Освоение подземного пространства – большие перспективы большой и малой техники

Подобно тому, как промышленный рост государства возможен лишь при опережающем росте энергетического обеспечения, для увеличения объемов жилищного строительства важен опережающий рост транспортной и коммунальной инфраструктуры. Для удаленного села важно хотя бы наличие постоянно проезжей дороги. Требования мегаполиса выше: это поиск всех возможных резервов по усилению пропускной способности магистралей — как транспортной инфраструктуры, так и коммунального обеспечения.

Ранимая поверхность

Сегодня лишь в удаленных областных центрах можно встретить теплотрассы, проложенные по поверхности земли. Развитие коммунальных сетей в подавляющем большинстве случаев связано с реализацией проектов подземного строительства. В преимуществах бестраншейной прокладки коммуникаций городские власти уже успели убедиться, и по мере роста благосостояния регионов традиционный экскаватор все основательнее вытесняется технологией микротоннелирования.

Кроме того, все чаще находятся тоннельные варианты прокладки транспортных коммуникаций. Это и развитие уже существующих метрополитенов, и начало работ по строительству линий метро в новых городах. Реакция городской среды на резкий рост числа автомобилей — появление автодорожных тоннелей. Мировой опыт показывает, что в подземное пространство уходят и участки магистралей железнодорожного транспорта — пока это происходит в крупных западных городах, но такие проекты развиваются и в России, как пример, подземный терминал в московском аэропорту «Внуково».

Прежде всего это происходит потому, что городской ландшафт — территория ранимая, даже если не застроена: каждый квадратный метр площади имеет реальную или гуманитарную ценность, либо дожидается своего инвестора, либо дождется его в ближайшее время. Не удивительно, что при выборе технологий подземного строительства все более значимыми становятся факторы снижения рисков просадок «дневной поверхности», как называют обычную «нулевую отметку» тоннельщики. Памятники истории или культуры, охраняемая природная территория становятся все более значимым фактором при выборе технологий строительства линейных коммуникаций. Во-первых, существенно меняется отношение к памятникам культуры: если полвека назад историческая среда без особых раздумий сносилась бульдозером, то сегодня естественная историческая среда — там, где она сохранилась, — осознается и как национальное достояние, и как коммерческая ценность. Осознается ценность не только памятников истории и культуры, но исторической среды в целом, хотя бы и состоящей из образцов рядовой застройки, типичной для эпохи ее формирования.

Во-вторых, учет экологических рисков и последствий. Если несколько лет назад полемика активистов-экологов с прагматиками-нефтяниками о том, на каком расстоянии от озера должен пройти нефтепровод, напоминала войну Дон-Кихота против ветряных мельниц (причем вредного Дон-Кихота против общественно-значимых и непобедимых мельниц), то решительная переработка ряда проектов в сторону ужесточения экологической составляющей заставила новых инвесторов более внимательно отнестись к экологической экспертизе, аудиту, контролю. Пока в экологическом прогрессе лидирует Москва, как и положено столице. Длительная общественная полемика вокруг строительства транспортных магистралей через территории Лефортово и Серебряного Бора привела к тому, что было найдено оптимальное решение — сооружение подземных участков транспортных магистралей закрытым способом. Сюда же можно отнести ряд важных объектов уже построенных или намеченных к строительству. Так, в ближайшее время автодорожный тоннель будет строиться в Санкт–Петербурге, при пересечении русла Невы.

Новые технологии — новые возможности

Реализация новых технологий, в частности внедрение в практику проходческой работы оборудования с активным пригрузом забоя, позволяет найти решение многих задач, недоступных при традиционных методах строительства тоннелей. Сегодня благодаря новой технике преодолены основные недостатки традиционных методов щитовой проходки, освоенных в СССР. Это прежде всего уменьшение риска просадок поверхности и последующих разрушений и снижение стоимости работ благодаря отказу от водопонижения или замораживания.

Благодаря использованию гидропригруза или грунтопригруза сегодня тоннели строятся в самых сложных инженерно-геологических условиях. В плывунных неустойчивых грунтах, при значительном давлении грунтовых вод, при недопустимости даже незначительных просадок поверхности. До минимума сведена работа в кессоне — она проводится лишь при необходимости проведения работ в призабойной области, при замене резцов ротора или ликвидации особо крупных валунов, которые не под силу переработать, например, в камнедробилке миксщита.

Единственная фирма в мире, которая разрабатывает весь спектр механизированных тоннелепроходческих комплексов, от микротоннелирования и до рекордных по диаметру — до 16 м, — это немецкая компания Herrenknecht AG. Головной офис компании находится в Шванау, земля Баден-Вюртемберг. На производственной базе разрабатываются и изготавливаются тоннелепроходческие комплексы, которые целиком или по частям отправляются во все части мира. Под руководством основателя компании и председателя правления доктора Мартина Херренкнехта фирма уверенно занимает лидирующие позиции в мире.

Коммунальное хозяйство: аккуратнее и точнее

В номенклатуре техники, востребованной сегодня в коммунальном хозяйстве России, заметно возрастает спрос на комплексы для микротоннелирования. Пока эта тенденция коснулась финансово обеспеченных регионов — преимущественно городов-миллионников. Дело не в том, что способы строительства крупных коллекторов существенно дешевле: просто объемы нового строительства сетей в менее успешных регионах находятся на нулевом уровне, и работа ограничивается в основном перекладкой или санацией имеющихся сетей. При формировании программ по строительству новых крупных коллекторов, как правило, городские власти принимают решение о приобретении новой техники, чему способствуют лизинговые программы и положительный опыт использования данной техники, накопленный в мире.

