Системы геодинамической безопасности при эксплуатации транспортных тоннелей для реализации стратегических транспортных проектов России

Вопросы по обеспечению безопасности при эксплуатации транспортных артерий актуальны во все времена.

Новый Байкальский тоннель. Источник: Пресс-служба ОАО «РЖД». Фото: Максим Каширин

На виду всегда находятся задачи по обеспечению безопасности движения транспортных средств, водителей, пассажиров и пешеходов и связанные с этим состояние дорог, наличие разделительных полос, мест организованных пешеходных переходов. При этом в тени остаются вопросы, связанные с техническим состоянием искусственных инженерных сооружений, к которым относятся, в том числе и тоннели, — автодорожные и железнодорожные.

В настоящее время оценка тех­нического состояния транспортных тоннелей осуществляется на основа­нии инструкций и методических ре­комендаций. Так, например, для ав­тодорожных тоннелей такие работы выполняются на основании работы [1]. Состав работ по надзору вклю­чает визуальные осмотры и геодези­ческо — маркшейдерские наблюдения состояния конструкций автодорож­ных тоннелей с заданной периодич­ностью. Для железнодорожных тон­нелей такие работы выполняются на основании инструкции [2], в со­ответствии с которой выполняются визуальные осмотры с заданной пе­риодичностью. Контрольная нивелировка выполняется один раз в 5 лет.

К сожалению, при таком подхо­де, невозможно дать своевременную оценку технического состояния не­сущих конструкций, а тем более его прогнозировать, в силу наличия кос­венных факторов, способствующих искажению реальной оценки резуль­татов визуальных осмотров. На­пример, неверная оценка значимости выявленных нарушений, формальный подход к выполнению рутинных за­дач, возможность доступа при нали­чии противопожарных конструкций (сплошных экранов по всей длине тон­неля, рис. 1), возможность визуально­го контроля на значительном рассто­янии (размеры поперечного сечения, освещенность), наличие специалиста в области «работы» подземных соору­жений (геотехника или геомеханика).

LMGT

Рис. 1. Автодорожные тоннели на участке Адлер — Альпика-сервис: тоннель N°1 слева и тоннель N°2

В случае обнаружения дефекта на внутренней поверхности обделки такой контроль не сможет сказать о причинно — следственных связях их возникновения. А это очень важный момент, поскольку если для одной категории нарушений их достаточно затереть ремонтным составом, то в других случаях это может означать необходимость разработки меро­приятий по реконструкции сооружения, его усилению. Отсутствие свое­временной правильной трактовки в изменении технического состояния сооружения, в последующем может отразиться в кратном увеличении затрат на приведение тоннеля в до­статочное для эксплуатации техническое состояние.

Ключевым фактором при оцен­ке технического состояния обделки тоннелей и соответственно безопас­ной эксплуатации является знание фактических параметров напряжен­но — деформированного состояния несущих конструкций и вмещающего массива. Это осуществляется путем размещения в обделках специаль­ной контрольно — измерительной ап­паратуры.

Инновационной можно считать систему геодинамической безопас­ности на период эксплуатации, раз­работанной и реализованной при строительстве тоннелей совмещен­ной (автомобильной и железной) дороги Адлер — горноклиматиче­ский курорт «Альпика — Сервис». Эта система собирает и обрабатывает информацию одновременно с девя­ти транспортных тоннелей — автодо­рожные тоннели № 1, 2 и 3 и желез­нодорожные тоннели № 1-6 общей протяженностью подземных выра­боток около 32,5 км (рис. 2).

LMGT

Рис. 2 Схема транспортных тоннелей на участке Адлер-Альпика-сервис

Вся контрольно — измерительная аппаратура, размещенная в обделках «Олимпийских» тоннелей подклю­чена к автоматизированной системе геодинамической безопасности, по­зволяющей контролировать напря­женно — деформированное состояние обделки при эксплуатации в режиме реального времени.

Информация с контрольно-из­мерительной аппаратуры 9 (девяти) тоннелей в режиме реального времени поступает на серверы мони­торинга в здание диспетчерской по автомобильной дороге и в здание диспетчерской по железной дороге. После обработки поступающих дан­ных информация визуализируется на отдельном АРМе, расположенном на столе перед диспетчером, осуществляющего контроль всех авто­матизированных систем безопасной эксплуатации тоннелей.

Эта система включает в себя сле­дующие подсистемы:

  • Контроль напряженно — дефор­мированного состояния (НДС) обде­лок — определение величин нормаль­ных тангенциальных напряжений в обделке и их сопоставление с рас­четными величинами и прочност­ными характеристиками материала обделки. Датчики были размещены в обделке при ее возведении, а в сборных обделках при ее изготовле­нии на заводе;
  • Оценка напряженно — деформи­рованного состояния системы «об­делка — массив» методом ЕЭМИ — регистрация вариаций излучения электромагнитных полей с целью контроля развития геодинамических процессов во времени в зонах разупрочнений;
  • Сейсмомониторинг — позволяет фиксировать амплитудно-частотные характеристики сейсмособытий в различных частотных диапазонах — от 0 до 6000 Гц (природного и тех­ногенного характера). Ускорения смещений, измеряемые трехкомпо­нентными акселерометрами, позво­ляют определить дополнительные величины напряжений в обделке в моменты сейсмособытий и сумми­ровать их с показаниями датчиков НДС обделки. В моменты сейсмо­событий на АРМ диспетчера выво­дятся результаты в баллах по шкале М5К-64.

