Современное тоннелестроение — это сложная и высокотехнологичная отрасль, где выбор метода проходки напрямую определяет безопасность, стоимость и сроки реализации проекта. Сегодня инженеры обладают широким арсеналом технологий, позволяющих эффективно работать в самых разных геологических условиях, от мягких водонасыщенных грунтов до скальных массивов.
Щитовой способ проходки (TBM)
Принцип работы основан на продвижении стальной цилиндрической конструкции (щита) по оси тоннеля. Щит защищает от обрушения породы и грунтовых вод, пока в его хвостовой части монтируется постоянная или временная крепь. Проходка и монтаж ведутся циклами: домкраты упираются в уже установленные сегменты обделки, продвигая машину вперед, после чего цикл повторяется.
Основные виды механизированных щитов:
· Однопроходные (Single Shield) TBMs: Идеальны для неустойчивых пород. Толкающее усилие передаётся на последнее собранное кольцо обделки, что делает проходку и монтаж последовательными операциями.
· Двойные (Double Shield) TBMs: Конструкция включает телескопический и хвостовой щиты. В стабильном грунте система упирается в стенки тоннеля, позволяя вести проходку и монтаж сегментов одновременно, что обеспечивает рекордные скорости.
· Грунтоприжимные (Earth Pressure Balance – EPB): Широко применяются в мягких грунтах. Заполнитель рабочей камеры (грунт с добавками) создаёт давление, балансирующее горное давление на забой, что минимизирует осадки поверхности. Это делает EPB незаменимыми в городской застройке.
· Гидравлические (Slurry Shield): Используются в условиях высокого уровня грунтовых вод. Для стабилизации забоя применяется бентонитовый раствор. Разрушенная порода в виде пульпы отводится на поверхность, где сепарируется, а раствор возвращается в цикл.
Компания Robbins, пионер в создании Double Shield TBM, поставляла такие машины для проекта AMR Water Tunnel. В Москве при строительстве Большой кольцевой линии и Некрасовской линии метро активно использовались щиты Herrenknecht.
Горный способ проходки
Принцип метода заключается в мобилизации несущей способности окружающего породного массива. Вместо пассивной поддержки массивной обделки, горная порода становится частью несущей конструкции. Для этого сразу после проходки участка наносится слой набрызг-бетона, создающий временную крепь и предотвращающий расслабление породы. Затем устанавливаются анкерная крепь и арматура, формируя несущее комбинированное кольцо.
Обделка (набрызг-бетон, анкера, арки) возводится с расчетом на контролируемую деформацию породы, но без потери её устойчивости. Мониторинг деформаций с помощью датчиков является обязательной частью технологического процесса.
Область применения: способ особенно эффективен в скальных и неустойчивых грунтах сложной формы, где использование TBM экономически нецелесообразно или технически невозможно. Метод широко применяется в горной местности и при строительстве станций метро и разветвлённых подземных узлов.
Способы строительства мелкого заложения
Эти методы минимизируют влияние на жизнь города и существующую инфраструктуру.
· «Стена в грунте»: Технология позволяет возводить подземные сооружения в непосредственной близости от существующих зданий. По контуру будущего котлована до начала основных земляных работ бурятся узкие траншеи, которые заполняются железобетоном, формируя прочную и водонепроницаемую стену. Это эффективное решение для строительства станций метро и многоуровневых паркингов в стеснённых условиях.
· «Топ-даун» (Top-Down): Строительство ведётся сверху вниз. После устройства «стены в грунте» возводится перекрытие будущего сооружения на уровне поверхности, после чего можно восстанавливать улицы и даже разбивать скверы. Дальнейшая выемка грунта и строительство нижних этажей ведутся под уже готовым перекрытием. Яркий пример — строительство подземных станций Московского метрополитена без перекрытия движения на улицах.
Сборные тоннельные обделки
Современные тоннели в основном облицовываются сборными железобетонными элементами — тюбингами.
· Производство и монтаж: Тюбинги производятся на заводах с высоким контролем качества. В тоннеле они собираются в кольца с помощью высокоточного манипулятора — эректора, который устанавливает сегменты в пределах допусков в несколько миллиметров. Процесс может вестись одновременно с проходкой или после неё.
· Герметизация: Стыки между тюбингами уплотняются специальными герметичными прокладками, обеспечивающими долговечность и водонепроницаемость конструкции.
Метод продавливания
Это бестраншейная технология, идеальная для прокладки подземных переходов под автомобильными и железными дорогами, а также для строительства коллекторов без вскрытия поверхности.
Технология: Из стартовой шахты мощные домкратные станции вдавливают в грунт железобетонные или стальные трубы. Впереди трубы находится проходческий щит, который может быть механизированным (микротоннелирование) или нет. Грунт извлекается, а трубы, по сути, сразу формируют готовый тоннель. Преимущества: непрерывность движения над строящимся объектом, исключение перекладки коммуникаций, высокая точность и безопасность.
В мире по этой технологии продавлены тоннели длиной до 1,2 км (Япония) и крупногабаритные секции 24×12 м (Бостон, США). В Москве успешно реализован проект продавливания габаритных конструкций 19,8×7,5 м. В Беларуси компания «БЕЛТРУБОПРОВОДСТРОЙ» имеет опыт прокладки методом микротоннелирования коллекторов диаметром до 2000 мм и протяжённостью до 1250 метров.
Выбор технологии строительства тоннеля — это всегда компромисс между геологией, городскими условиями, экономикой и требованиями безопасности. Современные тенденции указывают на рост доли механизированной проходки и бестраншейных методов, которые позволяют реализовывать масштабные инфраструктурные проекты.
Обсуждение закрыто.