Основным элементом технологии микротоннелирования является использование дистанционно управляемой микротоннелепроходческой установки, позволяющей вести быструю (в среднем 10–15 м в сутки), безосадочную (отклонения в пределах 10–20 мм) и точную по направлению прокладку трубопроводов практически в любых инженерно-геологических условиях, а главное — в водонасыщенных грунтах. Такой способ прокладки инженерных коммуникаций является наиболее эффективным в условиях плотной городской застройки, при пересечении водных преград, автомобильных и железных дорог, под историческими и культурными центрами и при преодолении других различного рода препятствий. Без вскрытия поверхности осуществляется прокладка трубопроводов. В зависимости от диаметра увеличивается длина проходки. Она может составлять, в зависимости от диаметра прокладываемого трубопровода, от 100 до 1000 и более метров между стартовым и приемным котлованом. По сравнению с другими технологиями прокладки инженерных коммуникаций бестраншейная прокладка с применением микротоннелепроходческих комплексов обеспечивает строительство трубопровода без вскрытия поверхности, не нарушает городскую среду обитания и экологический баланс территорий; сокращает ручной труд и механизирует процесс; исключает дорогостоящие работы по водопонижению; обеспечивает точную прокладку трубопровода.

Прогресс движется сверху вниз

Говоря о теме коммунального хозяйства, расскажем еще об одной машине Herrenknecht. Это стволопроходческий комплекс VSM-5500/7700, которому отводится важнейшая роль в строительстве продолжения главного канализационного коллектора северной части Санкт-Петербурга. Ближайшие несколько лет комплекс VSM-5500/7700 будет работать на правом берегу Невы. Продолжение главного канализационного коллектора северной части города строится с 1987 г.Глубина заложения — от 40 до 80 м.В состав проекта входят 50 шахтных стволов, служащих для приема сточных вод. Наряду с Юго-Западными очистными сооружениями, которые начали функционировать в 2005 г., это — важнейший объект городской системы водоотведения. По завершении строительства главный коллектор северной части города станет самым сложным техническим сооружением подобного назначения в мире.

Упрощающие работу стволопроходческие комплексы в мире есть, но они созданы для проходки в устойчивых грунтах, однако таковые в Петербурге залегают на глубине ниже 30 м. VSM-5500/7700 был разработан специально для Петербурга. Его конструктивные особенности позволяют работать в неустойчивых грунтах — супесях, суглинках, при большой степени обводнения. По мнению специалистов, разработка и изготовление комплекса стали настоящим прорывом в освоении подземного пространства «на низких, топких берегах» Невы. Работу, которую раньше выполняло несколько десятков человек и до десяти единиц техники, сегодня смогут обеспечить машина и четыре человека. Показательные факты: на сооружение одной шахты диаметром 8,5 м и глубиной 80 м при традиционном способе строительства уходит более полутора лет. Комплекс Herrenknecht сможет справиться с такой работой за 4 недели. Обделка шахтного ствола состоит из четырех сегментов железобетонных блоков, которые при монтаже соединяются болтами. Это происходит, когда стволопроходческая машина углубляется в шахту или параллельно с процессом выработки грунта. Чтобы уравновесить гидростатическое давление в забое, шахтный ствол заполняется водой.

Транспортное строительство: шире и длиннее

В транспортном строительстве, напротив, идет поиск увеличения диаметров тоннелей с целью достижения максимальной пропускной способности: как правило, автодорожные тоннели строятся на магистралях, имеющих федеральное или даже международное значение, а следовательно, они не должны снижать пропускную способность транспортной артерии в целом. Как следствие, ведущие мировые компании-производители развернули борьбу за достижение максимальных диаметров щитового оборудования.

Один из крупнейших в мире комплексов проходки транспортных тоннелей был поставлен в Москву компанией Herrenknecht AG в 2001 г. Особенность комплекса — в его универсальности. Как правило, проходческая техника разрабатывается с пристальным учетом особенностей грунтов, в которых предстоит работать. Исходной базой для миксщита служит принцип гидропригруза, когда бентонитовая суспензия укрепляет нестабильный лоб забоя. Она же является средством транспортировки — разработанный грунт вместе с отработанной бентонитовой суспензией поступает на поверхность и отделяется на сепарационном комплексе. В хвостовой части щита идет сборка тоннельной обделки, состоящей из высокоточных и водонепроницаемых железобетонных блоков.

Машина получила боевое крещение в Гамбурге, важнейшем порту Германии, месте впадения Эльбы в Северное море. Под рекой Эльбой проходит важнейшая транспортная артерия, которую было необходимо расширить, не нарушая судоходства, поэтому строительство методами передвижки кессона или погружных секций было неприемлемо. Но и условия закрытой проходки были исключительно тяжелыми — давление воды составляло до 3,5 бар, а перекрытие — лишь несколько метров. В щите был реализован целый ряд инноваций. Так, это SSP — комплексная система звукового зондирования грунта, которая оценивает находящиеся на удалении до 40 м контрасты плотности в грунте и позволяет оператору щита менять режимы проходки или найти перед собой препятствие. Длина проходки составила 2561 м.

Именно этот щит и был перебазирован в Москву, на строительство Лефортовского тоннеля. После обновления щит прошел за 13 месяцев 2,2 км тоннеля и дал возможность открыть движение по третьему транспортному кольцу, одновременно сохранив памятник природы и культуры — комплекс Лефортово. Кроме самого щита контракт включал поставку полного комплекта периферийного оборудования для строительной площадки — сепарационной установки, компрессорной станции, растворного узла, градирни, подвижного состава и ряда другого оборудования.

Сегодня этот же щит проходит уже свой четвертый тоннель, в том числе второй в Серебряном Бору, в составе комплекса Краснопресненской магистрали. Можно надеяться, что это не последний тоннель, построенный с его помощью, и щиту Herrenknecht предстоит потрудиться и на других объектах России.