Тоннелестроение — это одна из самых сложных и высокотехнологичных отраслей гражданского и транспортного строительства. Ежегодно на основе результатов научных исследований появляються новые конструктивные и технологические решения, внедряются более совершенные механизмы и оборудование, развиваются прогрессивные приемы ведения работ. В данной статье мы подробно рассмотрим современные методы подземного туннелирования, которые можно образно назвать «техникой туннельного приворота» — комплексом мер, позволяющих эффективно и безопасно «покорять» горные породы и грунты.
Обзорная информация: Развитие отрасли
Инновационные конструктивно-технологические решения в транспортном тоннелестроении не стоят на месте. Многие достижения в этой области становятся возможными благодаря синтезу инженерной мысли, геологических наук и передовой механики. Регулярные проверки и мониторинг состояния конструкций играют важнейшую роль: обнаружение повреждений и трещин на ранних этапах уменьшает опасения по поводу обрушения и обеспечивает идеальную, безопасную платформу для строительства и эксплуатации подземных сооружений.
Основные технологии проходки: НАТМ и ТБМ
Сегодня у строителей есть доступ к передовым технологиям прокладки тоннелей. Среди множества подходов выделяются два основных направления, которые применяются в зависимости от геологических условий и масштабов проекта.
Туннельная бурильная машина (ТБМ / TBM)
Наука о геологии и механике пород позволила создать ТБМ — туннельную бурильную машину. TBM представляет собой большую цилиндрическую машину, которая может выкапывать грунт и горные породы различных типов с помощью вращающейся режущей головки, оснащенной дисковыми фрезами. Это оборудование способно выкапывать забой туннеля при одновременной установке облицовки (железобетонных колец). Туннелепроходческий станок используется для автоматизации процесса проходки, и метод TBM обычно является предпочтительным при строительстве длинных тоннелей в однородных породах.
Новый австрийский туннельный метод (НАТМ / NATM)
Для сложных и меняющихся геологических условий часто применяется бестраншейная технология — новый австрийский туннельный метод (NATM). Ключевые преимущества метода НАТМ включают:
- Относительно простое исполнение и адаптивность к условиям забоя.
- Большую гибкость на этапе строительства, что позволяет менять параметры крепи в зависимости от свойств грунта.
- Снижение затрат на реализацию проекта по сравнению с использованием массивных щитовых машин в сложных грунтах.
Этот метод успешно применяется по всему миру. Например, стратегии строительства тоннелей методом НАТМ в элювиальных грунтах успешно реализуются в таких сложных сейсмических регионах, как Сан-Паулу (Бразилия).
Методы выемки грунта при строительстве тоннелей
При горном способе проходки тоннелей, в зависимости от размеров поперечного сечения и свойств массива, применяются различные схемы выемки породы. Существует шесть основных методов строительства, которые зарекомендовали себя в мировой практике:
- Метод полносекционной выемки — применяется при небольшом диаметре тоннеля или прочной породе, когда забой разрабатывается сразу на полное сечение.
- Стендовый метод (ступенчатое строительство) — сечение делится на части (ступени), которые отрабатываются последовательно.
- Метод кольцевой выемки с использованием основного грунта, порода выбирается кольцевыми заходками, при этом центральное ядро грунта временно оставляется в качестве опоры.
- Метод CD (Center Diaphragm) — метод с устройством центральной диафрагмы, разделяющей забой на две части для большей устойчивости.
- Метод CRD (Cross Diaphragm) — перекрестно-диафрагменный метод, при котором забой делится на секции как вертикальными, так и горизонтальными перемычками.
- Метод двустороннего прохода — разработка ведется с двух сторон (или двух ярусов) одновременно или поочередно.
Также, классифицируя горные способы по последовательности возведения временной крепи, выделяют: способ полного профиля, способ опертого свода, способ опорного ядра и способ опорного ядра с податливой оболочкой.
Технологические этапы и технические моменты
Механизированное строительство тоннелей обычно включает три основные линии эксплуатации: добычу породы, ее транспортировку и возведение крепи. Технология строительства и технические моменты возведения тоннеля (в т.ч. при необходимости «переворота» или изменения направления тоннеля) заключаются в строгой последовательности действий.
Базовый технологический процесс включает:
- Возведение эстакады или стартового портала для захода техники.
- Первоначальную опору породы (анкерную крепь, набрызг-бетон).
- Предварительную заделку второй (постоянной) стальной футеровки.
- Обратную заливку и обратную засыпку пространства между породой и обделкой для создания монолитной конструкции.
Подземное туннелирование, это динамично развивающаяся отрасль. Независимо от того, используется ли массивная ТБМ-машина для автоматизации процесса, гибкий метод НАТМ или классические методы кольцевой выемки и опорного ядра, успех проекта кроется в правильном выборе технологии под конкретные геологические условия. Современные методы строительства, регулярный мониторинг и инновационные конструктивные решения позволяют прокладывать тоннели любой сложности, обеспечивая их надежность и долговечность на десятилетия вперед.