23.12.2014  

Безопасность, надежность и охрана окружающей среды — приоритеты современного тоннелестроения (по итогам работы тоннельного конгресса в Швейцарии)

Ежегодный Швейцарский тоннельный конгресс, организатором которого является Швейцарская тоннельная ассоциация (STS), состоялся 11-15 июня 2014 года в г. Люцерн (Швейцария) и стал одним из знаковых событий для специалистов отрасли подземного строительства. В этом году в его работе приняли участие почти 500 специалистов из 18 стран мира, в том числе представители организаций-членов Тоннельной ассоциации России (ОАО «Мосинжпроект», ОАО «Мосметрострой», ОАО «Казметрострой», ОАО «Минскметропроект», ОАО «УРСТ», ЗАО «ЮГСУ», ООО «Инстройпроект-М», ООО «СТИС»).
Представленные на Конгрессе доклады, начиная с приветственного слова президента STS Мартина Босхарда (Martin Bosshard), в основном были посвящены строительству подземных объектов (транспортных и гидротехнических тоннелей) в крепких устойчивых грунтах.
 
Особый интерес вызвал доклад о строительстве крупнейшей в мире Альпийской подземной транспортной системы (рис. 1). Основной тоннель «Готтард» под Сент-Готтардским перевалом общей протяженностью 157 км включает притоннельные сооружения, обустроенные современными системами вентиляции и противопожарной защиты, обеспечивающими движение поездов по двум параллельно расположенным тоннелям длиной по 57 км каждый (рис. 2). 
Строительство тоннелей осуществлялось одновременно на семи участках с порталов, промежуточных забоев, а также наклонных шахт длиной до 2,7 км, через которые обеспечивалась доставка рабочей силы, подача материалов, машин и оборудования (рис. 2-б). Сложные инженерно-геологические условия на участке строительства представлены неоднородными горными породами от гранита до водонасыщенных трещиноватых известняков при высоком гидростатическом давлении. Для снижения геотехнических рисков выполнен значительный объем инженерно-геологических исследований, по результатам которых определены наиболее рациональные для разных участков трассы технологии и оборудование как с применением тоннелепроходческих комплексов (ТПК), так и горным способом. Всего было задействовано четыре ТПК Ø 9,5 м и длиной 450 м, оборудованных автоматизированными установками для крепления выработок набрызг-бетоном (рис. 3). Стоимость одного такого комплекса составляет примерно 30 млн швейцарских франков. 
При горном способе проходки тоннеля применялся как взрывной, так и механический метод разрушения горной породы с обеспечением в полном объеме предусмотренных проектом технологии и мер безопасности: набрызг-бетон, анкерное крепление, монтаж армирующих матов и т.д. (рис. 4). 
В связи с тем, что эксплуатация тоннелей предусматривает пропуск поездов скоростью до 250 км/час, особые требования предъявлялись к геодезическому сопровождению процесса строительства. С этой целью использовался комплекс геодезических инструментов, в том числе инфракрасный автоматизированный тахеометрический комплекс и лазерное сканирование, обеспечивающее точное измерение геометрии тоннеля, его фотофиксацию и объемную интерпретацию. Этот же сканер применялся для сканирования внутренней поверхности тоннеля при сдаче его в эксплуатацию для фиксации трещин, каверн, протечек и других дефектов с целью их своевременного устранения и дальнейшего мониторинга в процессе эксплуатации. 
Размещенные в притоннельных сооружениях инженерные системы включают системы вентиляции, климатизации, электроснабжения, противопожарной защиты, водо- и канализационные системы, работающие в автоматическом режиме. Управление всеми инженерными системами, а также контроль за движением поездов осуществляются из центральной диспетчерской. 
Организованная в рамках Конгресса техническая экскурсия в Сигирино (Sigirino) на строительство второго по масштабам в системе альпийских тоннелей в Швейцарии транзитного базового тоннеля Ченери (Alp Transit Ceneri Basistunnel) длиной 15,4 км (рис. 1) дала возможность детально ознакомиться со всеми технологическими операциями сооружения тоннеля, его конструкциями, разнообразным проходческим и вспомогательным оборудованием, логистикой, организацией и оснащением стройплощадок (рис. 5).
 
Другой интересный проект — строительство гидроаккумулирующей станции — представил в своем докладе Э. Гэрин (E. Garin) из Швейцарии. Машинный зал станции, расположенный на глубине 600 м, имеет следующие размеры: ширина — 32 м, высота — 52 м, длина — 194 м (рис. 6). Сметная стоимость сооружения составила 1,8 млрд швейцарских франков. С целью минимизации рисков, возможных при строительстве сооружения в крайне неоднородных геологических условиях, выполнено компьютерное моделирование и геоструктурный анализ с учетом возможных деформаций и подвижек горных выработок как в процессе строительства, так и в процессе эксплуатации. На основе этого разработана система предварительно напряженного анкерного крепления и упрочнения выработки, а также реализована программа непрерывного геодезического мониторинга с применением оптических экстензометров. Сооружение объекта осуществлялось горным способом с применением буровзрывных работ (БВР). В период с августа 2011 по апрель 2012 года разработано 235 тыс. куб. м горной породы и установлено 380 преднапряженных анкеров. Благодаря тщательным геотехническим исследованиям по разработанной модели и системе крепления выработки и мониторинга строительство объекта было выполнено строго в установленные сроки без превышения проектной стоимости объекта.
 
