Главная -> Законодательство (топаз в конце тоннеля)

В последние годы слово уникальный употребляется в прессе без должной осторожности. Зачастую им характеризуются просто высококачественные и неординарные изделия, объекты, технологии и оборудование. Однако у постепенно превращающегося в звонкий эпитет термина есть вполне определенный и точный смысл. Уникальным можно назвать только то, аналогов чему нигде в мире нет. Например, щитовой горнопроходческий комплекс топаз, с помощью которого зао крот и к0 прокладывает магистральный коллектор для подземных городских инженерных коммуникаций под улицей большая дмитровка.

Москвичи, несомненно, хорошо запомнили вызвавшую немалый общественный резонанс техногенную аварию 13 мая 1998 года - глубокий и обширный провал на большой дмитровке. Осадка грунта - явление, отнюдь не редко встречающееся в мировой практике при прокладке подземных тоннелей закрытым способом, произошла по недосмотру гидрогеологических служб. Подземный магистральный коллектор от охотного ряда вдоль большой дмитровки сооружался методом щитовой проходки на глубине, где известняковые породы граничат с лежащим на них мощным пластом устойчивых и необводненных юрских глин. Глины в свою очередь служат естественным и надежным водоупором для 5 - 6-метрового водоносного песчаного слоя плывунного типа. Первоначально проходка продвигалась без каких-либо деформаций верхнего слоя почвы - так называемой дневной поверхности. Но гидрогеологи не учли, что когда-то в незапамятные времена в районе столешникова переулка в реку неглинку впадал большой ручей, полностью размывший водоупорный пласт юрских глин. Разведывательные скважины были пробурены до и после перекрестка со столешниками - как раз по обеим берегам относительно неширокого русла бывшего ручья. Строители получили зеленый свет аж до страстного бульвара и на 244-м метре трассы горнопроходческий щит экскаваторного типа с открытой забойной камерой на полном ходу врезался в водоносный песчаный массив. Плывуны, конечно же, хлынули в тоннель через открытую камеру, а за ними просел и верхний многометровый слой грунта вместе с тротуаром и покрытием дорожной части.

Авария еще раз показала, что подземное строительство в столь сложных гидро- и горногеологических условиях (а к ним нужно добавить 29 затампонированных разведывательных скважин, возможное наличие давно заброшенных городских инженерных коммуникаций и плотную историческую застройку центральной части москвы наверху) нужно вести на совершенно ином, качественно более высоком уровне надежности и безопасности. Руководство оао мосинжстрой - главного строителя городских инженерных сооружений и коммуникаций - приняло решение о прокладке встречного коллектора со стороны страстного бульвара проходческим щитом с герметически закрытой забойной камерой, что исключает возможность проникновения водоносного плывунного грунта в прорытый тоннель. Как и в коллекторе со стороны охотного ряда, крепь в новом тоннеле планировалось выполнять из монолитно-прессованного бетона.

Назвать этот метод совершенно новым нельзя. Но из-за сложности технологии и проходческого оборудования крепь из монолитного пресс-бетона применяется крайне редко. Фактически роторный проходческий щит с герметически закрытой забойной камерой и пресс-устройством для возведения тоннеля из монолитно-прессованного бетона до мосинжстроя никто не делал. Даже признанный мировой лидер в области щитовой проходки, известная канадская компания lovat, была вынуждена отказаться от подобной затеи. Слишком сложно.

Трудностей в создании абсолютно нового для россии горнопроходческого комплекса с закрытой забойной камерой и устройством для прессования бетона и в самом деле было более чем достаточно. Требовалось спроектировать и изготовить действительно уникальный щит, смонтировать его глубоко под землей, там же в вертикальном шахтном стволе оборудовать бетонный завод, провести обкатку всего комплекса, подготовить квалифицированный обслуживающий персонал. И все это нужно было сделать в предельно сжатые сроки, не откладывая на несколько лет строительство крайне необходимого городу коллектора. Эти непростые задачи были быстро и качественно решены различными фирмами оао мосинжстрой.

