Технологии

Отечественное транспортное тоннелестроение, постоянно развивающееся в русле мировых тенденций, в настоящее время представляет собой отрасль строительства, оснащенную самым современным высокопроизводительным оборудованием и механизмами от лучших мировых производителей. Благодаря высокой квалификации инженерно-технического персонала строек, проектировщиков и научному сопровождению с использованием этой техники были успешно реализованы (в рекордно короткие сроки и без нарушения окружающей среды) сложнейшие даже по мировым меркам проекты строительства уникальных комплексов: Лефортовские и Серебряноборские тоннели в Москве, восстановление линии метро на участке «размыва» в С.-Петербурге, реконструкции железнодорожных тоннелей в Сибири и на Дальнем Востоке и т.п.

При этом основным способом строительства тоннелей в районах с плотной застройкой и на охраняемых природных и исторических территориях в городах бесповоротно становится закрытый способ на мелком заложении с применением тоннелепроходческих механизированных комплексов (ТПМК) на базе щитов соответствующей конструкции и сборных обделок.

Механизированный щитовой способ в последнее десятилетие становится также превалирующим и при сооружении горных транспортных тоннелей большой протяженности, вытесняя традиционный буровзрывной способ проходки.

Наиболее полно преимущества использования щитовых ТПМК проявляются при оснащении их щитами с активным пригрузом забоя и применении водонепроницаемых обделок из сборных высокоточных железобетонных блоков с упругими уплотнениями в стыках. Конструктивной особенностью этих щитов является наличие призабойной камеры, герметично отделенной от остальной части щита, в которой под регулируемым давлением находится рабочее тело (пригруз) в виде бентонитовой суспензии, грунта или грунта с пеной или сжатого воздуха, препятствующее обрушению лба забоя и проникновению воды в тоннель. Давление пригруза в камере назначается расчетным путем в зависимости от ожидаемых значений гидростатического и горного давлений и корректируется при проходке. Все операции по управлению щитом выполняются в автоматическом режиме из кабины машиниста (пилота щита) с помощью встроенного компьютера по специальным программам. Доступ персонала в призабойную зону осуществляется во время плановой или аварийной остановки щита для профилактического ремонта или устранения препятствий. При этом представляется возможным обеспечить практически безосадочную проходку при высоких (300 и более метров в месяц) средних скоростях сооружения тоннелей диаметром до 14 м в самых сложных гидрогеологических условиях без применения спецметодов. Здесь уместно отметить, что в практике отечественного тоннелестроения в основном используются щиты с бентонитовым и грунтовым (пеногрунтовым) пригрузом.

Фирмами Lovat и Herrenknekht созданы и впервые опробованы в Москве на строительстве станции «Марьина Роща» и в С.-Петербурге на станции «Обводной канал» щиты с грунтопригрузом для проходки наклонных тоннелей с использованием принципа активного противодавления в забое.

В определенных условиях (устойчивые, слабообводненные грунты; сравнительно небольшая, до 1,5 км, протяженность тоннеля, ограниченное энергоснабжение, отсутствие щитов необходимого диаметра и т.п.) эффективность строительства может быть обеспечена при горном способе проходки с применением горнопроходческих комбайнов (ГПК) избирательного действия и податливой контурной крепи из набрызгбетона с металлическими арками и/или анкерами. Подобная технология, наиболее современным образцом которой является так называемый «новоавстрийский тоннельный метод» (НАТМ), с конца 80-х годов XX века успешно реализована в практике тоннелестроения России и СНГ: тоннели УНК в Протвино, перегонный тоннель «Киевская – Парк Победы» в Москве, станции «Геологическая» и «Чкаловская» в Екатеринбурге, ряд автодорожных тоннелей в р-не Сочи, Меградзорский железнодорожный тоннель в Армении, на 1-й очереди метрополитена в Алма-Ате. На строительстве указанных объектов использовалось оборудование отечественного и зарубежного производства, составы на местных материалах для набрызгбетона временной крепи и для монолитного бетона обделки. Эффективность строительства при этом методе во многом зависит от соответствия размеров и очертания выработки ожидаемым воздействиям и габаритам приближения строений, а также параметров конструкции обделки данным мониторинга ее напряженно-деформированного состояния при проходке. Как показала опытная проверка, при учете статической работы временной крепи в расчетах постоянной конструкции (что допускается нормами) можно до 8% сократить объем выработки и до 30% – расход материала.

