|
восстановление |
Восстановление с помощью UHPFRC | |
|
Длительность работ |
3 месяца |
1 месяц |
|
Количество материалов |
12 тыс. материалов |
12 м3 UHPFRC |
|
Срок службы |
30 лет |
Более чем в 2 раза дольше |
Многочисленные лабораторные испытания различных по составу UHPFRC и композитных материалов проводились с 1999 года в рамках европейского проекта SAMARIS[44] (информация об основных результатах проекта приведена в электронном архиве материалов конференции). Шесть успешных опытов по применению этого материала были проведены в Швейцарии в гг. на автомобильных мостах и промышленных зданиях.
В проекте SAMARIS использовалось два состава UHPFRC. Состав СМ0 армирован (усилен) стальными волокнами одинакового размера длиной 10 мм в соотношении 50 (an aspect ratio). Соотношение воды и вяжущих – 0,140, цемент 1051 кг/м3.
Состав СМ23 имел больше вяжущих (цемент 1473 кг/м3) и более низкое соотношение воды и вяжущих (0,125). Он был усилен с помощью смеси стальных волокон (длина 10 мм, соотношение 50) и микроволокнами (стальное волокно). Может выдерживать наклон основания в 2,5%.
Можно улучшать материалы UHPFRC добавляя в них местные локальные компоненты. В рамках проекта Словацкого национального института гражданского строительства использовались также составы СМ24, СМ27, СМ29 со словацкими компонентами, показавшими высокие защитные свойства по сравнению с составом СМ23, использовавшимся в проекте SAMARIS. Сравнение защитных свойств UHPFRC материалов приведено в Таблице 9.
Таблица 9
Защитные свойства UHPFRC
|
материал |
Воздухопроницаемость [10-16 m2] |
Коэффициент адсорбции капиллярной влаги (Capillary water absorption coefficient) [g/m2.h0.5] |
|
Обычный бетон |
2 |
1200 |
|
Улучшенный бетон |
0,03 |
400 |
|
СМ23 (базовый) |
0,003 |
45 (по данным EPFL[45]) |
|
СМ24 |
0,008 |
53 (по данным EPFL) |
|
СМ27 |
Нет данных |
23 (по данным ZAG[46]) |
|
СМ29 |
Нет данных |
23 (по данным ZAG) |
Системы мониторинга мостов и мостовых конструкций
1)& Мониторинг состояния мостов с помощью лазера
Технологии, которые позволяют отслеживать состояние мостов и мостовых структур бесконтактным способом, весьма полезны. К их числу относится полномасштабный оптический измерительный метод. Лазерная измерительная система оптических координат (OCMS) с обратной связью и смещением частоты (FSF лазер, frequency shifted feedback laser, все вместе FSF-OCMS) позволяет производить измерения объектов бесконтактно и в динамике.
Метод FSF-OCMS был первоначально разработан в университете Tohoku, основан на технологии высокоточного оптического измерения. Система также использует пару высокоэффективных электродвигателей, которые позволяют делать изменения с помощью тщательного управления лазерным лучом. Базовая схема FSF лазера приведена на рисунке в Приложении 3. FSF-OCMS состоит и трех частей: секции источника света, секции обработки сигнала и секции показа. Секции обработки сигнала и показа составляют единое целое (см. рисунок в Приложении 3)Перечень объектов строительства, на которых можно проводить измерительные операции с помощью FSF лазера, очень широк: мосты, туннели, речные конструкции, такие как дамбы и защитные покрытия, а также многие другие. Широко используются измерительные методы, при которых сенсор касается измеряемого объекта, а также тестовые технологии для измерения поверхности и внутренних элементов структуры, при которых тестирование производится без нанесения разрушений объектам. Сенсорные технологии позволяют получить весьма точные данные.
Требования к измерениям в строительной индустрии несомненно ниже, чем в некоторых других отраслях. Если при расстоянии (L) до объекта в 100 м точность измерения (S) составляет 0,1 мм, то требуемая точность (S/L) составляет 10-6. Измерительные технологии в области строительства, помимо обеспечения требуемой точности, также должны позволять измерять объекты бесконтактно, с небольшими интервалами времени. Этого позволяют добиться технологии оптического измерения и они имеют большие перспективы. Полномасштабная технология оптического измерения может быть определена как «технология, которая позволяет использовать оптические характеристики для получения двух - и трехмерной информации о требуемом объекте».
Метод оптического измерения имеет следующие преимущества перед сенсорными методами измерения:
1.& Измерение может быть произведено дистанционно и бесконтактным способом. Нет необходимости возводить временные леса или прокладывать кабель для сенсоров.
2.& Информация с множества точек может быть получена крайне быстро, соответственно понизив стоимость измерения в отдельной точке.
3.& Полученные данные могут быть представлены в форме двух - и трехмерного графического изображения высокой четкости. Двух - и трехмерные измерения могут быть сделаны в течение меньших интервалов времени и конвертированы в двух - и трехмерные графические изображения высокой четкости[47].
Технология оптического измерения находится на одном уровне или даже превосходит технологии сенсорного измерения и другие методы измерения без нанесения разрушений объектам.
Чтобы проверить применимость технологии для мониторинга состояния мостов и мостовых конструкций, были проведены испытания для измерения перемещений (displacement measurement) на длительных расстояниях, а также измерения естественных отклонений (natural deflections) мостов в процессе эксплуатации.
.
Был проведен ряд экспериментов для сравнения данных FSF-OCMS и тахеометра (total station, TS)[48]. Параметры тахеометра приведены в таблице в Приложении 3. Объектом измерения стала отражательная призма. Результаты лазера FSF-OCMS и тахеометра хорошо согласуются друг с другом. Данные измерения дают картину нормального распределения со средней µ=2,0 мм и стандартным отклонением σ =0,19 мм, даже на расстоянии в 500 м. Такие результаты показывают, что FSF лазер способен измерять перемещения очень точно, вне зависимости от расстояния. FSF лазер значительно превосходит другие методы по уровню точности (показатель S/L составляет 3,9x10-7) с расстояния в 500 м, что значительно превосходит требования к измерительным технологиям в строительной сфере. Более того, данные измерений с разрешением 400 точек в секунду показали такой же уровень точности.
