Строительство автодорожных и городских тоннелей

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ - БАКАЛАВРИАТ


серия основана в 1 996 г.








                СТРОИТЕЛЬСТВО
                АВТОДОРОЖНЫХ И ГОРОДСКИХ ТОННЕЛЕЙ





        УЧЕБНИК



        Под редакцией проф. Л.В. Маковского



               Допущено УМО вузов РФ по образованию в области железнодорожного транспорта и транспортного строительства в качестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Автомобильные дороги и аэродромы» направления подготовки «Транспортное строительство» и «Строительство уникальных зданий и сооружений» (специализация «Строительство автомагистралей, аэродромов и специальных сооружений»)


    znanium.com


Москва РИОР ИНФРА-М

   ФЗ    Издание не подлежит маркировке   
№ 436-ФЗ в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

    УДК 624.19(075.8)
    ББК 38.78я73
        С86

       Рецензенты:
        д-р техн. наук, профессор Меркин В.Е. (НИЦ «Тоннели и метрополитены» Тоннельной ассоциации России);
        Кафедра оснований, фундаментов и подземных сооружений Московского государственного национального исследовательского строительного университета (МГСУ)


        Авторский коллектив:
        Маковский Л.В., канд. техн. наук, профессор — общее редактирование; предисловие; гл. 3, п. 3.1; гл. 4, п. 4.1; гл. 5, п. 5.4; гл. 7, п. 7.1, 7.2; гл. 8, п. 8.1; гл. 10, пп. 10.1, 10.2, 10.3; заключение;
        Щеекудов Е.В., канд. техн. наук, доцент — гл. 2, п. 2.4; гл. 3, пп. 3.2, 3.3, 3.4, 3.5; гл. 4, пп. 4.2, 4.3;
        Петрова Е.Н., канд. техн. наук, доцент — гл. 2, пп. 2.1, 2.2, 2.3, 2.5, 2.6;
        Кравченко В.В., канд. техн. наук, доцент — гл. 8, п. 8.4; гл. 9, пп. 9.1, 9.2, 9.3;
        Зиборов М.А., канд. техн. наук, доцент — гл. 6, пп. 6,1, 6.3, 6.4; гл. 8, пп. 8,2, 8.3;
        Сула Н.А., ст. преподаватель — гл. 1, пп. 1.1, 1.2, 1.3, 1.4; гл. 5, пп. 5.1, 5.2, 5,3; гл. 6, п. 6.2



         С86 Строительство автодорожных и городских тоннелей : учебник / под ред. проф. Л.В. Маковского. — Москва : РИОР : ИНФРА-М, 2022. — 397 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI: https://doi.org/10.12737/2147
                  ISBN 978-5-369-01331-1 (РИОР)
                  ISBN 978-5-16-009560-8 (ИНФРА-М, print)
                  ISBN 978-5-16-100794-5 (ИНФРА-М, online)
                  Приведены сведения по организации и технологии строительства автодорожных и городских тоннелей. Рассмотрены закрытые, открытые, опускные и специальные способы производства тоннелестроительных работ в разнообразных инженерно-геологических и градостроительных условиях. Отражены вопросы ограничения деформаций грунтового массива и дан анализ аварийных ситуаций при строительстве тоннелей. Приведены примеры из практики мирового тоннелестроения.
                  Для студентов вузов, обучающихся по строительным специальностям и направлениям подготовки.
                                                                       УДК 624.19(075.8)
                                                                       ББК 38.78я73
        ISBN 978-5-369-01331-1 (РИОР)
        ISBN 978-5-16-009560-8 (ИНФРА-М, print)
        ISBN 978-5-16-100794-5 (ИНФРА-М, online)                     © Коллектив авторов


Оригинал-макет подготовлен в Издательском Центре РИОР

Подписано в печать 26.11.2021.
Формат 60x90/8. Бумага офсетная. Гарнитура Newton.
Печать офсетная. Усл. печ. л. 49,63. Уч.-изд. л. 26,53.
Доп. тираж 20 экз. Цена свободная.
ТК 264600 - 1854580 - 261121
ООО «Издательский Центр РИОР» 127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В.
Тел.: (495) 280-38-67. Факс: (495) 280-36-29.
E-mail: info@riorp.ru https://riorpub.com
ООО «Научно-издательский центр ИНФРА-М» 127282, Москва, ул. Полярная, д. 31В, стр. 1.
Тел.: (495) 280-15-96. Факс: (495) 280-36-29.
E-mail: books@infra-m.ru http://www.infra-m.ru