Уже в июне 1998 года в мосинжстрое создали проектно-конструкторскую фирму ооо крот инжиниринг во главе с заслуженным изобретателем рф, кандидатом технических наук а.Н.Семеновым. Горнопроходческие щиты александр николаевич разрабатывает с 1959 года - после окончания ленинградского горного института. С 1979 года он работал в специальном конструкторско-технологическом бюро, а затем в научно-техническом центре мосинжстроя, где возглавлял отдел проходческих щитов и комплексов. В его послужном списке более 40 научных трудов и печатных работ по щитовой тематике, свыше 100 изобретений, запатентованных в ссср, россии, странах восточной европы, англии, швейцарии, германии и сша.

Чертежи сложнейшего горнопроходческого комплекса создавались небольшим авторским коллективом под руководством а.Н.Семенова на нескольких кульманах и столах в одном из помещений временного здания штаба строительства на страстном бульваре. Проект предусматривал использование только отечественных материалов и оборудования, включая электронику. Все без исключения узлы, агрегаты, приборы и детали изготавливались на российских предприятиях. Основную работу проделал сызранский завод тяжмаш, а собирался комплекс на подмосковной промбазе зао крот и к0 поиск источников финансирования и все другие организационные заботы по созданию комплекса взяла на себя фирма альянс- к во главе с сергеем робертовичем гильштейном. Цена комплекса, кстати, в 4 - 5 раз ниже, чем у схожих зарубежных щитов. Постоянную и всестороннюю помощь и поддержку оказывал генеральный подрядчик строительства коллектора зао крот и к0 (генеральный директор алексей михайлович абрамов).

Совместные усилия увенчались успехом. По оценкам специалистов lovat и herren knecht - ведущих мировых компаний в области производства горнопроходческого оборудования - работа такого уровня сложности должна была растянуться как минимум на 3 - 4 года. Примерно такой же срок обычно требуется и для создания в нормальных, спокойных условиях значительно более простых отечественных проходческих комплексов. Но мосинжстрой не мог позволить себе столь долгое ожидание.

В августе 1999 года, менее чем через 14 месяцев после начала работы конструкторов ооо крот инжиниринг, готовый горнопроходческий комплекс топаз был доставлен на строительную площадку. А в ноябре того же года породоразрушающий инструмент на роторе топаза уже сокрушал мощные и твердые валуны под страстным бульваром.

Топаз - первый отечественный проходческий комплекс с герметически закрытой забойной камерой, предназначен для безопасной работы в сложных гидро- и горногеологичских условиях. Он одинаково хорошо выполняет не только разрушительную, но и созидательную функции: одновременно с дроблением и удалением породы выкладывает из монолитно-прессованного бетона стены тоннеля. Материал - специальная бетонная смесь, изготавливается тут же, на расположенном в стартовом шахтном стволе компактном бетонном заводе, тоже, кстати, спроектированном, изготовленном и смонтированном фирмами мосинжстроя.

Комплекс представляет собой большой металлический цилиндр диаметром 4,02 метра и весом 120 тонн. Спереди 53-тонной головной части находится крестообразный ротор, на лучах которого установлен изготовленный на бирюлевском опытно-экспериментальном заводе горного оборудования (фирма pigma kennametal) породоразрушающий инструмент из сверхпрочных сплавов. Это основной рабочий элемент ротора, способный разрушать кремневые, кварцевые, известняковые и другие валуны. Вращение ротора обеспечивают восемь гидравлических приводов мощностью по 30 киловатт, большая шестерня и пара двухметровых подшипников. Задняя сторона ротора и оболочка образующей замкнутую коническую забойную камеру диафрагмы оснащены специальной броневой сталью. Забор грунта происходит в нижней части ротора. Здесь, в конусообразной закрытой забойной камере, между броневыми листами диафрагмы и бронированными лучами ротора, порода дробится на фрагменты размером 150 - 200 миллиметров. Через специальную решетку они вместе с грунтом проваливаются на шнековый конвейер, не нарушающий герметичность камеры.

Посредством гидравлической поршневой задвижки-шибера и изменением скорости вращения ротора и шнека осуществляется дозируемый регулируемый забор грунта и пород из забоя. На спокойных участках со сплошным массивом юрской глины шибер открывается полностью, ротор и шнек вращаются на практически максимальных оборотах. В этом случае разработка забоя и сооружение тоннеля идут, что называется, полным ходом.