Главной миссией функциониро­вания системы геодинамической безопасности является заблаговре­менное информирование владель­ца сооружений (эксплуатирующей организации) об актуальных и про­гнозных угрозах безопасной экс­плуатации для тоннелей и раннее предупреждение чрезвычайных (аварийных) ситуаций, связанных с изменением геодинамической и гидрогеологической ситуации во вмещающем массиве. Это дает воз­можность заранее разработать ме­роприятия по приведению сооруже­ний в безопасное состояние.

Полученные на сегодняшний день результаты позволяют отметить, что усилия в обделке через девять лет (семь лет эксплуатации тоннеля) значительно увеличились по сравне­нию с величинами усилий, которые сформировались через один год после ее возведения. Среди причин такого изменения — перераспределе­ние напряженного состояния между крепью и обделкой, вибродинамиче­ское влияние движения поездов на работу системы «обделка — крепь — вмещающий массив». Но самое главное, что система мониторинга позволяет знать о таких изменениях и прогнозировать изменение напря­женно-деформированного состоя­ния конструкций.

До 2030 года в России должны быть реализованы два националь­ных проекта: «Безопасные и каче­ственные автомобильные дороги» и «Железнодорожный транспорт и транзит». По информации Минтран­са РФ второй национальный проект в рамках Комплексного плана модернизации и расширения магистральной ин­фраструктуры будет разбит на три Федеральных проекта.

Под «призмой» законодатель­ной базы РФ, в частности, «ГРАДО­СТРОИТЕЛЬНЫЙ КОДЕКС РОССИЙ­СКОЙ ФЕДЕРАЦИИ» от 29.12.2004 № 190-ФЗ и Федеральный закон Российской Федерации от 30 дека­бря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», система геодинамиче­ской безопасности при эксплуатации транспортных тоннелей принимает характер обязательного элемента, направленного на обеспечение техногенной безопасности и предупре­ждения чрезвычайных ситуаций.

Учитывая большую роль разви­тия Восточного полигона железных дорог, в который входит самый про­тяженный и сложный Северомуйский тоннель, анализ работы автоматизи­рованной системы геодинамической безопасности на тоннелях Северного Кавказа является весьма актуальным для реализации такой системы на тоннелях БАМа и Транссиба, а в по­следующем на всей территории РФ.

Уже при проектировании Байкаль­ского тоннеля в 2014 году в состав сводных Технических условий, со­гласованных с Департаментом капи­тального строительства ОАО «РЖД», вошел раздел «Автоматизированные системы (АСУ ТП, система геодинамической безопасности)». Сервера этих систем размещаются в Иркутске в здании ИВЦ, в диспетчерском пунк­те ПЧ-24 в городе Северобайкальск и ре­зервном диспетчерском пункте в зда­нии на Восточном портале тоннеля.

Этими Техническими условиями предусматривается возможность последующей интеграции си­стемы геодинамической безопасности с аналогичными системами Мысовых, Коршу­новских и Обходных Северомуйских тоннелей.

В 2020 году строительство Байкальского тоннеля было закончено (рис. 3). Автоматизирован­ные системы, в том числе система геодинамической безопасности, прини­маются в эксплуатацию в 2021 году.

LMGT

Рис.3 Байкальский тоннель: диспетчерский пункт на дальнем плане со стороны Восточного портала — слева и сечение тоннеля

Реализованная современная автоматизированная система гео­динамической безопасности имеет практическую и научную ценность, среди которых возможность прогно­за технического состояния обдел­ки, оценка воздействия на несущие конструкции сейсмических событий природного и техногенного характе­ра, получение новых научных резуль­татов по взаимодействию несущих конструкций подземных сооружений с вмещающим массивом в условиях эксплуатации.

Для безопасной эксплуатации транспортных тоннелей и прогноза состояния системы «обделка — вме­щающий массив» является целесо­образным создание аналитического центра по обработке и анализу базы данных систем геодинамической безопасности и геотехнического мо­ниторинга, выполняемого на эксплу­атируемых транспортных тоннелях, с целью усовершенствования и оптимизации методологических и техни­ческих средств, а также обеспечения безопасной эксплуатации тоннелей.


Список литературы:

  • ОДМ 218.3.003-2010 «Методиче­ские рекомендации по содержанию ав­тодорожных тоннелей»;
  • Инструкция по содержанию искус­ственных сооружений, утверждённая МПС РФ № ЦП-628 от 28.12.1998.

ленметрогипротранс

Расскажите о нашей статье своим друзьям,
поделившись ссылкой в социальной сети

Комментарии (0)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Настоящим подтверждаю, что я ознакомлен с политикой конфиденциальности
и согласен на обработку персональных данных. Подробнее

Наверх