Тоннели Дублера Курортного проспекта в городе Сочи

Автомагистраль беспрерывного движения «Дублер Курортного проспекта» обеспечивает связь города Сочи с горными районами.

Сочи — один из лучших курортов России. Автор: bolotina-o/Pixabay

На трассе протяженностью 17 км располагается более 40 искусственных сооружений, в том числе 9 тоннелей.

Проект автомагистрали «Дублер Курортного проспекта» был разработан институтом «Стройпроект». Основными разработчиком тоннельной части стали институты «Сочитранстоннельпроект» (Россия), «Укрспецтоннельпроект» (Украина) и «Проектинжиниринг» (Израиль).

Следует отметить, что принятые к исполнению проектные решения не всегда являлись однозначными и требовали Современная автомагистраль беспрерывного движения «Дублера Курортного проспекта» обеспечивает связь города Сочи с горными районами. На трассе протяженностью 17 км располагается более 40 искусственных сооружений, в том числе 9 тоннелей.  тщательного анализа.

Например, в находящемся в 60 метрах от Мацестинского тоннеля тоннеле №1 «Дублера Курортного проспекта» израсходовано 2700 тонн арматуры вместо 600 тонн, уложенных в построенном при аналогичных условиях (но на 10 лет раньше) Мацестинском тоннеле, имеющим такое же поперечное сечение,  а протяженность на 7 % меньше. Вес арматуры в проекте, представленном  ОАО «Ленметрогипротранс», составлял 1200 тонн — то есть позволяло сэкономить 1500 тонн арматуры.

Во всех тоннелях «Дублера Курортного проспекта» при одинаковом габарите внутренний радиус постоянной обделки по проекту составляет 5,4 метра. В тоннеле №4 внутренний радиус 5,5 метра, что заставляло переделать 120-тонную опалубку на новый радиус.

Следует также отметить применение в рабочей документации заниженных данных физико-механических характеристик грунтов, полученных при инженерно-геологических изысканиях на стадии рабочей документации, что вызывало увеличенный расход строительных материалов.

Так, например, на тоннеле №4 в изыскательских отчетах на Южном портале находился аргиллит с коэффициентом крепости 0,5-0,7. При вскрытии забоя выработка высотой 5,5 метров целый месяц держала вертикальную грунтовую стену, пока возводилась стена крепления портала, что говорит о том, что коэффициент крепости в этом месте колебался от 2 до 5 и в дальнейшем был повсеместно повышен.

По рабочей проектной документации на тоннель №4 порядка  70% тоннельной обделки было расположено в зонах разлома, и она выполнена в усиленном варианте. Тем не менее, по данным опережающих геофизических исследований и условий проходки, таких разломов и в таких количествах обнаружено не было.

Такие же моменты имели место и в проектах технологической части. На тоннелях №3, 3а, 4, 4а, 5, 5а, длина которых колеблется от 660 до 695 метров, при одинаковом габарите, в одинаковых климатических условиях установлены вентиляторы количеством от 6 до 20 штук на тоннель с мощностью от 300 кВт до 540 кВт, что предоставляет определенные неудобства при эксплуатации разноименного оборудования и говорит о том, что адекватной методики расчета вентиляции при прочих равных условиях на момент проектирования не было.

Тендеры на строительство автомагистрали «Дублер Курортного проспекта» разыгрывались в три очереди.

В первую очередь входило три тоннеля:

• Двухполосный тоннель №1 длиной 1420 метров со штольней длиной 500 метров,
• Двухполосный тоннель №2 длиной 600 метров со штольней длиной около 900 метров,
• Однополосный тоннель №2а длиной 270 метров

Первый тендер был выигран благодаря снижению общей стоимости строительства более, чем на 20% и резкого снижения срока строительства, поэтому вся техническая и инженерная мысль подрядчика была направлена на  снижение вышеназванных показателей.

Курортный проспект — главная улица Сочи. Источник: fotojoin.ru

Тоннель №1

Используя накопленный при строительстве предыдущих тоннелей опыт, была принята и внедрена в жизнь программа по строительству тоннелей автомагистрали «Дублер Курортного проспекта», которая включала в себя следующие мероприятия:

1 .Отбор, закупка, внедрение в эксплуатацию высокопроизводительной горнопроходческой техники («Сандвик 720, 520» для калоттного профиля и «Сандвнк 360» для ядра и штросс с производительными параллельными шарошками), снабженной автоматизированными системами ведения работы комбайнов на базе лазерных тахеометров, набрызгбетонных машин с большой производительностью (30 куб. метров/час), доставочных и погрузочных машин и механизмов больших диапазонов и производительности.

