Современные технологии строительства выработок в условиях плотной городской застройки

© А.Н. Панкратенко, 2004

УДК 622.258 А.Н. Панкратенко

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ ПЛОТНОЙ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ

Семинар № 14

развитие городов ставит задачу совершенствования всей структуры их жилищно-коммунального хозяйства. При этом на первый план выходит решение задачи по строительству и реконструкции в городах инженерных сетей канализации, водо- и теплоснабжения, систем ливневых стоков, кабельных линий энергоснабжения, телефонной связи и т.д.

Особо остро эти проблемы стоят в крупных городах, где коммунальные тоннели различного назначения эксплуатируются уже 30 и более лет без каких-либо ремонтновосстановительных работ. Неудовлетворительное состояние большей части существующих коммуникаций выявилось во многих городах России в течение очень холодных зим последних лет.

В течение многих десятков лет в технологии строительства коммунальных тоннелей в России не происходит никаких существенных изменений. Практически с теми же самыми проблемами мы вошли и в новый XXI век.

По-прежнему наиболее экономичными способами сооружения коммунальных тоннелей считаются классические способы: прокладка коммуникаций открытым способом в траншеях или закрытым способом с использованием проходческих щитов диаметром 2,6-3,6 м с последующей укладкой в тоннелях рабочих труб диаметром 0,4 - 1,4 м и забутовкой свободного пространства (см. рис.1, 2 и 3).

В действительности эти технологии приводят к значительным социальным проблемам и наносят вред окружающей среде. Положение существенно осложняется при необходимости прокладки коммуникаций в водонасыщенных и слабоустойчивых грунтах, когда строителям приходится применять дополнительно различные дорогостоящие специальные способы стабилизации грунтов

(водопонижение, замораживание или химическое закрепление), что приводит к существенному увеличению стоимости и трудоемкости работ, снижению темпов строительства.

При работе в центральных частях городов указанные технологии приводят также и к потерям, связанным с необходимостью ограничения движения городского транспорта, разрушением и засорением поверхности, нарушением городской инфраструктуры в местах производства работ.

И если потери, связанные с низкой эффективностью традиционных технологий можно подсчитать, то потери от нарушения социальной сферы и экологической среды в настоящее время оценить невозможно из-за отсутствия соответствующих методик. Хотя совершенно ясно, что эти потери могут быть сравнимы, а в отдельных случаях и значительно выше отнесенных к первой группе потерь.

В тоже время в передовых западных странах в этой области произошли существенные изменения. Начиная с 1985 года на объектах подземного строительства в ФРГ, Великобритании, Японии и других стран начали широко применяться новые прогрессивные технологии бестраншейной прокладки коммуникаций и, прежде всего, технология микротоннелирования (см. рис. 4). Основным элементом этой технологии является использование дистанционно управляемой мик-ротоннелепроходческой машиной, позволяющей осуществить быструю (в среднем 10-15 м в сутки), безосадочную (отклонения в пределах 10-20 мм) и точную по направлению прокладку трубопроводов практически во всех инженерно-геологических условиях, а главное в водонасыщенных грунтах без применения специальных способов работ.

а)

£-:£ А-А

Рис. 1. Технология прокладки подземных коммуникаций открытым способом: а) без крепления стен траншеи; б) с креплением стен траншеи: 1 - ж/б раструбная труба; 2 - пояс из двутавра № 40; 3 - стальная труба d = 219 мм; 4 - забивка из досок 50 мм; 5 - основание

Рис. 2. Технология прокладки подземных коммуникаций с использованием метода продавливания: 1 - домкратная установка; 2 - двутавр № 40; 3 - стальная труба d = 219 мм; 4 - затяжка из досок 40-50 мм; 5 - настил из досок: брус 20x20 см шаг 1 м, брус 22x22 см шаг 2 м; 6 - ограждение; 7 - вагонетка; 8 - ось продавливания; 9 - ж/б труба d = 1600 мм; 10 - стальной футляр; 11 - бетонное основание; 12 - деревянные клинья

.х—:z:: гг,—

і і S і і і гттг 3 — J

'¿а- ф| 5 LL£ ' 6

Овьем розроватываемого грунта на 1 п.м, - 3.14 м3 Скорость проходки -- 6-8 м/сут

Стоимость 1 п,м, - 24945 р,

Схема прокладки ж/б труб в тоннеле

Рис. 3. Технология проходки подземных коммуникаций с применением щита D = 2,0 м: 1 - тележка для транспортирования бадей и контейнеров с блоками по тоннелю; 2 - бадья самоопрокидная V = 0,45 м3; 3 - вентиляционный трубопровод D = 300 мм; 4 - ж/б блоки обделки; 5 - рельс Р - 18; 6 - опорная балка; 7 - лебедка монтажная; 8 - направляющий ролик; 9 - растворонагнетатель НР-2; 10 - емкость для приготовления цементного раствора; 11 - насос НКН (СО-5С); 12 - бетонное основание; 13 - эл. кабель; 14 - трубопровод d = 50 сжатого воздуха; 15 - ГВ 50; 16 - ж/б труба d = 1200 мм; 17 - деревянные клинья; 18 - кирпичная перемычка

Такой способ прокладки инженерных коммуникаций является наиболее эффективным в условиях плотной городской застройки, при пересечении водных преград, автомобильных и железных дорог, под историческими и куль-

турными центрами и при преодолении других различного рода препятствий.