Также был проведен эксперимент с балочным мостом (girder bridge) и балочным мостом со сквозными фермами (truss bridge), которые являются частью моста Аса в районе Хирошима в Японии. Длина и высота пролета балочного моста составляла 23 м и 5,7 м соответственно, балочного моста со сквозными фермами – 73,8 м и 7,0 м соответственно (см. изображение мостов в Приложении 3).
FSF-OCMS был установлен на грунте, непосредственно перед балочным мостом. Высокочувствительный измеритель перемещений контактного типа была размещен в нижней части моста. Данные перемещений были взяты 20 раз в течение 5 минут и оказались идентичны данным измерителя перемещений.
Тем же способом, что и в описанном выше эксперименте, были измерены показатели естественных отклонений мостов в процессе эксплуатации. Результаты, полученные с помощью FSF-OCMS, совпадают с данными измерителя перемещений. Это даказывает, что FSF-OCMS способен измерять бесконтактным способом отклонения балок мостов во время их использования с высокой степенью точности. Более подробные результаты измерений приведены в электронном архиве материалов конференции.
2.7. ТУННЕЛЛЕСТРОЕНИЕ
2.7.1. Оценка значимости направления
Вопросы объектов туннелестроения обсуждались на 1 мероприятии[49] дорожной индустрии. Совокупное число докладов, посвящённых вопросам качества и технологий укладки дорожной одежды - 51.
1.& International Conference Underground Construction Prague 2010 Transport and City Tunnels / Подземные сооружения Прага. Международная конференция
Вопросы туннелестроения обсуждалась в 51 докладе из 64, представленных на конференции.
2.7.2. Ключевые вопросы, обсуждаемые международным профессиональным сообществом
Тема автомобильного туннелестроения стала главной на специализированном мероприятии - International Conference Underground Construction Prague 2010 Transport and City Tunnels / Подземные сооружения Прага. Транспортный и городские туннели. В третьем квартале 2010 года наиболее обсуждаемыми стали следующие вопросы:
-& Технологии туннелестроения и реконструкции туннелей (туннелепроходческие комплексы, новый австрийский метод прокладки туннелей, облицовочные материалы, новое оборудование для бурения).
-& Проектирование туннелей (новые задачи в области проектирования туннелей, новые методы проектирования и проч.).
-& Безопасность в туннелях (новаторство и традиционные подходы к безопасности, оценка рисков, анализ последствий стихийных бедствий, вентиляционная система).
-& Геотехнические исследования при строительстве туннелей (современные исследования, измерения деформации туннелей).
Ниже представлено краткое описание наиболее перспективных разработок в этих областях.
Технологии туннелестроения, реконструкции туннелей
1)& Проектирование и строительство гидроизоляционного защитного покрытия туннелей посредством напыления на многослойные конструкции с торкретбетоном[50]
Метод гидроизоляции подземных сооружений методом торкретирования совместно с применением гидроизоляционных мембран разработан и внедрен в последние 10 лет. Основная идея этого метода заключается в сочетании гидроизоляции и бетонного торкретирования. Создается сравнительно тонкая и водонепроницаемая мембрана, которая совместима с покрытием распыленного бетона. Этот метод может быть экономически эффективной альтернативой традиционной гидроизоляции туннелей в случаях, когда традиционные методы сталкиваются с определенными трудностями или ограничениями. В течение последних лет были выполнены несколько успешных проектов с использованием данного метода, что свидетельствует о его рентабельности и технической универсальности. В этих проектах применялись гидроизоляционные системы Masterseal® 345, разработанные компанией "BASF".
Технические характеристики
Техническое решение для гидроизоляции туннелей состоит в распылении прочной водонепроницаемой мембраны, которая наносится внутри двух слоев распыленного бетона образуя своего рода сэндвич. Мембрана имеет двустороннее сцепление и отличные характеристики сцепления с бетонными поверхностями. Чтобы быть водонепроницаемой она должна иметь толщину минимум 2 мм. Сила натяжения должна быть значительной (мембрана очень эластична). При правильном применении метода обычно достигается сила сцепления свыше 1 МПа, а на гладкой монолитно-бетонной поверхности - свыше 2 МПа.
Преимущество метода состоит в том, что появление возможных трещин в мембране не приводит к потере гидроизоляции, так как их расположение редко совпадают с месторасположением трещин в бетоне. Кроме того, двустороннее сцепление гидроизоляционной мембраны с бетонными и набрызг-бетонными поверхностями обеспечивает создание монолитной и единой структуры с отличными водонепроницаемыми характеристиками. Благодаря этому новая методика успешно вытесняет используемую старую технологию применения полимерных листовых мембран[51].
Прочность и долговечность композитных покрытий выше, чем химическая прочность материала мембраны, именно поэтому имеет смысл применять мембрану внутри слоев торкрет-бетона.
Как единая структура с прочным сцеплением, мембрана обеспечивает отличные характеристики гидроизоляции подземным конструкциям и предотвращает возможность образования каналов для миграции воды в местах соприкосновения мембраны с бетонными конструкциями. Свойства гидроизоляционной защитной мембраны с торкретбетоном смотри на рисунке 1 в Приложении 3.
Водонепроницаемая мембрана совместно с торкретбетоном применяется в конструкциях двух типов:
·& в полностью осушенном грунте туннеля, в котором только часть периметра туннеля водонепроницаема;
·& в неосушенном грунте туннеля, в котором гидроизоляция покрывает полностью периметр туннеля. В этом случае конструкция туннеля будет подвергаться статическому давлению грунтовых вод.
Эти две основные категории туннелей показаны на рисунках 2, 3 в Приложении 3.