При заходе щита в неустойчивые водонасыщенные пласты плывунного типа (как это было в мае 1999 года на 244 метре проходки под большой дмитровкой) поступление грунта уменьшается и скорость продвижения проходческого комплекса падает. Это обеспечивает высокое качество тоннеля и, что самое главное, поддерживает устойчивость забоя, исключает осадки верхнего, наружного слоя почвы и деформации фундаментов зданий. Топаз не допускает прорывов плывуна, не забирает лишнего грунта и тем самым не деформирует дневную поверхность.

Шнек доставляет измельченную породу и грунт на ленточный конвейер, который загружает подгоняемые к комплексу электровозом рельсовые бадьи-вагонетки. Они транспортируются к бадьевому отделению шахтного бетонного завода и поднимаются двумя пятитонными тельферами (есть еще два резервных) на поверхность. Там содержимое вагонеток опрокидывается в самосвалы и отправляется в отвал.

Все это лишь одна, землеройная, часть работы топаза. Не менее, а пожалуй, даже и более интересны строительные возможности комплекса. При прокладке тоннелей обычными проходческими щитами применяется традиционная крепь в виде сборных железобетонных блоков-колец, или тюбингов. При установке тюбинга между его внешней поверхностью и грунтом образуется так называемый строительный зазор в 30, а то и в 50 миллиметров. Тридцать миллиметров - это практически допустимая норма. Зазор является причиной наружных осадок почвы и деформации зданий. Для его устранения требуются специальные технологические операции, например тампонирование. Для укрепления грунта используются и другие спецметоды, вроде химзакрепления и водопонижения. Где-то тампонирование может помочь, а кое-где из-за наличия большого количества трещин и карстовых пустот оно малоэффективно, и деформация все равно происходит. А химическая терапия далеко не лучшим образом сказывается на городской экологии. Стоит сказать, что в первоначальном проекте строительства коллекторов под большой дмитровкой предусматривалось использование 50 тысяч тонн химических реактивов!

большое количество стыков в железобетонных блоках требует надежной гидроизоляции. Однако влага все равно проникает и в тоннель, и внутрь тюбингов, в результате чего арматура ржавеет и разрушает бетон. Примерно через 12 лет такие тоннели, как правило, нуждаются в дорогостоящем и длительном капитальном ремонте.

Топаз работает по совершенно иной технологии. В вертикальном шахтном стволе оборудован единственный в своем роде бетонный завод, изготавливающий специальную бетонную смесь, состав и рецептура которой разрабатывается по рекомендациям проектировщиков комплекса на известном московском предприятии мастер-бетон (бывшем нии железобетона). Строго говоря, слово смесь надо употреблять во множественном числе, потому что состав и пропорции постоянно корректируются в зависимости от изменения горно- и гидрогеологических условий на разных участках проходки. Продвигаясь вперед, топаз оставляет за собой сплошную, без стыков и арматурной начинки, бетонную трубу толщиной в 300 миллиметров. Прочность бетона очень высока - от 1000 до 1200 килограммов на квадратный сантиметр. Одна из ключевых характеристик используемого в подземном строительстве бетона, водопроницаемость, достигает в специальных единицах измерения завидной отметки w 16 и даже w 18. Для сравнения можно сказать, что хорошим показателем водонепроницаемости считается w 8, а на сооружении казанского метрополитена, ведущегося проходческим комплексом и по технологии компании lovat, она составляет w 10.

Подземный бетонный завод работает вне зависимости от капризов погоды наверху: шахтный ствол утеплен, и исходные инертные материалы всегда имеют нужную по технологии температуру. Это небольшое, но вполне современное предприятие мощностью 1 кубометр бетона на 1 замес, для которого требуется не более 10 - 15 минут. На одну заходку проходческого комплекса нужно 1,2 - 1,3 кубометра бетонной смеси. Заходка - это 32 сантиметра готовой стены. Вполне приличная скорость работы для таких сложных геологических условий. И щит, и завод работают в круглосуточном трехсменном режиме.