Концепции сведения к минимуму вскрытия поверхности при исключении помех эксплуатации действующих магистралей соответствуют также все более широко применяемые отечественными тоннелестроителями технологии сооружения тоннелей под защитной экранов из труб, в предварительно закрепленном массиве неустойчивых грунтов и методом продавливания крупноразмерных железобетонных секций. Удачными примерами реализации этих решений могут служить объекты строительства автодорожных тоннелей, научное сопровождение которых осуществлял НИЦ «Тоннели и метрополитены»:

- под экраном из труб, выполненном с помощью микрощитов корпорацией «Трансстрой» и НПО «Космос» в Перми под Транссибом и в С.-Петербурге на участке Кольцевой автодороги, проходящей под путями Октябрьской железной дороги (подрядчик НПО «Космос»), и на Волоколамского шоссе под МКАД (подрядчик ОАО «Тоннельный отряд № 44);

- в предварительно закрепленном массиве по технологии «jet-grouting» – межтоннельных сбоек в Серебряном бору, Алабяно-Балтийского тоннеля под действующими Ленинградским и Волоколамским тоннелями и линией метро вблизи ст. «Сокол» в Москве (подрядчик – НПО «Космос»);

- методом продавливания – в Москве под путями Павелецкого направления в районе Нахимовского проспекта (подрядчик – СМУ-5 Мосметростроя) и Курского направления на Варшавском шоссе (корпорация «Трансстрой»).

Для сооружения тоннелей на мелком заложении в районах с редкой застройкой и при устройстве котлованов для монтажа-демонтажа ТПМК преимущественно используется открытый способ производства работ. Учитывая необходимость максимально ограничить размеры котлованов, их разработку ведут, как правило, с вертикальными откосами, крепление которых обеспечивается устройством «стен в грунте» траншейного типа или из буровых свай в сочетании с расстрелами или предварительно напрягаемыми анкерами. В этих случаях применяется общестроительное оборудование.

Сравнительно новыми и прогрессивными элементами этой технологии можно считать использование грунтоцементных свай в качестве противофильтрационной завесы и забирки межсвайного пространства, а также применение постоянных винтовых горизонтальных свай и анкеров типа «Титан» из легированной или оцинкованной стали.

 

Анализ современного отечественного опыта подземного строительства показывает, что его характерной чертой является использование самых передовых технологий и оборудования. Достижения российских тоннелестроителей по темпам и качеству сооружения, сведению к допускаемому минимуму ущерба для окружающей среды свидетельствуют об успешном освоении ими современных технологий.

Однако ряд прогрессивных и уже освоенных технических решений не нашел пока закрепления в нормативных документах (НАТМ, проходка щитами с активным пригрузом забоя, изготовление и монтаж высокоточной сборной железобетонной обделки и т.п.).

Основной проблемой, к сожалению, по-прежнему является отставание в части производства новейших образцов тоннелепроходческой техники (щиты с активным пригрузом забоя, автоматизированное и проботизированное буровое и инъекционное оборудование и т.п.), без которого сооружение тоннелей на современном уровне невозможно. Без восстановления соответствующего научно-технического и производственного потенциала, и прежде всего конструкторских кадров и заводов-изготовителей, развитие тоннелестроения в России будет все больше зависеть от поставок техники из-за рубежа.

Характерные примеры строительства транспортных тоннелей