2)& Опыт реконструкции автодорожного туннеля Шекки (Ливан)
Автодорожный двухтрубный туннель Шекки расположен в северной части Ливана и был построен в 1977 году[52]. Две трубы имеют длину 360 м и 390 м, отделка выполнена из монолитного бетона без применения гидроизоляционной мембраны. Общая толщина труб примерно 90 см. Обе трубы имеют по три полосы движения.
На стенах туннеля стали заметны трещины вдоль строительных швов, а также структурные трещины в бетоне. Обе трубы туннеля нуждаются в ремонте. Основная причина заключается в воздействии воды на строительные швы и отделку туннельных стен. Кроме того необходим капитальный ремонт туннеля из-за возникших со временем деформаций в структуре стен. Как выглядел туннель Шекки до ремонтных работ, показано на рисунке 4 в Приложении 3.
Техническое решение
Проект реконструкции туннеля предусматривал напыление нового слоя бетона без устранения существующих старых слоев. Планировалось, что новая отделка туннеля будет состоять из армированного монолитного бетона с листовой мембраной и дренажем. Общая толщина этой новой структуры - 25 см. Это приведет к значительному сокращению ширины туннеля.
Подрядчику ремонтных работ туннеля было известно несколько последних примеров успешного применения гидроизоляционных мембран, которые в сочетании с торкретбетоном делают туннель водонепроницаемым. С помощью этой альтернативной методики при реконструкции туннеля возможно достичь нужного результата при значительно меньшей толщине, чем это позволяют традиционные решения.
Как отмечалось ранее, существуют два принципиально разных варианта использования данной технологии – для туннелей в полностью осушенном грунте и для туннелей в неосушенном грунте. Оба эти варианта были реализованы в нескольких проектах ряда стран.
При применении данного технического решения в реконструкции туннеля Шекки было необходимо учесть:
·& Уровень грунтовых вод был ниже уровня туннеля.
·& Грунт вокруг туннеля должен быть полностью осушен.
Существующая железобетонная конструкция туннеля в целом была в хорошем состоянии. Основные дефекты, требующие ремонта, были расположены в местах строительных швов, плюс существовали структурные трещины в некоторых местах отделки. В целом было заметно общее ухудшения бетонной поверхности. Существовала возможность использования старого бетонного покрытия. При этом было необходимо сохранить как можно больше внутренней ширины туннеля.
Подрядчик предложил альтернативные технические решения:
·& Ремонт структурных трещин в существующих железобетонных конструкциях с инъекциями полимерной смолы.
·& Ремонт швов с помощью гидроизоляционной мембраны и торкретбетона.
·& Очистка поверхности существующих железобетонных конструкций для удаления пыли, сажи, и другой грязи, а также бетонных осколков.
·& Применение гидроизоляционных мембран с двусторонним сцеплением с минимальной толщиной 2 мм.
·& Применение внутреннего слоя торкретбетона с минимальной толщиной 4 см.
·& Применение подходящей эстетической отделки для внутренней поверхности туннеля.
Предложенное техническое решение значительного экономило время ремонта и могло быть реализовано с сохранением ширины всех трех полос движения. При этом ожидалось некоторое снижение стоимости строительства. Подробная информация о первоначальной (А) и альтернативной (B) схеме реконструкции туннеля показана на рисунке 5 и 6 в Приложении 3.
При реконструкции важно было учитывать расположение строительных швов. Предложенная мембрана с двусторонним сцеплением является механически неразрывной структурой. Строительные швы обычно подвергаются деформации в течение срока службы туннеля, деформация может составлять до 5 мм в год. Таким образом. данную деформацию необходимо было учитывать при ремонте туннеля для обеспечения его гидроизоляции и долговечности.
Применение метода
Гидроизоляционные мембраны, которые были применены в этом проекте, - Masterseal®345, поставляемые фирмой BASF. Masterseal®345 – наносимая методом распыления мембрана для гидроизоляции бетонных конструкций. Это светло-коричневый порошок, который наносится на поверхность при помощи машины для сухого метода торкретирования вместе со следующим дополнительным оборудованием:
•& Ротором на 12 круглых отверстий высотой 90 мм.
•& Роторной основой, соединение на 90 мм.
•& Роторным коллектором для грязи, соединение на 90 мм.
•& Распылительным соплом диаметром 32 мм (коническая пластиковая насадка) с водным кольцом минимум на 16 отверстий (рекомендуется водное кольцо на 18 отверстий).
•& Распылительным шлангом диаметром на 32 мм.
Химическое затвердевание происходит в промежутке от 4 до 6 часов с момента нанесения мембраны на поверхность (в зависимости от условий окружающей среды), что является достаточным для нанесения последующего конструктивного слоя торкретбетона, тем самым не прерывается сложившийся цикл строительных работ.
Гидроизоляционная мембрана серии Masterseal®345 может наноситься на мокрые и увлажненные поверхности (исключение - активные водные течи).
При ремонте туннеля Шекки были сделаны небольшие модификации к торкрет-машине, чтобы снизить производительность и получить точную дозировку воды (толщина мембраны была не более 2-3 мм). Было применено механико-автоматизированное распыление бетона и порошка для создания мембраны. Аналогично данный метод применялся для строительства подводного туннеля Nordoy, в котором около 18000 м2 туннельного поверхности создавались водонепроницаемыми (2007 год). Система распыления, выбранная для того проекта, была поставляемая компанией «Meyco Equipment» (Швейцария).
Для распыления гидроизоляционных мембран использовали современную роботизированную машину, предназначеннную для автоматического распыления торкретбетона с очень точной толщиной слоя. Особенности этой машины заключаются в сканировании стен и постоянной скорости напыления, что сделало ее подходящей для распыления гидроизоляционных мембран.
Сканирование поверхности происходило с помощью лазерного сканера, определяющего подробную геометрию поверхности. Сканер находился перед распылительным соплом. Изначально оператором определялся угол для сканирования, затем сканер фиксировал геометрию поверхности с заданной плотностью сканирования. В последнем случае использовались плотность 20 см2. Затем, используя записанную информацию по отсканированной области, давалась команда на распыление слоя определенной толщины с учетом известной геометрии. После сканирования машина оставалась в том же самом месте до завершения работы по распылению в этой области. В рассмотренном случае можно было создать распыление на длину 4,2 м за один шаг.