Несколько специалистов в своих докладах уделили свое внимание подземному строительству в городских условиях. Например, Н. Пагани (N. Pagani) из Швейцарии изложил опыт строительства автодорожного объездного тоннеля общей длиной 5,7 км, являющегося частью автобана А13 в районе г. Ровердо (Roveredo). Строительство тоннеля осуществлялось с апреля 2009-го по ноябрь 2012 года горным способом с применением БВР. Поскольку строительство велось в непосредственной близости от жилого массива, время производства работ ограничивалось с 6.00 до 22.00 с понедельника по пятницу. С целью крепления откосов, попадающих в зону влияния строительства тоннеля, применялось их крепление инъекционными анкерами длиной до 32 м. Кроме того, при проходке тоннеля в условиях слабых и трещиноватых горных пород устраивались разгрузочные опережающие экраны из труб длиной до 15 м. Обделка тоннеля (рис. 7) выполнялась из фибронабрызг-бетона с применением стальной фибры. Принятая организация рабочих процессов обеспечила среднемесячную скорость проходки тоннеля 27,2 м/сут.
Е. Алонсо (E. Alonso) из Испании выступил с анализом опыта строительства железнодорожного высокоскоростного тоннеля в центральной части Барселоны (рис. 8). Строительство тоннеля велось в условиях плотной городской застройки, в зоне влияния находились здания и сооружения, являющиеся памятниками архитектуры. В качестве защитных мероприятий предусматривалось устройство вертикальных и горизонтальных разгружающих экранов, а также применение системы непрерывного геодезического мониторинга как в период строительства, так и после его завершения.
Немецкие специалисты П. Эрдманн (P. Erdmann) и Й. Зеегерс (J. Seegers) представили опыт строительства тоннелей метрополитена в центральной части Берлина. Проектом предусматривалось строительство тоннелей Ø 5,7 м под р. Шпрея длиной 2,2 км с обделкой из железобетонных блоков толщиной 35 см и трех станций. В зону влияния строительства двух параллельных тоннелей, притоннельных сооружений и станций попадали многочисленные памятники архитектуры и государственные учреждения. Кроме того, трассы строящихся тоннелей пересекались с трассами действующих линий метрополитена. При этом строительство велось в условиях водонасыщенных песков при высоком уровне грунтовых вод. Для защиты зданий и сооружений, попадающих в зону влияния строительства объектов метрополитена, применялся комплекс мероприятий по закреплению и стабилизации водонасыщенных песков: устройство армированной и неармированной стены в грунте, разгружающие экраны из грунтоцементных свай, искусственное замораживание грунта (рис. 9).
 
В рамках работы конгресса проведен коллоквиум «Анкерное крепление в тоннельном строительстве». В ходе обсуждения рассмотрены методы и комбинации конструкций крепления выработок с использованием анкеров различных видов (рис. 10). При этом особое внимание уделялось глубокой проработке проектных конструктивных и технологических особенностей. 
Так, в докладе М. Рамони (M. Ramoni) и Г. Анагности (G. Anagnostou) из Швейцарии подробно рассмотрена расчетная модель анкерного крепления забоя как в сухих, так и в обводненных грунтах. Для защиты от обрушения и водопроявлений рассматривались такие методы, как инъекционное закрепление с применением микроцементов, искусственное замораживание, струйная цементация, водопонижение. Устойчивость забоя дополнительно обеспечивалась анкерами из стеклопластиковой арматуры длиной до 24 м в количестве 0,25-1 анкер на кв.м.
Швейцарский специалист Б. Швеглер (B. Schwegler) поделился опытом устройства радиальных анкеров, а также анкерного крепления забоя при строительстве тоннеля диаметром до 13 м (рис. 10-б). Всего было установлено более 600 км анкеров в сочетании с обделкой из набрызг-бетона в объеме 90 тыс. куб. м. В конструкции использованы радиальные стальные анкеры длиной 12 м и натяжением не менее 320 кН, а в забойной зоне — инъекционные анкеры длиной 18 м из стеклопластиковой арматуры. Особое внимание в докладе уделено анализу возможных рисков как на стадии проектирования, так и при производстве работ. Указанные меры обеспечили проходку тоннеля большого диаметра в сложных инженерно-геологических условиях строго в соответствии с контрактом и с высоким качеством выполненных работ.
В докладе С. Берxолета (Bertholet) из Швейцарии выполнен подробный анализ строительства автодорожного тоннеля в условиях несвязанных грунтов с применением анкерного крепления забоя. Горная порода представлена водонасыщенным мергелем и глиной, которые пересекались со слоями водонасыщенных песков. Для предотвращения аварийных ситуаций в этих условиях был запроектирован и реализован комплекс защитных мероприятий: устройство разгружающего экрана толщиной 3 м, дренажной системы для управления водоотлива, системы микросвай и анкерного крепления забоя (рис. 10-в). Указанные мероприятия реализованы в различных комбинациях в зависимости от геотехнических условий. Инъекционные анкеры выполнялись из трех стеклопластиковых прутов сечением 40х9 мм и длиной 20 м каждый (рис. 10-г). Каждая скважина обустраивалась инъекционным шлангом, через который подавалась цементная суспензия для гарантированного заполнения объема скважины и обеспечения надежной работы анкеров. Применение стеклопластиковых анкеров позволило значительно снизить затраты по сравнению со стальными анкерами. При установке анкерного крепления в забое применялся тот же комплект бурового и инъекционного оборудования, что и для устройства радиальных анкеров. Принятые решения обеспечили строительство тоннеля длиной 650 м в сложных инженерно-геологических условиях за 13 месяцев (январь 2013 г. — февраль 2014 г.).
 
