Подземное строительство. Возможности предупреждения деформаций

Январь, 2016
Автор: Алексей Журавлев, главный маркшейдер ООО «СТИС», заместитель генерального директора ООО «Омикрон»

Упорядоченное освоение подземного пространства наиболее актуально для мегаполисов с развитым историческим центром. 

 

Расположение охраняемых объектов культурного наследия в зоне влияния строительства подразумевает организацию тщательного контроля деформационных процессов, вызванных воздействием на грунт строительных машин.

Будущее деформационного контроля как комплекса проектных, изыскательских и строительных работ, направленных на сохранение объектов прилегающей застройки, не вызывает опасений: он будет развиваться синхронно с развитием подземного пространства.

При этом направление развития такого контроля следует анализировать уже сегодня. Попытаемся ответить на вопрос: возможно ли повысить эффективность сегодняшних методов контроля деформаций?

Рисунок 1. Начало проходки микротоннеля (с сайта herrenknecht.de)

Говоря о мониторинге, необходимо отметить, что имеющийся на рынке ассортимент сенсоров для регистрации малейших изменений параметров грунтов и конструкций насчитывает сотни разновидностей и, безусловно, позволяет учесть практически любые пожелания заинтересованных сторон. Поэтому сегодня у нас есть возможность наблюдать за деформациями с максимальной эффективностью.

Однако важно понимать, что результатом мониторинга является регистрирование данных, а как только минимальные смещения зафиксированы, риск повреждения здания многократно возрастает. Какими бы функциональными ни были датчики, сами по себе они не могут предотвратить деформации, а способны только фиксировать их, пусть даже и на начальной стадии.

На наш взгляд, принципы контроля деформаций выглядят несколько однобоко. Перекос состоит в том, что наряду с широким распространением средств измерений потенциал возможностей предупреждения деформаций еще только предстоит раскрыть. Так простудившийся человек зачастую начинает думать о здоровье уже будучи больным, не занимаясь укреплением иммунитета заранее.

Каким образом предупреждение деформаций происходит сегодня?

На стадии проектирования выполняется геотехническое обоснование с последующей корректировкой  проекта и выбором подходящего оборудования.

Качественное геотехническое обоснование позволяет применить наилучшие проектные решения и подобрать оптимальные машины с точки зрения обеспечения сохранности объектов в зоне влияния.

Например, если на этапе компьютерного моделирования мы видим, что вибрация от забиваемого шпунта разрушает соседнее здание, то применяем оборудование для вдавливания шпунта и таким образом предупреждаем деформации этого здания.

Вместе с тем помимо выбора строительных машин необходимо предусмотреть возможность изменения их настроек и регулировок, от которых зависит «поведение» машины, а значит, и ее воздействие на окружающие объекты.

Рисунок 2. Рабочее место оператора ТПМК

Отдавать вопросы регулировок на откуп исполнителей целесообразно только для сравнительно «простых» в эксплуатации машин. Такие машины, как правило, выполняют минимальное количество операций и предназначены для работы на поверхности.

Под землей же основные работы преимущественно выполняются «сложными» машинами, которые более корректно называть строительными комплексами.

Изменение их настроек оказывает значительное влияние на деформации. К таким машинам можно отнести, к примеру, автоматизированные комплексы для проходки микротоннелей (рисунок 1).

Современный микротоннельный комплекс - это управляемая с поверхности земли автономная система, предназначенная для сооружения тоннелей без доступа людей.

Скорость его поступательного движения может достигать 200 мм в минуту. Ориентировочная производительность насосов, перекачивающих размываемый водой грунт, составляет 250 куб. м в час в рабочем режиме, что равняется 4 куб. м в минуту или 0,07 куб. м в секунду.

Оценочные расчеты для щита Herrenknecht AVN2000 (диаметр тоннеля - 2 м) показывают, что при размывании и выдаче грунта со скоростью 0,07 куб. м в секунду и глубине заложения тоннеля 15 м максимальные оседания над осью неподвижного щита в песчаных грунтах составят 6 мм в секунду.

Такая ситуация маловероятна, но здесь она демонстрирует, что всего за секунду (!) фактические оседания могут превысить максимально допустимые для зданий исторического центра 5 мм.

Рисунок 3. Два провала в городском центре Куала-Лумпура, появившиеся во время строительства дорожного тоннеля с интервалом по времени 3 часа

В связи с этим возникает вопрос: а учитывается ли производительность насосов на этапе предупреждения деформаций? А ведь это далеко не единственный параметр, который изменяется оператором в процессе проходки. Один насос - это всего один регулятор на пульте управления со множеством кнопок и тумблеров (рисунок 2).

Как мы видим, в результате высокой производительности и одновременно сложности автоматизированных тоннельных комплексов, вероятны деформации, которые за считанные минуты в сотни, а то и тысячи раз могут превысить допустимые величины. На рисунке 3 представлены последствия неверной установки параметров работы щита.

Если отбросить человеческий фактор, то основной причиной некорректной регулировки щитов является объективный недостаток информации в существующих руководствах, инструкциях и регламентах о возможном «поведении» машины в различных грунтах. Кроме этого для четвертичных отложений Санкт-Петербурга характерны неожиданные изменения геологических характеристик на протяжении тоннеля, к которым трудно быстро адаптировать машину, учитывая высокую скорость ее движения. На проходке одного интервала в любом месте и в любой последовательности можно встретить супеси, суглинки, глины, пески и валуны (рисунок 4).

Рисунок 4. Вид забоя из режущего органа. Валун, супеси, гравий и галька

Отдельно стоит подчеркнуть, что разбираемая здесь ситуация некорректной регулировки комплексов отнюдь не подразумевает низкую квалификацию операторов. Это результат отсутствия методических материалов, из которых операторы могли бы получать сведения о необходимости тех или иных настроек в зависимости от геологических условий и величин деформаций поверхности.

Для разработки соответствующих рекомендаций «поведение» машины надлежит изучать в совокупности с данными мониторинга и свойствами грунтов на конкретных объектах.

С этой целью следует использовать результаты наблюдений за деформациями, материалы геологических изысканий и показания датчиков щита - они непрерывно записываются в архивные файлы на жестком диске компьютера оператора.

В качестве иллюстрации предлагаемого подхода на рисунке 5 приведен график максимальных оседаний над щитом. Оседания были рассчитаны на основе материалов геологических изысканий и файла архивных данных проходки микротоннеля комплексом Herrenknecht AVN1600. Проходческие работы выполнялись в Санкт-Петербурге компанией «СТИС».

Важно отметить большой потенциал использования сведений о работе проходческого комплекса, остающихся в файлах.

Их обработка совместно с результатами мониторинга и материалами геологических изысканий позволит сделать шаг вперед в понимании взаимосвязей между деформациями, грунтовыми условиями и особенностями работы и движения щитов.

На основе установленных закономерностей появится возможность дополнять инструкции по управлению проходческими комплексами, регламентирующие работу операторов в целях исключения деформаций.

Приведенные на примере микротоннелирования положения можно распространить и на другие применяемые под землей строительные комплексы. Тщательный контроль работы строительных машин приобретает дополнительное значение с учетом потребностей городов в объектах подземного строительства и перспектив, с этим связанных.

Дополнительные материалы по теме:

Стратегия инновационного развития строительного комплекса РФ на период до 2020 года и проблемы инженерных изысканий (читать статью)

Эффективное использование подземного пространства – актуальная градостроительная задача (читать статью)

Дополнительная информация

  • Категория: Градостроительное планирование
Отправить комментарий

Защитный код
Обновить