Распыление производилось автоматически, однако подача воздуха, воды и регулировка скорости насоса производилась вручную. Определенная скорость и направление движения сопла позволили для любой точки отсканированной области получить одинаковую толщину мембраны. Эти параметры были определены заранее с целью оптимизации механизированной части работ.
При каждом новом шаге роботизированной машины оператору достаточно было изменить в настройках уровень подачи воздуха, количества воды (для достижения нужной пропорции) и скорости распыления. Опытные операторы за смену успевали делать покрытие м2 туннеля.
Процесс распыления слоя гидроизоляционной мембраны и слоя торкретбетона показан на рисунке 7 в Приложении 3. Поверхность туннеля Шекки после нанесения торкретбетона приведена на рисунке 8 в Приложении 3.
Ниже приведены основные показатели выполнения ремонтных работ.
Таблица 10
Основные показатели выполнения ремонтных работ туннеля Шекки (2008 г.)
Протяженность туннелей ......................................................................................360 и 390 м
Общая площадь ремонтных работ.........................................м2
Скорость нанесения гидроизоляционных мембран (средняя, максимальная)…..150 м2/ч, 180 м2/ч
Скорость нанесения торкретбетона (4 см толщиной, средняя, максимальная)м2/ч, 110 м2/ч
Длительность работ по нанесению гидроизоляционных мембран............12 рабочих дней
Длительность работ по нанесению торкретбетона…………………………22 рабочих дня
1 рабочий день (смена)……..........................................................................10 часов
Поверхность туннеля после применения распыленного торкретбетона была серой с небольшими шероховатостями, которые имели размер 4-6 мм. Рассматривались разные варианты финальной отделки стен, в том числе распыление мелкозернистого покрытия.
Опыт использования
Использование современных технологий распыленного торкретбетона совместно с гидроизоляционными мембранами имело немало преимуществ. Практика использования распыленного торкретбетона совместно с гидроизоляционными мембранами приводятся ниже в таблице 11.
Таблица 11
Опыт в использовании гидроизоляционных мембран Masterseal®345
|
Проект |
Время строительных работ |
Стоимость строительных работ |
Преимущества |
|
Метрополитен Лозанны (Швецария) |
На 3 месяца меньше, чем планировалось изначально с применением листовых полимерных мембран |
Дешевле на 1500 € за погонный метр туннеля |
Меньше времени на строительство, меньше технических рисков, нет необходимости снижения уровня грунтовых вод |
|
Автодорожный туннель Шекки |
На 6 недель меньшеиз 4-х месяцев запланированных заранее на реконструкцию туннеля с применением листовых мембран |
Значительно дешевле |
Меньше времени на реконструкцию, сохранение внутренней ширины туннеля, все три полосы движения были сохранены после реконструкции |
3)& Современные автодорожные туннели в индийских Гималаях[53]
Автомобильная дорога от индийского штата Джамму до штата Шринагар расположена в довольно сложном ландшафте индийских гор Гималаи. Решение о строительстве туннелей для четырех полосной трассы NH – 1A было принято как часть плана развития инфраструктуры Индии.
География
Автомобильная дорога от индийского штата Джамму до штата Шринагар проложена по крутым склонам гималайских предгорий через области вероятных оползней и ведет к центральной долине Кашмира. Часть трассы возле города Удхампур имеет высоту 1000 м над уровнем моря и проходит через долину реки Тави до гребня Патнитоп высотой 2030 м и далее до города Банихала (см. рисунки 9-10 Приложения 3).
Трасса была в проекте еще в 1914 году, и тогда предполагалось однополосное движение. В апреле 1954 года трасса приобрела государственное значение и стала называться шоссе NH-1A. В том же году был запланирован туннель Джавахарлал Неру, протяженностью 2500 м. В пятидесятые и шестидесятые года дорога постоянно достраивалась до ее полной реконструкции в двухполосную трассу.
Значительный коммерческий бум в Индии в последние десятилетия влияет и на требования к транспортной инфраструктуре страны. Решение о строительстве четырехполосной трассы NH – 1A (проходящей через всю Индию с юга на север) было принято как часть плана развития инфраструктуры в стране.
Компания D2 Consult стала консультантом данного проекта и разрабатывала предложения по расположению возможных туннелей, а также по их проектированию. Проект, предложенный компанией D2 Consult, состоял из 7 коротких туннелей (протяженностью до 1 км.) на участке Удхампур – Банихал (66 – 188 км. трассы). Эти туннели - одни из первых современных автодорожных туннелей в Индии.
К сожалению, в Индии нет разработанных стандартов для проектирования и строительства автодорожных туннелей. Поэтому регулярные разъяснения и обоснования проектируемых решений стали неотъемлемой частью работы компании D2 Consult. Однако преимуществом являлась значительная свобода действий и связанная с ними ответственность. Проектировщик участвовал в разработке решений для строительства автодорожных туннелей, повлияющих на туннелестроение Индии в долгосрочной перспективе.
Описание проекта
Основными целями проекта было увеличение пропускной способности трассы и увеличение безопасности движения. Разделение полос с противоположным движением увеличивает безопасность, именно поэтому проект предполагал четырехполосную трассу (по 2 полосы в каждом направлении) с предполагаемой средней скоростью движения 50 км/час (индийские стандарты для горных дорог).
Вся трасса была поделена на три части. Первая часть (штат Джамму - Удхампур) - не предполагала прокладку туннелей. Вторая часть (Удхампур – Банихал) включала в себя восемь туннелей (проекты компании D2 Consult). Третья часть (Банихал - Шринагар) включала в себя два туннеля.
