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).
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).
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.
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.
Дополнительные статьи
Выберите интересующую статью:
Проектирование систем пропуска и досмотра в метро
15 мая, 2023
Метро как национальный приоритет. Почему нет?
12 апреля, 2023
ОАО «НИПИИ «Ленметрогипротранс»: здесь рождается метро
1 марта, 2023
Кондиционирование и вентиляция в метро: вопросы импортозамещения
17 января, 2023
Экологическое сопровождение при проектировании метро
22 декабря, 2022
Ученые осваивают подземное пространство
22 декабря, 2022
Расскажите о нашей статье своим друзьям,
поделившись ссылкой в социальной сети
Комментарии (0)
Настоящим подтверждаю, что я ознакомлен с политикой конфиденциальности
и согласен на обработку персональных данных. Подробнее