Из бетоносмесителей смесь подается на ленточный конвейер и оттуда загружается в пневмобетоноподатчик на рельсовых скатах. Пневмобетоноподатчик ставится на рельсовый путь в строящемся магистральном коллекторе и с помощью подземного электровоза доставляется к щиту. В пути следования (это почти полкилометра) содержимое постоянно перемешивается, так как в спокойном состоянии бетонная смесь расслаивается. Под давлением в 4 - 5 атмосфер смесь выдавливается через бетоновод и шиберную задвижку в пресс-камеру - замкнутое пространство между внешней цилиндрической оболочкой щита и стальной, тоже цилиндрической, но меньшей по диаметру пресс-опалубкой. Сзади камера герметически запирается пресс-кольцом. Оно соединено с 14 мощными щитовыми гидроцилиндрами. После полного заполнения смесью поршень шибера поднимается и герметически запирает камеру.

Оператор запускает ротор, и начинается разработка забоя. Вагонетки заполняются породой. Включаются гидроцилиндры, заставляя пресс-кольцо сдавливать бетонную смесь, что создает реактивное усилие, за счет которого щит перемещается вперед. А из-под оболочки выходит прессованный бетон. Маленький отрезок тоннеля полностью готов.

В беспроблемных юрских глинах длина построенного за одну заходку участка составляет примерно 32 сантиметра. В осложненных условиях она может быть несколько меньше. Дело в том, что, когда бетонная смесь выдавливается на контур выработки, она плотно напрессовывается на грунт, заполняет все щели и пустоты, сдавливает недостаточно уплотненные места. Пока бетон не заполнит все, что возможно, ротор не сдвинется с места. При таком способе работы никаких зазоров не остается, следовательно, исключается опасность осадок и деформаций. Поэтому технология, использующая монолитно-прессованный бетон, называется безосадочной проходкой.

Посмотреть на комплекс из глубины занятнее, чем услышать самый подробный рассказ о нем. Сначала бетонный завод. При работе монолитным пресс-бетоном чрезвычайно важно использовать не привозную, а собственную, фирменную бетонную смесь. Не удивительно, что зао крот и к0 пошло на расходы по сооружению завода. На поверхности при выходе из шахтного ствола выглядит он весьма компактно и скромно: небольшая постройка площадью с обычную московскую квартиру. У входа расположены два люка, через которые подъезжающие самосвалы загружают подземные бункеры песком и щебнем. Рядом две трубы, ведущие в емкость для цемента и бункер для модификатора, где смеси придаются специальные свойства. Объем емкостей рассчитан на 6-суточный запас при скорости проходки 5 - 6 метров в сутки. С другой стороны строения - место для разгрузки поднимающихся вагонеток с грунтом.

Спуститься в стартовый шахтный ствол можно при помощи лифта (гораздо более чистого, чем его собратья в обычных московских многоэтажках) и по пролетам металлической лестницы. Бетонозаготовительный узел, состоящий из двух бетоносмесительных камер, расположен на глубине 22 метров. После каждого цикла камеры тщательно промываются. Здесь же можно увидеть образцы продукции для тестирования. После каждого замеса бетонной смесью заполняются прямоугольные формочки, на которые наносится маркировка с указанием даты и точного времени операции, а также участка, где уложена данная смесь. Каждый такой кубик отправляется для анализов и испытаний на прочность и водонепроницаемость в исследовательский институт на предприятии мастер-бетон.

Всем производственным процессом на заводе управляет с компьютерного пульта всего один оператор. Одет он, конечно же, не в белый халат или деловой костюм, а в рабочий комбинезон. Но с шанцевым инструментом компьютеризированный бетонщик здесь, похоже, никак не соприкасается. Не сходя с места, оператор нажатием кнопок и клавиш подает на электронные весовые дозаторы инертные материалы из бункеров, заполняет бетоносмесители, проводит замес, выгружает готовую бетонную смесь на ленточный конвейер и загружает ею пневмобетоноподатчики.

Да и вообще, подземелье с работающим бетонным заводом и строящимся магистральным коллектором отнюдь не вызывает ассоциаций с переполненным людским муравейником. Обычной заводской или строительной суеты нет и в помине. За время вертикальной экскурсии по заводу и горизонтальной по коллектору нам встретились лишь девушка, подметающая и без того чистую площадку у лифта, оператор за компьютерным пультом, двое рабочих у пневмобетоноподатчика и где-то в тупиковом конце почти полукилометрового тоннеля в гордом одиночестве -отшельник-оператор топаза. Вот, собственно говоря, едва ли не все дети подземелья, строящие крупный и сложный городской коллектор.