Вторая часть всей трассы NH-1A в свою очередь разделена на 5 подчастей. Первая не предполагала наличие туннеля. Вторая включала туннель Патнитоп[54] (в настоящее время самый протяженный автодорожный туннель в Юго-Восточной Азии). Третья и пятая части должны были содержать по одному туннелю в каждой из них; а в четвертой части должно было сосредоточено пять туннелей. Таким образом, всего 7 коротких туннелей различной протяженности. Кратчайший имеет протяженность 195 м, самый длинный туннель Шандекот - 888 м. Туннели были спроектированы в районах, где трасса упирается в горные хребты и где строительство подпорных стен или эстакады не представляется возможным.
Трасса проходила через два вида горных пород. На южной стороне трассы преобладают осадочные породы. В центральной части и на севере в основном сконцентрированы вулканические и метаморфические горные породы. Осадочные породы состоят из средне-нижнего миоцена. Это в основном темно-красный, пурпурный и серый песчаники, алевролиты, сланец. Метаморфические горные породы образованы эоценом (сланцев, содержащих углерод, известняки, кварциты). Туннель Шандекот проходит через образование из чередующихся слоев осадочных пород (глины, песчаников и алевролитов) в области южного портала. Это геология также характерна и для туннеля Пантитоп.
Проектирование коротких туннелей
Все туннели были спроектированы для двухполосного одностороннего движения. Механическое и электрическое оборудование для проходки туннелей соответствовало их конструкции. На первом этапе в туннелях будет установлено только основное оборудование, необходимое для поддержания движения, со временем планируется необходимая модернизация.
Таблица 12
Список всех коротких туннелей (трасса NH-1A, второй участок от г.Удхампур до г. Банихал, Индия).
|
Туннель |
Направление |
Протяженность, м |
|
Туннель Шандекот (137 км трассы) |
На север |
888 |
|
Туннель на 146 км трассы |
На север |
585 |
|
Туннель на 154 км трассы |
На юг |
322,5 |
|
Туннель на 155 км трассы |
На юг |
195 |
|
Туннель на 166 км трассы |
На юг |
619 |
|
Туннель на 167 км трассы |
На юг |
870 |
|
Туннель Рамсу 171 км трассы |
На юг |
385 |
При проектировании возникла задача анализа и выработки последующих стандартов и требований к оборудованию туннелей в соответствии с местными условиями и стандартами. Модернизация трассы и разделение противоположных направлений движения означала существенное улучшение безопасности дорожного движения. Пять из семи новых туннелей были сконструированы в направлении с севера на юг (от Банихала к Удхампуру), два других туннеля должны работать в противоположном направлении (от Удхампура к Банихалу).
Прокладка и крепление туннелей
Значительные инженерно-геологические и геотехнические исследования завершились инженерно-геологической и строительной экспертизой, уточнением технических предписаний и типовых условий конструирования, назначением размеров туннелей в качестве заданий для рабочего проектирования и организации тендера.
Проходка и крепление туннелей совершались исходя из состояния индийского туннелестроения, промышленного уровня страны и имеющейся информации о горно-геологических условиях местности. Исследование местности с помощью бурения шло в соответствии с изначальным планом и было завершено после сдачи тендерной документации (см. рисунок 11 в Приложении 3). Технологии, которые применялись для прокладки туннелей, различались в зависимости от типа грунта, что помогло эффективнее использовать выделенные средства. Для коротких туннелей были применены три основных класса прокладки :
Класс А - для крепкой горной породы (торкретбетон толщиной - 150 мм, один слой стальной сетки, 3-х метровые анкеры).
Класс B - для полукрепкой горной породы (торкретбетон толщиной - 200 мм, два слоя стальной сетки, 4-х метровые анкеры, в случае необходимости также использовались дополнительные забивные крепи и дополнительное торкретирование).
Класс C - для экструзивных горных пород (торкретбетон толщиной - 300 мм, два слоя стальной сетки, 6-ти и 8-ми метровые анкеры, забивные крепи, в случае необходимости - дополнительные закрепляющие клинья, см. рисунок 12 в Приложении 3).
Площадь сечения туннелей колебалась от 83 м2 до 101 м2. Работы по прокладке туннелей были разделены в зависимости от класса работ. Первоначальное разделение было сделано в соответствии с доступной информацией. Далее проект корректировался в соответствии с данными исследования местности. Вся работа была построена на постоянном взаимодействии между заказчиком и представителем подрядчика, в результате которой принимались решения о геотехнических классификациях пород, строительных работах, технологиях самой проходки.
Водонепроницаемая отделка туннеля
Внутренний диаметр туннеля, определяемый заказчиком, являлся решающим фактором для определения сечения и был темой длительных дискуссий. Заказчик настаивал на варианте туннеля для сверхтяжелых грузовиков. После дебатов, наконец, была определена ширина 7,5 м и высота 5 м, минимальная ширина проезжей части - 10 м. (рисунок 13 в Приложении 3). Для всех коротких туннелей было предложено одинаковое сечение.
Листовая гидроизоляционная мембрана была предусмотрена только в районе свода туннеля. Продольные дренажные трубы толщиной 200 мм были расположены позади опор. Проходка туннеля открытым способом предназначалась для области южного портала туннеля Шандекот (длиной 25 м). Внутренняя геометрия сечения в рамках такой проходки не менялась.
Толщина свода составила 700 мм, обратного свода - 800 мм. Внешний край обратного свода расположился на уровне 2,9 м ниже уровня дороги. Две закрытые траншеи расположены по сторонам от проезжей части и предназначались для размещения электрических кабелей и противопожарного трубопровода.
Вентиляция
Изначально предполагалась продольная или естественная система вентиляции коротких туннелей. Транспортный поток через туннели двигался только в одном направлении. Позже расчеты по вентилированию туннелей подтвердили отсутствие необходимости искусственной вентиляции. В дальнейшем, на основании реальных потребностей и требований времени, в туннелях будет устанавливаться нужное дополнительное оборудование.
В проекте также предполагались ниши для вызова службы экстренной помощи и размещения противопожарного оборудования. Все ниши конструировались как совмещенные друг с другом. Такие ниши предназначались только для туннелей протяженностью от 500 м и располагались каждые 300 м. Очистные люки располагались с осевым расстоянием максимум 60 м.