2. Совместная работа «ЦНИИСа», лаборатории «ТО-44», лаборатории ДСД «Черноморье» по подбору четырех составов набрызгбетона с запрограммированными свойствами (быстрый набор прочности, увеличение прочности набрызгбетона во времени, соответствующий набору прочности бетона, малый отскок).

3. Осуществление горно-геологического прогноза на глубину 30-40 метров от лба забоя вглубь массива геофизическими методами: СШП-зондирования, электроразведки, сейсморазведки и акустического профилирования для определения параметров устойчивости, водообильности грунтового массива, наличия пустот, трещиноватости и разуплотнений, а также определение попикетной длины заходки при сооружении тоннельных конструкций.

4. Регулярный, строгий маркшейдерский контроль за деформациями возведенной первичной крепи как в автоматическом режиме, так и в ручном, до полной стабилизации деформаций, говорящий о том, что горное давление реализовано на 100%.

Известный несколько десятилетий и отработанный на строительстве во многих странах мира новоавстрийский метод проходки подземных выработок включает в себя разработку породы и возведение набрызгбетонной крепи, обеспечивающей хорошее примыкание сооруженной крепи к породному массиву, быстрый набор прочности тоннельной обделки со строгим соблюдением величин деформаций за возведенной обделкой. Причем при появлении деформаций, более допустимых для определенных инженерно-геологических условий, рассчитанных по математической модели, выполняется ряд мероприятий для усиления тоннельной обделки, в частности: сооружение анкерной крепи, увеличение армирования и толщины обделки и др.

Для обеспечения высоких скоростей строительства необходимо было внести изменения в обычную схему проходки новоавстрийским методом, так как только применение научных исследований, новейших строительных технологий и материалов позволило бы осуществить строительство в очень сжатые сроки.

Работа в этом направлении значительно ускорила проходку, сделала ее максимально безопасной и эффективной, а также снизила издержки на производство работ и расход материалов. Это позволило снизить сроки проведения горнопроходческих работ вновь возводимого тоннеля №1 в два раза по сравнению со сроками строительства существующего и эксплуатируемого уже 10 лет тоннеля.

Группа специалистов ОАО «Тоннельного отряда», «ЦНИИСа», «Сочитранстоннельпроекта», ДСД «Черноморье» разработала новый технологический процесс, позволяющий уверенно осуществлять проходку тоннелей за счет проведения в забое геофизических работ.

Этот технологический процесс позволяет:

• Заранее определять длину заходки при разработке грунта, исходя их параметров устойчивости горных пород вмещающего тоннель массива;
• Определять способы укрепления грунтов в призабойном пространстве;
• Определять методы и технологии разработки горной породы;
• Назначать типы крепи горной выработки.

Технологический процесс оформлен двумя патентами на полезную модель и внедрен при проходке тоннеля №1 первой очереди «Дублера Курортного проспекта» и получил новое название «Сочинский метод проходки горных выработок».

Тоннель дублер Курортного проспекта в г. Сочи. Источник: Источник: sochi-dor.ru

В основу «Сочинского метода проходки горных выработок» легли следующие принципы:

• Проведение безопасных — на откосе от лба забоя — скоростных проходческих работ высокопроизводительными комбайнами, оснащенными автоматическим ведением проходческих работ;
• Взаимодействие системы «горный массив – первичная обделка» с широким использованием набрызгбетонной крепи;
• Оптимизация формы выработки и первичной обделки для уменьшения опасных концентраций напряжений в породе;
• Проведение геологического мониторинга во время строительства.

Реализация этого метода в соответствии с патентом № 102963 «Технологический комплекс для сооружения тоннеля» осуществлялся следующим образом:

Геологи постоянно выполняли натурные зарисовки и обследование лобовой части забоя с забором проб грунта и исследованием их в лаборатории для уточнения физико-механических свойств грунтов, а также для сравнения с ранее проведенными геофизическими исследованиями.