Применение микротоннелепроходческих комплексов позволяет осуществлять без вскрытия поверхности прокладку трубопроводов

Рис. 4. Технология строительства подземных коммуникаций с применением микрощита Л VN фирмы «Херренк-нехт АГ

различного назначения диаметрами до 3000 мм участками между шахтами (колодцами) до 100 - 200 м, а при использовании промежуточных станций 700 - 1000 м и более.

Внедрение этой технологии весьма актуально для России потому, что в большинстве наших городов коммуникации находятся в аварийном состоянии и требуют немедленной замены.

Только в Москве за последний год было проложено порядка 46-48 км подземных коммуникаций с использованием микротоннеле-проходческих комплексов. Диаграмма распределения этих объемов по диаметру представлена на рис. 5.

Оборудование для прокладки коммунальных тоннелей по технологии микротоннелиро-вания уже успешно работает практически на всей территории бывшего СССР.

Конструкции выпускаемых машин позволяют уже сегодня использовать их в весьма широком диапазоне инженерно-геологических и гидрогеологических условий. Практически эта техника успешно работает во всем спектре грунтов - от слабых и неустойчивых до полускальных и даже крепких скальных пород.

В настоящее время только в Москве успешно работает порядка 23 микротоннелепро-ходческих установок различных фирм и еще 16 установок по всей России на объектах жилищно-коммунального и дорожного строительства.

Одним из наиболее важных и сложных объектов, построенных за последнее время с использованием микротоннелепроходческих комплексов фирмы «НеггепкпеЬ; AG», стал ка-

нализационный коллектор, проложенный вдоль набережной Яузы от Лефортовского до Госпитального моста мосинжстроевской фирмой «Инжстрой-сити Монолит». Специально для реализации этого проекта комбинат «Мосин-жбетон» приобрел оборудование для производства железобетонных труб наружным диаметром 1780 мм. Так в Москве было налажено производство железобетонных труб для микро-тоннелирования, что в дальнейшем открывает более широкие перспективы для продвижения метода микротоннелирования.

В качестве рабочей трубы при микротонне-лировании чаще всего используют железобетонные трубы. Соединение этих труб друг с другом осуществляется с помощью стальных манжет с поперечным кольцом или манжет из нержавеющей стали.

Кроме железобетонных труб в мире широко используются и трубы, изготовленные из полимеров. Работы над созданием полимербе-тонных труб ведутся и в России Центральным научно-конструкторским бюро (ЦНКБ) Госкомитета по оборонным отраслям промышленности. Полимербетонные трубы являются химически стойкими к действию кислот, щелочей, воды и органических растворителей (исключая ацетон).

Кроме бетонных и полимербетонных труб в ряде стран выпускают и керамические трубы. Они отличаются высокой прочностью и сопротивляемостью к износу и коррозии. Однако эти трубы имеют относительно небольшую допустимую осевую нагрузку, поэтому они выпускаются, как правило, небольших диаметров: от 250 мм до 1000 мм.

Находят применение в мировой практике подземного строительства и трубы из стеклопластика.

В связи со все возрастающими объемами строительства подземных коммуникаций в г. Москве с использованием МТПК ОАО «Комбинат Мосинжбетон» наладил выпуск в широком ассортименте железобетонных труб для этих комплексов.

Анализируя выше изложенное, можно сделать следующие выводы и предложения. Совокупность недостатков, присущих откры-тому и щитовому способам, приводит к тому, что значительные капитальные вложения в коммунальное хозяйство далеко не решают проблемы полного

Рис. 5. Примерное распределение объемов строительства подземных коммуникаций в г. Москве

удовлетворения все возрастающих потребностей городского населе-ния в коммунальных услугах. Решение этой проблемы представляется возможным за счет существенного увеличения объемов работ по прокладке подземных коммуникаций с широким применением более прогрессивных бесщитовых способов проведения выработок.

В условиях сложившейся плотной застройки, развитой инфраструктуры крупных городов, в настоящее время все чаще при строительстве подземных сооружений различного назначения применяется способ микротонне-лирование - высокоточный метод бестраншейной прокладки коммуникаций. Данный способ позволяет производить строительные работы в любых гидрогеологических условиях с мини-

мальными объемами вскрытия поверхности земли, что позволяет предохранить существующие коммуникации от просадок.

Основные технико-экономические показатели используемых в России МТПК, а также традиционных технологий прокладки подземных коммуникаций приведены в таблице.

Высокие технико-экономические и социально-экологические показатели этой технологии позволяют решать проблемы городов как по прокладке новых коммуникаций, так и по ремонту или замене уже существующих. Это особенно важно в современных условиях, когда состояние городской среды и заторы в движении становятся объектом пристального внимания общественности.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------

Панкратенко А.Н. - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.