Заключение
Европейский опыт туннелестроения и применяемые в Европе решения, скорее всего, станут стандартом для Национальной Дорожной Ассоциации Индии (участник проекта по строительству национальных дорог). Четырехполосная трасса из Джамму в Шринагар - один из крупнейших проектов по строительству туннелей в Индии по объему строительных работ. Постепенный ввод в эксплуатацию новых туннелей позволит значительно увеличить мощность и безопасность трассы NH 1A на всей территории штата Кашмир, а также лучшей доступности к долине Кашмира.
2.8. ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ
2.8.1. Оценка значимости направления
Вопросы экологии обсуждались на 5 мероприятиях[55] дорожной индустрии. Совокупное число докладов, посвящённых теме экологически устойчивого развития - 72.
1.& Kuhmo Nectar Conference on Transport Economics 2010 and Summer School / Конференция и летняя школа по транспортной экономике – 2010
Тема экологически устойчивого развития дорожной индустрии обсуждалась в 8 из 99 докладов мероприятия.
2.& Fifth International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management (IABMAS 2010) / Пятая Международная конференция по обслуживанию, управлению и обеспечению безопасности мостов
Тема экологии обсуждалась в 7 из 501 доклада конференции.
3.& The 11th International Conference on Asphalt Pavements (ICAP) /11-я Международная Конференция по асфальтовым дорожным покрытиям
Вопросы экологии рассматривались в 9 из 291 доклада конференции.
4.& Preserving Our Highway Infrastructure Assets / Сохраняя нашу дорожную инфраструктуру. Ежегодный семинар по вопросам сохранения дорожного покрытия
Тема экологии затрагивалась в 1 из 18 презентаций мероприятия.
5.& GeoShanghai 2010 / ГеоШанхай 2010
Вопросам экологии было посвящено 47 из 370 докладов мероприятия.
2.8.2. Ключевые вопросы, обсуждаемые международным профессиональным сообществом
Вопросы экологии затрагивались на указанных выше международных мероприятиях в следующих аспектах:
-& Меры по поддержанию экологического баланса (геоэкологическое проектирование, укрепление грунтов при строительстве дорожных одежд).
-& Экологически чистые строительные материалы (в контексте строительства мостов и дорожных одежд);
-& Выбросы в атмосферу (загруженность дорог и выбросы в атмосферу, проблема потепления климата, энергетическая политика).
Вопросы экологии имеют важное значение, однако в силу специфики мероприятий они рассматриваются именно в контексте материалов и технологий строительства дорожной инфраструктуры. Поэтому вопросы экологии освещены при рассмотрении основных вопросов, в частности, в разделе 2.2.2.
Меры по поддержанию экологического баланса
1)& Исследование выброса углекислого газа при дорожно-строительных работах, произведенных методом рециклинга[56]
В данном исследовании анализируются уровни выброса CO2 при рециклинге дорожных материалов в трех случаях:
1) переработка с использованием стандартной заводской техники,
2) переработка с помощью специальных рециклеров,
3) рециклинг на месте проведения ремонтных работ.
Поскольку глобальное потепление и другие проблемы охраны окружающей среды привлекли серьезное внимание общественности, большое развитие получили технологии, наносящие минимальный вред экологии. Рециклинг[57] считается именно такой технологией и долгое время успешно применяется в дорожном строительстве в Японии. В настоящее время в стране 99% дорожных материалов проходят рециклинг, с помощью которого производятся регенерированные асфальтобетонные смеси (РАС, Reclaimed Asphalt Pavement – RAP).
Методами рециклинга в Японии являются заводской метод переработки и рециклинг на месте проведения ремонтных работ. Заводской рециклинг используется чаще. Эти методы широко распространены. Тем не менее, применительно к определению влияния на глобальное потепление и в части выделения CO2, эффективность этих методов еще не полностью изучена. Выброс CO2 в ходе рециклинга ранее изучался, однако не были подробно изучены детали и условия методов переработки, равно как не была оценена экологическая нагрузка полного цикла производства, включая производство материалов, транспортировку, ремонтные работы и вывоз отходов. Данное исследование представляет результаты исследований оценки объема выброса CO2 при рециклинге дорожных материалов.
Схема и условия испытаний
При ремонте дорожной одежды использовался метод cut-and-overlay (сними и положи заново), который обычно используется в заводском рециклинге. Другой метод – in-place (на месте), предусматривает переработку дорожного материала прямо на месте ремонтных работ. Были проведены испытания, чтобы сравнить эти методы, например, использовалась стандартная заводская техника, а также специальные рециклеры, изменялись нормы переработки, использовалась транспортировка рециклеров к месту ремонтных работ и прочее.
Был исследован полный цикл от производства материалов до вывоза отходов, проанализированы объем строительных материалов, количество использованной техники, расход топлива. Предполагаемые единицы были помножены на объемы экологической нагрузки, чтобы получить количество выброса CO2. Размеры экологических нагрузок для каждого вида деятельности были взяты из научных источников и данных исследований или по оценкам производителей.
Стадии дорожных работ, на каждой из которой оценивался выброс углекислого газа, были следующими:
1) производство дорожных материалов,
2) транспортировка дорожных материалов,
3) ремонт и строительство,
4) вывоз отходов.
Производство дорожных материалов включает процесс от приобретения до обработки сырья. Вывоз отходов производился на завод для последующей переработки и дальнейшего использования.
C учетом существующих условий в Японии, расстояние транспортировки материалов было установлено в размере 100 км для битума, 60 км - для каменного материала, и 20 км - для асфальтобетона. Эти расстояния могли меняться в зависимости от региона. Как показано в Таблице 13, оценки проводились для методов ремонт «переработка на заводе» и «на месте» в следующих трех тестах:
Тест 1: метод «переработка на заводе» с использованием стандартной техники для переработки ;
Тест 2: метод «переработка на заводе» с использованием специальных рециклеров;
Тест 3: метод «на месте»,переработка на месте проведения ремонтных работ.