Также геологами осуществлялся контроль проходки опасных зон (тектонических разломов), отслеживались близость дневной поверхности, водопритоки, места уширений и сбоек в тоннеле и своевременно оповещались горные участки о подходе к этим зонам согласно правилам безопасности при строительстве подземных сооружений.

Геофизики, используя натурные зарисовки, данные лаборатории, производили дополнительные изыскания для прогнозирования ситуации впереди забоя.

Для обеспечения безопасности проходки НИЦ «Тоннели и метрополитены» совместно со службой «Центр управления проходки» ОАО «Тоннельный отряд № 44» разработали «Проект наблюдательной станции», в котором изложена возможность автоматизированного (без присутствия человека) наблюдения за деформациями с использованием оборудования для автоматизированной работы горнопроходческого комбайна Sandvik.

Все выше перечисленные данные по геологии и геодезии постоянно в режиме реального времени поступали в «Центр управления проходки» (ЦУП).

Данные деформационного мониторинга обрабатывались в специальном программном комплексе Sochi_ton, который был специально разработан для Сочинского метода НИЦ «Тоннели и метрополитены» («ЦНИИС»). Данная программа позволяла систематизировать, хранить и, главное, анализировать данные о напряженно-деформированном состоянии за все время наблюдений, а также выдавать графики и тренды деформаций по осям за все время или в отдельные периоды и хранить все это в единой базе данных. Также в этой программе обрабатывались данные с датчиков напряжений, что позволяло более точно понимать характер деформаций в тоннеле.

Внедрение этих мероприятий позволило пройти все выработки общей длиной 2250 метров  практически без вывалов в рабочем режиме со скоростями проходки от 70 до 100 метров в месяц за два года, то есть в два раза быстрее, чем предыдущий, рядом расположенный тоннель

Хочется отметить и ряд неприятных моментов при проходке подземных выработок. В первую очередь, это водообильность при опережающей проходке штольни. На отдельных пикетах появлялась напорная вода, которую приходилось выпускать в тоннель до полного ее истечения в течение нескольких дней, что вызывало незапланированные остановки проходки.

Строительство тоннеля дублера Курортного проспекта в г. Сочи. Источник: sochi-dor.ru

Негативно на скорости проходки сказывалось нестабильное обеспечение электроснабжением объекта, что вызывало необходимость в срочном порядке закупать, агрегировать и вводить в эксплуатацию три дизельных электростанции мощностью 1МВт каждая.

При строительстве тоннеля были применены прогрессивные конструкции. Это в первую очередь  постоянная обделка полностью из набрызгбетона в 500-метровой штольне и 330-метровых сбойках в сейсмическом районе, позволяющая отказаться от дорогостоящей опалубки и произведения работ не в дискретном режиме (набор прочности бетона), а в постоянном режиме, применение набрызггидроизоляции на основе полимочевины, позволяющей при секундной полимеризации хорошо обрабатывать все сочленения различных поверхностей и плоскостей, особенно в местах устройства камер, ниш, сбоек, зон разломов с пилообразной в профиле шелыгой свода обделки.

Тоннель № 2

В проходке тоннеля и штольни особых трудностей не наблюдалось, за исключением работ по укреплению оползневых склонов из-за большого объема работ и вывала в районе врезки Северного портала. Этот вывал был спровоцирован неисправной канализацией, не отмеченной на генпланах и проходящей в непосредственной близости от шелыги свода тоннеля.

Из проектных решений совершенно непонятны размеры выработки штольни (высота 7 метров, ширина 4,6 метров  — практически это габариты железнодорожного тоннеля).

Тоннель № 2а

Однополосный тоннель с габаритом по проезжей части 7 метров, длиной 270 метров. При проходке негативно влияла верховодка, которая просачивалась по трещинам в массиве. Характеризуется большим объемом припортальных работ и сооружений, удерживающих оползневые массивы.

Тоннели № 3, 3а

Эти тоннели имеют двухполосный габарит с шириной по проезжей части 8,5 метров. Длина 660,8 метров и 683,5 метров соответственно. Проходка начиналась с Южного портала и проводилась в сторону Северного портала. В это время готовились достаточно большие противооползневые сооружения на Северном портале. К сожалению, на портальном участке тоннеля №3 оползневые проявления были заметны на склоне длиной 120 метров, ряд буронабивных свай попал в габариты подземных конструкций на несколько сантиметров, что заставило пробурить дополнительный ряд свай и oneреть на него контрфорсы от ползущей стены.