- У нас полная автоматизация производства, - объясняет александр николаевич семенов. - Все управление на электронике. Ручной труд практически не применяется. Однажды нам зачем-то понадобилась обычная лопата, и нашли мы ее, честно говоря, с трудом.

В расположенном на глубине 32 метров магистральном коллекторе не чувствуется подземной прохлады: схватывающийся бетон разогревается чуть ли не до тропической температуры. В ровной, даже гладкой поверхности бетонной стены почти как в зеркале отражается, создавая эффект полировки, длинный ряд ламп временного освещения. Пока упершийся в тоннельный тупик щит ждет очередную порцию бетонной смеси, в коллекторе царит гулкое безмолвие. В отсеке космонавта - так здесь называют рабочее место оператора топаза - сиденье, к которому с двух сторон подведены гибкие шланги мощной системы вентиляции и охлаждения, спасающие от грохота наушники, телефон для общения с внешним миром и пульт управления комплексом. По словам а.Н.Семенова, побывавший здесь президент herren knecht даже решил, что пульт выглядит подозрительно просто для столь сложной машины. Может быть, русские коллеги в стремлении скрыть технические новинки накануне визита предусмотрительно отвинтили все самое интересное? но, несмотря на кажущуюся простоту управления, топаз, конечно же, очень высокотехнологичный, напичканный отечественной электроникой комплекс. С помощью точнейших геодезических приборов и лазерной системы ведения щита по трассе оператор контролирует направление проходки, руля головной частью во всех трех пространственных измерениях. Проходка ведется очень точно. Контрольный замер у пятого шахтного ствола, например, зафиксировал менее чем 15-миллиметровое отклонение от заданного направления.

- Трудно работать на топазе?

оператор константин завтур отвечает на этот вопрос несколько нестандартно:

- разве это работа? это же увлекательный и азартный спорт. Сюда за валюту можно водить любителей экстремального туризма. Щит чем-то напоминает автомобиль: на нем нужно постоянно ездить. Сколько ни садись за пульт, каждый раз будешь приобретать новые навыки. Топаз, конечно, уникальная машина - она не только разрабатывает породу, но и оставляет за собой готовое изделие.

Езда на такой машине дается нелегко. Бетонного реактивного топлива хватает всего на 32-сантиметровый пробег в толщу земли. Среднесуточная скорость - от 2,4 до 3 метров. При этом в уходящие на поверхность вагонетки загружается около сорока кубометров породы и грунта. А изготавливаемое изделие, то есть тоннель с внутренним диаметром 3370 миллиметров и толщиной стен 300 миллиметров, по мнению а.Н.Семенова, может обойтись без капитального ремонта лет сто.

Свет в конце тоннеля появится менее чем через 50 метров - примерно столько осталось до столешникова переулка. После этого топаз, а с ним и бетонный завод демонтируют и отправят для модернизации на промбазу зао крот и к0. После некоторого технического усовершенствования комплекс сможет увеличить скорость проходки до 8 - 10 метров в сутки.

Сейчас ооо крот инжиниринг, помимо осуществления авторского надзора за эксплуатацией топаза, совместно с фирмой альянс-к работает над созданием нового щитового горнопроходческого комплекса экскаваторного типа малахит. Он уже стоит на стапеле промбазы в акулове и в сентябре - октябре будет запущен под карамышевскую набережную. Проектируется еще один комплекс, кристалл, с двухметровым диаметром щита. Эти комплексы будут работать по технологии монолитно-прессованного бетона на подземных объектах мосинжстроя. Несомненно, найдется применение и хорошо показавшему себя топазу. Надо только завершить работу под большой дмитровкой. А там уже близок конец тоннеля.

Николай скирденко.

Главная -> Законодательство

Где в россии деньги лежат? борис копылов Главные документы Гвсу центр смотрит в завтра Инвестиционное сотрудничество монголии с зарубежными странами Испания - россия: мост через европу Как потратить Комплекс неполноценности паутина роста Кузбасс в 2001г Квартирный вопрос Лучше стен могут быть только стены Магазин xxi века - какой он? последние несколько лет отмечены- строительные материалы Методические подходы к оценке стоимости машин и оборудования