Таблица 13
|
Тесты |
Тест 1 |
Тест 2 |
Тест 3 |
|
Метод переработки |
Стандартная техника (контрольный тест) |
Рециклинг на заводе |
Рециклинг на месте |
|
Метод «переработка на заводе» |
Метод «на месте» | ||
|
Толщина слоя переработки |
Старый слой вырезался вглубь на 3 см. и новый слой накладывался толщиной 5 см. | ||
|
Норма переработки |
0% |
60% |
60% |
Ремонтные работы проводились на двухполосном шоссе с шириной полосы движения 3,25 м, длинной в 200 м (рабочая область 1300 м2). Существующий слой вырезался вглубь на 3 см и новый слой укладывался толщиной 5 см.
Объем строительных материалов, количество используемых дорожно-строительной техники, расход топлива были вычислены, исходя из оценки масштаба строительных работ и принятых в Японии стандартов, помогающих правительству и другим государственным структурам производить оценку стоимости строительства дорог в стране (Таблица 14 и Таблица 15).
Таблица 14
Спецификация материалов
|
Название |
Спецификация |
|
Асфальтобетон |
2.35 т/м3 плотность, 0.07% норма потерь, 5.5% содержание битума (такой же % и для старой дорожной одежды) и 2.7 т/м3 щебня. |
|
Битумная эмульсия |
1.26 л/ м2, и 14% местного восстановления (для старой дорожной одежды) |
Таблица 15
Дорожно-строительная техника и расход топлива
|
Дорожно-строительная техника |
Тип топлива |
Норма расхода |
|
Холодные фрезы |
Дизель |
0.132 л/м2 |
|
Асфальтоукладчик |
Дизель |
0.019 – 0.053 л/м2 |
|
Дорожный каток |
Дизель |
0.015 – 0.030 л/ м2 |
|
Пневмокаток |
Дизель |
0.018 – 0.036 л/ м2 |
|
Виброкаток |
Дизель |
0.031 л/ м2 |
|
Разогреватель асфальтобетона |
Керосин |
0.8 – 0.16 л/ м2 |
|
LPG |
1.000 кг/ м2 | |
|
Рециклер |
Дизель |
0.065 л/ м2 |
|
Мусоровоз (2 – 25 т) |
Дизель |
4.90 – 19.72 л/h |
Нормы расхода топлива были вычислены на основании объема работ, выполненного за день.
Основные единицы экологических нагрузок ремонтно-строительных работ были определены заранее. Для этого использовались уже существующие показатели в базах данных, которые были получены суммированием (смотри Таблицу 16).
Таблица 16
Основные единицы экологической нагрузки
|
Единица |
Выброс CO2, в кг | |
|
Электроэнергия |
кВТ |
4.00E - 01 |
|
Бензин |
л |
2.47E + 00 |
|
Дизель |
л |
2.69E + 00 |
|
Битум |
кг |
2.48E - 01 |
|
Каменный материал (стандартная заводская техника) |
т |
9.05E - 01 |
|
Рециклер |
т |
4.28E + 00 |
|
Производство асфальтобетона |
т |
2.62E + 01 |
|
Рециклинг асфальтобетона |
т |
2.89E + 01 |
|
Битумная эмульсия |
кг |
1.60E - 01 |
|
Вода Соляная кислота Поверхностно-активное вещество |
м3 кг кг |
1.00E - 01 1.08E + 00 1.03E + 00 |
Результаты
Результаты показали, что самый большой во всех трех тестах выброс CO2 был на этапе производства дорожных материалов, особенно в Тестах 1 и 2 (приблизительно 70 % от общего количества). На этапе транспортировки дорожных материалов, выброс CO2 в Тесте 2 составлял 60% от объема выбросов в Тесте 1. На этом же этапе выброс CO2 уменьшился, т. к. использование рециклеров вместо стандартной заводской техники уменьшало расстояние транспортировки. Пункт отправления транспортировки был изменен от карьеров до места ремонтных работ. В Тесте 3 выброс CO2 во время ремонтных работ был больше, даже при том, что вывоз отходов не требовался и транспортировка дорожных материалов была меньше, чем в Тестах 1 и 2 (см. рисунок в Приложении 3).
Таблица 17
Оценка экологической нагрузки
|
Стадия работ |
Тест 1 |
Тест 2 |
Тест 3 | |
|
Производство дорожных материалов |
6.67E + 03 |
6.08E + 03 |
2.62E + 03 | |
|
Транспортировка дорожных материалов |
3.19E + 03 |
1.73E + 03 |
1.29E + 03 | |
|
Ремонт |
Транспортировка техники к месту ремонтных работ |
2.66E + 02 |
2.66E + 02 |
2.68E + 02 |
|
Ремонтные работы |
8.08E + 02 |
8.08E + 02 |
4.59E + 03 | |
|
Переработка отходов |
Транспортировка отходов |
3.52E + 02 |
3.52E + 02 |
0.00E + 00 |
|
Всего |
1.13E + 04 |
9.24E + 03 |
8.77E + 03 |
Сравнение использования стандартной заводской техники и рециклеров (метод «переработка на заводе»)
Объем выброса CO2 сравнивался в Тесте 1, в котором использовалась стандартная заводская техника для переработки и в Тесте 2, где применялся специальный рециклер.
Поскольку процесс работы в Тесте 1 и 2, начиная со стадии строительства (ремонтные работы и транспортировка техники) до стадии вывоза отходов, - идентичный, то и объем выброса CO2 тоже одинаковый в этих двух случаях. Соответственно сравнивался объем выброса CO2 со стадии производства дорожных материалов до стадии транспортировки дорожных материалов. Стадия производства включает производство битума, асфальтобетона, битумной эмульсии и работу техники. Результаты показали, что производство битума и асфальтобетона имеет наибольший объем выброса CO2 (см. рисунок в Приложении 3).
