Какие тоннели строятся в России
Обозрение
Тоннели – один из самых сложных и дорогих видов транспортных сооружений. Несмотря на высокую стоимость, сложность и трудоемкость подземного строительства тоннелестроение продолжает активно развиваться в России. Основные предпосылки – продолжающийся рост городов–миллионников и возведение метрополитенов в них, а также увеличение числа автомобильных железнодорожных магистралей. Предлагаем вашему вниманию обзор ключевых тенденций в отрасли тоннелестроения и примеров строительства в России таких объектов инфраструктуры.
Из истории
вопроса
На сегодняшний день на территории России располагаются свыше 110 автодорожных тоннелей, подавляющая часть из которых – городские автодорожные тоннели. Огромный производственный и научный опыт для реализации таких проектов был накоплен в СССР во время строительства тоннелей метрополитенов, Байкало–Амурской магистрали, гидротехнического строительства, прокладки тоннелей для инженерных коммуникаций. Так, на БАМе в сложных гидрогеологических, климатических и сейсмических условиях построены 11 железнодорожных тоннелей разной протяженности общей длиной проложенных выработок почти 70 км. Кроме того, с 1954–го по 1991–й годы были построены более 500 км линий метрополитенов в 13 городах бывшего СССР и оказывалась техническая помощь в строительстве метрополитенов в Чехословакии, Болгарии, Польше, Индии. Ежегодно возводилось до 20 км новых подземных линий.
С 2000–х годов транспортная инфраструктура обогатилась рядом новых автодорожных тоннелей. В Москве это Кутузовская транспортная развязка в районе Кутузовского проспекта и Киевской улицы, в состав которой входят 6 тоннелей общей длиной 3045 м; тоннели в районе Лефортово; тоннель на Волоколамском шоссе под каналом им. Москвы; Алабяно–Балтийский тоннель; тоннели под природно–охранным комплексом «Серебряноборское лесничество» и др.
Традиционно большой объем строительства автодорожных тоннелей осуществляется в Сочи. К 2014 году был введен в эксплуатацию комплекс Олимпийских тоннелей на железной и автомобильной дорогах «Адлер – Альпика–Сервис» общей длиной 33 км. Сейчас идут работы на масштабном объекте – обходе Адлера, где одним из этапов является строительство комплекса тоннелей из двух проходов длиной почти 6 км каждый.
Если говорить про железнодорожные тоннели, то в Сибири на вторых путях железнодорожной линии Абакан–Междуреченск в 2001 г. сдан в эксплуатацию Нанчхульский железнодорожный тоннель длиной 2,4 км, на Дальнем Востоке – Кипарисовский тоннель длиной 1,6 км. В 2004 г. завершилось строительство двухпутного Тармачуканского железнодорожного тоннеля длиной более 2,0 км. На Байкало–Амурской железнодорожной магистрали в 2001 году завершено сооружение Северо–Муйского тоннеля длиной 15,3 км – самого длинного тоннеля на сети железных дорог России. В 2021 году состоялся запуск второго байкальского тоннеля на Байкальской природной территории.
Огромный толчок тоннелестроению дает возведение метрополитенов в крупных городах. Оно считается одним из наиболее технически сложных и трудоемких областей современного строительного производства. В настоящее время метрополитены действуют в Москве, Санкт–Петербурге, Нижнем Новгороде, Самаре, Екатеринбурге, Казани. В активной стадии сейчас строительство метрополитенов в Челябинске и Красноярске. Не достроено и сейчас находится под вопросом метро в Омске (строительство по новой схеме шло с 2001 года, заморожено в 2015–м).
Особенности подземного строительства
Общей тенденцией в современном тоннелестроении является усложнение работ по проходке выработок и возведению обделок, особенно в условиях городов. Объясняется это тем, что строительство тоннелей и подземных сооружений осложнено обводненностью территорий, большим количеством инженерных коммуникаций, близостью возведенных ранее зданий и сооружений, требующих усиления при производстве тоннельных работ. При строительстве горных тоннелей приходится преодолевать участки разломов с различными геологическими и гидрогеологическими условиями, подземными водами и грунтами и большими водопритоками. В этих условиях необходимыми условиями являются качественная оценка инженерно–геологических и гидрогеологических условий строительства до начала работ, геологический и маркшейдерский мониторинг во время строительства, использованием высокопроизводительных машин и оборудования, современных надежных конструкций и материалов, использование цифровых решений для управления и контроля за процессом строительства.