Источник: «Шаг в новый век: шестое десятилетие «Ленметрогипротранса», ISBN 978-5-94543-025-9

Тоннели № 4, 4а

Эти тоннели имеют двухполосный габарит с шириной по проезжей части 8, 5 метров. Длина 668,4 метров и 669,4 метров соответственно.

Проходка началась с Северных порталов с отставлением лба забоя на 80-100 метров одного тоннеля по отношению к другому, параллельно расположенному. После подготовки противооползневых сооружений на Южном портале началась встречная проходка обоих тоннелей с некоторым отставанием забоев.

Недалеко от Южного портала произошло обрушение обделки. Дело в том, что подрядчик на протяжении нескольких десятков метров не соорудил полностью набрызгбетонную обделку первичной крепи. Свод был выполнен по проекту, а расширенная пята свода была не пробетонирована, и весь вод держался на арматурных стержнях, опертых на породу. Арматура вдавливалась в аргиллит, свод начал проседать и потерял устойчивость.

Тоннели №5,5а

Эти тоннели имеют также двухполосный габарит с шириной по проезжей части 8,5 метров. Длина 670,5 метров и 695,7 метров соответственно.

Проходка началась с Южного портала. Здесь была сделана та же ошибка, что и на тоннеле №4. Вместо сооружения пят свода толщиной 750 мм были выполнены пяты толщиной 250 мм, в результате чего свод получил повышенные деформации, а металлические арки начало скручивать.

Чтобы ликвидировать эту ситуацию, пришлось подводить по две металлические стойки из труб большого диаметра под уцелевшие двутавры и вновь nepeбирать обделку. Это сделано для того, чтобы уменьшить пролет арки и, как следствие, уменьшить внутренние усилия в несущих конструкциях обделки. После переборки обделки и выполнения всех проектных работ временные стойки были сняты.

Проходка тоннеля осложнялась наличием массовых захоронений над тоннелем и наличием мемориального комплекса над шелыгой свода.

Тоннели № 6, 6а и тоннели № 7, 7а

Эти тоннели имеют также двухполосный габарит с шириной по проезжей части 8,5 метра.

Тоннели проходили уступным способом: сначала калоттный профиль ориентировочной площадью 50 кв. метров, а затем с отставанием около 100 метров проходили ядро, затем боковые штроссы с нанесением послойно набрызгбетонной смеси толщиной 350 мм.

Определенные сложности испытывались в основном только на участках врезки.

Тоннели № 8, 8а

Проходка проводилась методом «Адеко» на полное сечение.

Чтобы обеспечить устойчивость лба забоя при проходке на полное сечение, бурились скважины в своде и по всему сечению. В эти скважины вставляли пустотелые анкера из стеклово­локнистых материалов, в которые нагнетали укрепляющий раствор, увеличивая несущую способность грунтового массива. После этого подгонялась опалубка, про­водились изоляционные, арматурные работы и бетонировалась обделка на полное сечение.

Несмотря на привлекательность такого способа работ — получение готовой обдел­ки после каждой заходки, — этот метод имеет ряд недостатков. Во-первых, стоимость сооружения этим методом гораздо выше, чем традиционными. Скорость соору­жения тоннеля не более 45 метров в месяц, что тоже намного ниже традиционных. В самом забое при разработке породы создается атмосфера, сплошь начиненная стекловолокном, от которой не спасает ни вентиляция, ни специальная одежда, ни респираторы. Кроме того, грунт, «зараженный» стекловолокном, вывозили на свалку недалеко от центра курортного города.

Определенные трудности были и при врезке тоннелей в грунтовый массив, а в районе входа вентиляционного тоннеля организовался вывал почти до поверх­ности в районе бензоколонки.

Тоннель дублер Курортного проспекта. Источник: sochi-dor.ru

В этой статье хотелось показать, какие действия приводят к аварийным ситуа­циям и как избежать или, по крайней мере, минимизировать риски при опасных, иной раз непредсказуемых горнопроходческих работах при строительстве подзем­ных сооружений. Хочется в заключение отметить тот факт, что только совместные усилия научных учреждений, проектных организаций, предприятий заказчика и подрядчика могут продвигать и создавать передовые технологии и современные конструкции.

ленметрогипротранс, тоннели, транспортная инфраструктура