Насыщенная программа работы российской делегации включала в себя, помимо непосредственного участия в Конгрессе, встречи с представителями различных компаний, заинтересованных в сотрудничестве. В частности, состоялся ряд встреч с представителями компаний-производителей специализированного оборудования.
«CFT Compact Filtie Technic GmbH» (Германия) представила установки (сухого и мокрого действия) для вентиляции и обеспыливания выработок при проходке, дорожном строительстве, ремонтных работах в тоннелях, гибкие вентиляционные трубы для нагнетательного и высасывающего проветривания, технику для нагрева и охлаждения воздуха (рис. 11).
Представители «GTA Maschinen Systeme GmbH» (Германия) презентовали оборудование для расширения тоннелей, в том числе железнодорожных, без перерыва движения поездов (рис. 12-а, б); самоходные подъемники с манипулятором для монтажа крепи (рис. 12-в) и подъемные платформы «НормЛифтер-1500E» (NormLifter-1500E) модульного исполнения для работы в тоннелях большого поперечного сечения, машины для расширения поперечного сечения тоннелей, подвесные укладчики тоннельной обделки (рис. 13).
Швейцарская компания «Sika» выступила с новыми разработками в области оборудования и материалов для бетонных и набрызг-бетонных работ, а также опытом возведения постоянных обделок из набрызг-бетона. А компания «Fiber Reinforced Polymer (FiReP)» представила наработки в области изготовления синтетической арматуры и фибры.
Сообщения представителей фирм касались как уже хорошо зарекомендовавших себя технических решений по строительству тоннелей, в том числе и в России, так и новых для наших специалистов примеров использования прогрессивных машин и механизмов. Так, определенный интерес у членов делегации вызвала информация фирмы «АСО Passavant AG» (Швейцария) о дренажных системах (АСО) для тоннелей. Система (рис. 14), успешно применяемая в Европе с 2003 года, состоит из сборных полимербетонных полых элементов с уложенными внутри них дренажными трубами. Эти элементы через резиновые маты перекрыты сборными плитами, обеспечивающими проход персонала и при необходимости эвакуацию пассажиров. 
Состоявшиеся в ходе презентаций дискуссии показали интерес российских специалистов к представленной технике и целесообразность продолжения контактов для определения возможных направлений и форм сотрудничества.
Работавшая в рамках Конгресса выставка продемонстрировала высокий технологический уровень современного тоннелестроения, все шире использующего синтетические материалы для несущих конструкций и огнезащиты, компьютерную технику и высокоточные приборы для навигации и геомониторинга.
Суммируя впечатления от докладов, заслушанных на конференции, выставки, встреч с представителями различных компаний и посещения строящегося тоннеля, можно констатировать: эффективность проектных решений строительства тоннелей на Западе оценивается, прежде всего, степенью обеспечения безопасности персонала при производстве работ, эксплуатационной надежности возводимых конструкций, высоких темпов проходки и охраны окружающей среды. Для обеспечения устойчивости выработок при горном способе работ предпочтение отдается креплению набрызг-бетоном (фибронабрызг-бетоном) в сочетании с опережающими экранами из труб и/или фиберглассовыми анкерами в плоскости забоя. Высокие (6-8 м/сутки) скорости проходки тоннелей сечением 65-75 кв. м. достигаются за счет комплексной механизации работ с использованием высокопроизводительного и, как правило, крупногабаритного оборудования, в связи с чем во многих случаях идут на превышение требуемых нормами размеров выработки. Большое внимание уделяется охране окружающей среды и ресурсосбережению, в том числе за счет максимального использования грунта из забоя для приготовления бетона, дорожного покрытия и т.п.
Стоит отметить, что в основном все применяемые в современном тоннелестроении машины, конструкции и технологии, представленные в рамках Конгресса, известны в России и в той или иной степени используются в отечественной практике.
 
 

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

 

ПОДПИСАТЬСЯ

Получайте последние новости и обновления от журнала “Инженерные сооружения”