Важным остается выбор технологий, позволяющих осуществлять возведение подземных сооружений быстрыми темпами и высокого качества. По данным международной тоннельной ассоциации, в последние десятилетия при строительстве тоннелей использовались следующие технологии: с бентонитовым пригрузом забоя – 34%; с грунтовым пригрузом забоя – 27%, с открытым забоем – 15%; другие технологии – 15%; НАТМ (новоавстрийский тоннельный метод) – 9%. В Российской Федерации находят применение в основном технологии с бентонитовым, грунтовым и открытым пригрузами забоя.
Способы работ выбираются в зависимости от конкретных условий подземного строительства. Так, применение открытых и полуоткрытых способов работ сопряжено со вскрытием поверхности земли, длительными сроками строительства, риском повреждения близрасположенных сооружений, поэтому целесо-
образно для строительства коротких тоннелей мелкого заложения. Использование горных способов работ при наличии водоносных неустойчивых грунтов весьма затруднительно и не может гарантировать безопасность тоннелестроительных работ. При строительстве участков тоннелей под искусственными или естественными препятствиями рекомендовано применение способа продавливания, имеющего различные модификации и хорошо приспосабливающегося к изменяющимся топографическим, инженерно–геологическим и градостроительным условиям.
В городских условиях самый частый и экономичный вариант – строительство тоннеля на глубине менее 20 метров при условии, если на поверхности нет жилых домов. Станции строят двумя способами: закрытый и открытый. В Москве новые станции метро строятся открытым способом. На первом этапе осуществляется проходка выработок и возведение постоянной несущей конструкции – обделки. На втором этапе – устройство путей, архитектурно–отделочные работы и оснащение выработок технологическими устройствами (электротехническими, санитарно–техническими, связи и автоматики).
Технологии строительства тоннелей
Более подробно остановимся на самых распространенных технологиях, применяемых в современном тоннелестроении. Это, прежде всего, проходка тоннелей механизированными тоннелепроходческими комплексами с активным пригрузом забоя в виде бентонитовой суспензии или сжатого воздуха. Данная технология позволяет вести проходку тоннелей с полной механизацией процессов разработки грунта, его транспортировки и возведением конструкций с минимальным участием людей, оставляя за ними компьютерное управление отдельными операциями. Неотъемлемой частью проходки тоннелей по этой технологии в водоносных неустойчивых грунтах является применение новых сборных водонепроницаемых железобетонных обделок из высокоточных блоков. Особенностями конструкций подобных обделок являются блоки с упругими эластомерными уплотнительными прокладками в кольцевых и продольных стыках, выполненными из долговечной упругой резины специального профиля. Это практически исключает трудоемкую и небезопасную работу по зачеканке стыков обделки.
При открытом способе тоннельных работ используются технологии, исключающие подвижки и деформации расположенных вблизи производства работ зданий, коммуникаций и построенных ранее подземных сооружений. Это применение полузакрытого способа производства работ, когда на предварительно возведенных методом «стена в грунте» стенах устраивается перекрытие, под которым ведутся все последующие работы по строительству тоннеля или подземного сооружения.
Еще одна технология – бестраншейная прокладка трубопроводов с применением микротоннелепроходческих комплексов – новый эффективный подход при строительстве коммуникационных инженерных сооружений в городах под улицами, при пересечении водных преград, автомобильных и железных дорог. Ее применение позволяет осуществлять без вскрытия поверхности проведение выработки и прокладку в ней трубопроводов различного назначения наружными диаметрами от 340 до 2040 мм участками между шахтами до 100–120 м. Важнейшим элементом этой технологии является применение железобетонных труб с новым типом стыков. Это повышает качество и долговечность трубопровода в целом по сравнению с укладкой труб в траншеи, исключает аварии при его эксплуатации.
Если говорить о методе НАТМ (новоавстрийский тоннельный метод), то он предусматривает устройство податливого свода породного массива, работающего как временная крепь, что позволяет при проходке тоннелей горным способом в скальных породах использовать буровые установки с компьютерным управлением по заданной программе, комплексно обуривающие забой. Все чаще стала применяться трехслойная обделка тоннелей из монолитного бетона с геотекстильными слоями для отвода воды. Свод породного массива, работающий как временная крепь, позволяет раскрывать сечение тоннеля на полный профиль с установкой временной крепи, не загромождающей сечение, с последующим возведением постоянной обделки на широком фронте. Возведение обделок осуществляется опалубочными комплексами с механизированной укладкой бетона и изоляцией новых типов.