Основные оценки экологических нагрузок показаны в Таблице 17. Выброс углекислого газа при работе рециклеров больше, чем при работе стандартной заводской техники. Кроме того, рециклинг асфальтобетона имеет больший показатель выброса, чем обычное производство асфальтобетона. Таким образом, выбросы CO2 при использовании специальных рециклеров больше, чем при использовании стандартных заводских агрегатов. Фактически, выброс CO2 во время производства асфальтобетона в Тесте 2 был больше, чем в Тесте 1. Тем не менее, общий выброс CO2 во время производства дорожных материалов был меньше, потому что снижение выброса в производстве битума в итоге превзошло увеличение упомянутых выше выбросов CO2. Кроме того, общий выброс CO2 в Тесте 2 был меньше, чем в Тесте 1, благодаря сокращению расстояния транспортировки материалов.
Выброс CO2 при различной норме переработки
Тест 2. Первоначально норма переработки была 60% и далее оценивался выброс при норме в 40% (общенациональное среднее) и при норме в 80%,прогнозируя, что в будущем норма переработки, вероятно, увеличится (рисунок в Приложении 3).
Выброс CO2 при работе техники постепенно увеличивается с ростом нормы переработки. При производстве битума и при транспортировке материалов выброс, напротив, значительно падает. Что касается техники, то выброс CO2 незначительно увеличилсяпри использовании стандартной техники вместо рециклеров. Уменьшение выброса CO2 при производстве битума стало результатом уменьшения объема производства битума (т. к. норма переработки выросла). С другой стороны, уменьшение выброса CO2 во время транспортировки дорожных материалов происходило из-за уменьшения расхода топлива грузовыми транспортными средствами (транспортировка техники и битума). Следовательно, общий уровень выброса CO2 снизился.
Сравнение методов рециклинга: «переработка на заводе» и « на месте»
Количество выделений углекислого газа оценивалось как небольшое для метода «на месте» (Тест 3). Однако выброс углекислого газа при проведении ремонтных работ был значительно выше по сравнению с методом «переработка на заводе» в Тесте 1 и 2. Это происходит, потому что в методе «на месте» процессы нагревания и смешивание старых дорожных одежд проделаны прямо на территории ремонтных работ. Эти два метода сложно сравнить по выбросу газа, поскольку работа рециклеров и производство асфальтобетона включены в стадию производства дорожных материалов в случае метода «переработка на заводе», в то время как это включено в стадию ремонтных работ в случае метода «на месте».
Поэтому выброс газа оценивался суммарно на этих двух стадиях. В результате различие между методами в выбросе углекислого газа уменьшилось (в случае метода «на месте» оно больше). Это происходит из-за огромного расхода топлива, используемого для разогревателя асфальтобетона в методе «на месте». Однако экологическая нагрузка метода «на месте» меньше, потому что этот метод практически не требует вывоза отходов (только очень небольшого количества), таким образом, уменьшая общий выброс углекислого газа.
Выводы
Результаты показали, что суммарный выброс CO2 меньше при использовании рециклеров, нежели при использовании стандартной заводской техники и значительно меньше в случае переработки на месте. Тем не менее, выделение CO2 иногда увеличивается, в случае транспортировки рециклеров к месту ремонтных работ на большие расстояния (. Таким образом, методы переработки должны быть выбраны с учетом экологической нагрузки.
Проблемы, требующие дальнейшего исследования
При проведении данного исследования учитывались не все детали. В дальнейшем следует обратить внимание на следующие моменты:
1) Экологическая нагрузка существенна при производстве самих рециклеров. Это не было учтено в данном исследовании, но должно быть рассмотрено в будущих исследованиях.
2) Долговечность дорожной одежды может различаться в зависимости от использованных материалов, методов ремонтных работ и т. п. Таким образом, выброс CO2 должен быть оценен с учетом срока использования дорожной одежды.
3) Динамика изменения выброса CO2 при использовании энергосберегающих технологий во время производства дорожных материалов. Например, при применении технологии теплых асфальтобетонных смесей, которая, как известно, уменьшает выброс CO2 (за счет снижения расхода топлива, используемого для нагревания).
2.9. ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫЕ СРЕДСТВА В ДОРОЖНОЙ ОТРАСЛИ
2.9.1. Оценка значимости направления
Вопросы высокотехнологичного оборудования обсуждались на 2 мероприятиях[58] дорожной индустрии. Совокупное число докладов - 2:
1.& 2. 4rd Road Safety PIN Conference / 4я Конференция по безопасности на дорогах
Вопросам оборудования и программного обеспечения было посвящена 1 презентация из 13, сделанных на мероприятии.
2.& Fifth International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management (IABMAS 2010) / Пятая Международная конференция по обслуживанию, управлению и обеспечению безопасности мостов
Высокотехнологичные средства обсуждались в 1 из 501 доклада мероприятия.
2.9.2. Ключевые вопросы, обсуждаемые международным профессиональным сообществом
В третьем квартале 2010 года на международных мероприятиях рассматривались следующие вопросы, связанные с высокотехнологичным оборудованием и программным обеспечением:
-& Высокотехнологичное оборудование для проведения мониторинга состояния мостов;
-& Программное обеспечение для обеспечения безопасности на дорогах (в рамках проекта eCall (Emergency Call) – система экстренного вызова в автомобиле).
Информация об оборудовании и программном обеспечении приведена в соответствующих разделах отчета.
3. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВКЛЮЧЕНИЯ В ПЛАНЫ НИОКР, ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ, ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ
По результатам анализа плана научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Федерального дорожного агентства на гг. и с учётом изучения новых технологий в области дорожного хозяйства, предложенных к обсуждению на международных конференциях, семинарах и выставках в третьем квартале 2010 года, представляется целесообразным рекомендовать в качестве дополнительных тем исследований следующие:
|
№ п/п
НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?
Реклама
Реклама на сайте, общая информация Контент-маркетинг Поддержите проект! Copyright © 2009-2026 Pandia. Все права защищены. Мнение редакции может не совпадать с мнениями авторов. Автоответчик: +7 495 7950139 228504 Написать письмо: [email protected] 
❮
❯
|