесь должны быть разными.

Еще одна частая проблема связана с тем, что некоторые детали навесных фасадных систем требуют дополнительной обработки. Например, угловые элементы конструкции приходится формировать и резать вручную, причем ножницами по металлу, так как использование болгарки может повредить цинковое покрытие.

Источник: пресс-служба компании ТЕХНОНИКОЛЬ

Новинка рынка

Учитывая эти потребности отрасли, ТЕХНОНИКОЛЬ разработала новую комплексную навесную фасадную систему для профессионального строительства – ТН-ФАСАД ВЕНТ. Ранее компания вывела на рынок решения для тонкослойных штукатурных фасадов и кровли. Растущий спрос позволил ей двигаться дальше.

Металлические части подконструкции новой НФС выполнены из оцинкованной стали с полимерным покрытием, что обеспечивает ей высокую коррозионную стойкость. Заключение, которое ТЕХНОНИКОЛЬ получила в НИТУ МИСиС, подтверждает соответствие системы ГОСТ Р 70071-2022 «Конструкции подоблицовочные вентилируемых навесных фасадных систем и их соединения. Общие требования защиты от коррозии и методы испытаний», в том числе по балльной системе оценки агрессивности среды в разных регионах РФ. Таким образом, ТН-ФАСАД ВЕНТ имеет документальное подтверждение и может устанавливаться в большинстве регионов страны, в том числе в местах со среднеагресснивной средой.

Под каждого заказчика проект НФС рассчитывается индивидуально. Разработанная ТЕХНОНИКОЛЬ система навесного фасада включает элементы подконструкции, утеплитель и крепёжные изделия. Она предусматривает однослойную или многослойную теплоизоляцию (один, два и более слоев). В качестве нижнего слоя рекомендуется минеральная изоляция на основе стекловолокна или каменной ваты лёгких марок, а в качестве основного или верхнего — каменная вата повышенной прочности. Это позволяет скорректировать стоимость проекта, а также позволяет за счет упругости внутреннего материала компенсировать неровности стены и благодаря прочности верхнего – выдерживать значительные ветровые нагрузки.

ТН-ФАСАД ВЕНТ прошла серию испытаний. Все элементы подконструкции в отдельности и система целиком имеют сертификаты и заключения экспертов, в том числе по пожарной безопасности. Кроме того, ТЕХНОНИКОЛЬ разработала альбомы технических решений и деталей конструкции, а также получила добровольный сертификат соответствия СП 522.1325800.2023 «Системы фасадные навесные вентилируемые. Правила проектирования, производства работ и эксплуатации».

Источник: пресс-служба компании ТЕХНОНИКОЛЬ

Разновидности системы

Существует шесть основных модификаций ТН-ФАСАД ВЕНТ: две вертикальные, с небольшой металлоемкостью, но повышенными требования к точности монтажа, две пространственные и две системы для крепления в межэтажные перекрытия.

Выбор зависит от особенностей конструкции здания, качества стен и квалификации монтажников. Так, самый простой, с наименьшей металлоёмкостью, вариант представляет собой вертикальные направляющие и небольшие кронштейны. Он предназначен для ровных оснований, так как не дает возможности существенно корректировать расстояние от стены.

Более сложные варианты помогут исправить вид неидеальных стен за счет удлинителей, которые регулируют вылет от основания и обеспечивают ровный крепеж облицовки. Они также предусматривают усиленные кронштейны, способные выдерживать повышенные нагрузки.

Чтобы компенсировать ошибки монтажа или отсутствие геодезического оборудования, используют конструкцию с горизонтальными направляющими. Пространственная система позволяет двигать вертикальные рейки и исправлять недочёты непосредственно при монтаже облицовки.

Ещё одна разновидность нового комплексного решения для НФС – межэтажная. Ее применяют при утеплении основания с недостаточными характеристиками по прочности, которое не выдержит вес конструкции. Межэтажная система крепится с помощью усиленных кронштейнов. Их устанавливают на большом расстоянии друг от друга в монолитные перекрытия здания.

Источник: пресс-служба компании ТЕХНОНИКОЛЬ

1000 мелочей

В отличие от многих аналогов, где небольшие детали приходится дорабатывать на месте, ТН-ФАСАД ВЕНТ поставляется готовой к установке. Это позволяет минимизировать количество операций на стройплощадке, снижает риск ошибок, ускоряет процесс строительства и исключает дополнительные расходы. Например, угловые элементы сгибают и нарезают еще на производстве, также в состав системы входят все необходимые прокладки, шайбы и т.п.

Источник: пресс-служба компании ТЕХНОНИКОЛЬ

Варианты облицовки

Новая система поддерживает четыре наиболее распространённых вида облицовки, что позволяет удовлетворить потребности многих строительных проектов. Среди доступных вариантов – фиброцементные панели, керамогранит, металлокомпозитные и металлические панели или кассеты с разными креплениями, включая скрытые. В будущем появятся решения и для других облицовочных материалов.

Востребованность навесных фасадов

Навесные фасадные системы традиционно пользуются спросом в холодных климатических зонах, поскольку, в отличие от штукатурных, их можно монтировать при минусовой температуре. Так, в Уральском федеральном округе на долю НФС приходится 15% фасадов, в Сибирском – 13%. Но больше всего навесные фасады востребованы в Москве, где они занимают 30% рынка. Поэтому именно эти регионы станут на первом этапе приоритетными для ТЕХНОНИКОЛЬ. Но это не значит, что отгрузки будут ограничены только этими направлениями. Компания полагает, что в итоге освоит до 15% сегмента НФС.

Будущее строительного рынка, безусловно, связано с комплексными решениями. Они экономят средства и снижают трудозатраты, что делает их всё более востребованными. Производители разрабатывают варианты для разных климатических условий и строительных задач. А это значительно упрощает жизнь проектировщикам и рабочим непосредственно на площадке.