Важно также отметить широкое применение защитных экранов как средства для преодоления различных препятствий и участков со сложными гидрогеологическими условиями при строительстве тоннелей. Оно основано на принципе опережающего крепления, когда до начала проходки по контуру будущего тоннеля создают крепь–экран, под прикрытием которой осуществляется раскрытие тоннельной выработки, ведется разработка грунта и возводится обделка тоннеля.
«Екатерина»,
«Ирина», «Владимир»
и другие ТПМК
Основным инструментом для сооружения тоннелей является тоннелепроходческий механизированный комплекс (ТПМК). К числу основных параметров, определяющих работу ТПМК, относятся: диаметр машины, мощность, крутящий момент, усилие подачи, частота вращения рабочего органа, тип применяемых породоразрушающих инструментов и их размеры, свойства горных пород и горно–геологические условия. Каждый такой комплекс уникален вследствие своей негибкости из–за невозможности избирательной обработки забоя и вариативности специфических требований на каждом проекте.
Кстати: щиты по традиции называют женскими именами – «Екатерина», «Соломея», «Анастасия», «Ирина», «Евгения», «Валентина»… Это связано с тем, что покровительницей метростроевцев считается святая Варвара, и во всем мире принято давать названия щитам в честь выдающихся женщин. К примеру, ТПМК «Анастасия», участвующий в строительстве красноярского метро, носит имя Героя Социалистического труда Анастасии Тимофеевны Стеблевой – главного геолога партии Ангарской геологоразведочной экспедиции Красноярского геологического управления Министерства геологии РСФСР. В России есть только один щит с мужским именем «Владимир» – он задействован на ряде объектов, в частности, строительстве метро в Нижнем Новгороде. Его назвали в честь князя, крестившего Русь.
В СССР проходческие щиты конструировались и производились отечественными предприятиями, но в 90–х годах производство было почти полностью остановлено. С 2000–х годов проходческие щиты закупались у зарубежных производителей в Германии, Канаде, Японии. В настоящее время возможность их приобрести осталась только в Китае. Изначально техника из Поднебесной вызывала вопросы у отечественных специалистов, но к сегодняшнему дню оборудование стало гораздо более качественным. Российские производители отстают на этом данном рынке. Известно, например, что отечественный ТПМК был разработан для санкт–петербургского метро, но не не применялся.
По данным на 2023 год, объем рынка ТПМК в России составил 2 шт. Объем импорта – 10 000 900 долларов. Основными отечественными производителями ТПМК являются ООО «Скуратовский опытно–экспериментальный завод» и ООО «НПО «Ясиноватский машиностроительный завод»« (ООО «НПО «ЯМЗ»). Основными компаниями–эксплуатантами – АО «Бамтоннельстрой–Мост», АО «Казметрострой», АО «Метрострой Северной Столицы», АО «Мос-
инжпроект», «Мипстрой 1», АО «Мосметрострой», АО «Моспроект–3», АО «Объединение Ингео-
ком», АО «Трансинжстрой», АО «Управление Развития Строительных Технологий» (АО «Урст»), ООО «Ибт» и ООО «Сиарсиси Рус».
Эксперты говорят о необходимости развивать собственное производство, тем более что опыт есть. Первые в мире горнопроходческие комбайны и очистные комплексы для отработки пластовых месторождений были созданы и внедрены в СССР в 40–х и 50–х годах. А родоначальником герметических проходческих щитов, на основе которых проектируются современные механизированные тоннелепроходческие комплексы, считается институт ЦНИИС, где была разработана и испытана крупноразмерная модель герметического щита. Кроме того, в НИЦ «Тоннели и метрополитены» АО ЦНИИС разработана и сейчас изготавливается на российских заводах водонепроницаемая высокопрочная обделка для тоннелей глубокого заложения, сооружаемых импортными ТПМК (ранее она закупалась по импорту в Германии и Канаде).
Людмила ИЗЪЮРОВА, обозреватель «ТР»