        ПРЕДИСЛОВИЕ

   В последние десятилетия происходит интенсивное развитие транспортного тоннелестроения, обусловленное расширением сети магистральных дорог, увеличением объемов пассажирских и грузовых перевозок, дальнейшим совершенствованием транспортной инфраструктуры.
   В настоящее время в Европе эксплуатируются более 10 тыс. км транспортных тоннелей, причем только за последние 15 лет их протяженность увеличилась на 2 тыс. км.
   Аналогичная картина имеет место и для стран Юго-Восточной Азии, где с 1990 г. построено 2350 км тоннелей, для Северной и Южной Америки. Сегодня в мире реализуются около 650 проектов крупных тоннельных сооружений, причем годовые капиталовложения достигли уровня 40 млрд долл. США (без Японии).
   Среди крупнейших горных автодорожных тоннелей, построенных за последние годы, можно выделить тоннель Лаердал длиной 24,5 км в Норвегии, два параллельных тоннеля длиной по 19,6 км через Тю-рингский лес в Германии, два параллельных тоннеля Хида длиной по 10,75 км между городами Нагоя и Тоями в Японии.
   Наиболее крупные подводные автодорожные тоннели построены под Токийской бухтой в Японии (два параллельных тоннеля длиной по 10 кми диаметром 14,14 м), под р. Эльбой в Германии (длина тоннеля 3,1 км, диаметр 14,2 м), тоннель Бэмлафиорд в Норвегии (7,9 км), тоннель Вестершельде длина (тоннеля 6,6 км и диаметр 11,33 м) в Нидерландах.
   К крупнейшим городским тоннелям можно отнести подземную сеть Central Artery общей протяженностью 11,3 км в г. Бостоне (США), два тоннеля длиной 10 и 7,5 км и диаметром 11,75 м на автомагистрали А86 в г. Париже (Франция), тоннели между аэропортами в г. Нью-Йорке (США).
   В нашей стране за последние годы построены горные автодорожные тоннели на Кавказе (Краснополянский длиной 2,5 км, Мацестин-ский длиной 1,31 км, Шаумяновский длиной 1,4 км) и др.
   В связи с зимней Олимпиадой в г. Сочи выполнены крупномасштабные работы по строительству многочисленных транспортных тоннелей, среди которых 6 тоннельных комплексов, включающих три автодорожных тоннеля общей протяженностью около 7 км на трассе «Адлер — горноклиматический курорт «Альпина-Сервис» и 9 тоннелей общей протяженностью более 7 кмна обходе г. Сочи.
   Крупные городские автотранспортные тоннели построены в Москве (Кутузовская развязка из 6 тоннелей общей длиной 0,9 км, Лефортовские тоннели глубокого и мелкого заложения длиной соответственно 3,2 и 2,5 км, двухъярусный Серебряноборский тоннель

3

длиной 2,5 км для пропуска автомобилей в верхнем ярусе и поездов метрополитена — в нижнем). Многочисленные автотранспортные тоннели строятся и проектируются в Москве, Санкт-Петербурге и других крупных городах России.
    В последнее время достигнут значительный прогресс в науке и технике тоннелестроения. Ежегодно на основе результатов научных исследований появляются новые конструктивные и технологические решения, внедряются более совершенные механизмы и оборудование, развиваются прогрессивные приемы и методы ведения тоннелестроительных работ. Многие достижения в области тоннельного строительства становятся возможными вследствие использования наукоемких инновационных технологий в сочетании с использованием компьютерной техники, автоматизированных систем управления технологическими процессами.
    Благодаря прогрессивным информационным технологиям создается единая база для инженерных решений при проектировании тоннелей на конкретных строительных площадках в любом регионе, в различных топографических, градостроительных и инженерно-геологических условиях. Наиболее эффективные решения и новации быстро становятся достоянием специалистов многих стран и реализуются на практике.
    Таким образом, тоннелестроение становится наукоемкой индустриальной отраслью и характеризуется все более широким применением инновационных и адаптивных технологий на основе прогрессивных экономичных конструкций и высокопроизводительных автоматизированных тоннелепроходческих комплексов, современных строительных материалов, рациональных методов организации работ, обеспечивающих высокие темпы строительства при соблюдении технической и экологической безопасности.
    Учебник включает 10 глав, содержание которых отражает весь спектр современного автодорожного тоннелестроения: организация и управление строительством, технология строительства тоннелей закрытым (горный, щитовой, продавливание), открытыми и полуоткрытыми, опускными и специальными способами, а также проблемы ограничения осадок поверхности земли и анализ аварийных ситуаций при строительстве тоннелей.
    Учебник соответствует программе обучения студентов специальности «Строительство уникальных зданий и сооружений» направления «Строительство», профиль (специализация) «Строительство автомагистралей, аэродромов и специальных сооружений», дисциплина «Строительство автодорожных и городских тоннелей».
    В соответствии с требованиями Федерального Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специалисты должны обладать знаниями, компетенциями и навыками

4

в области строительства сложных инженерных сооружений, к которым относятся автодорожные и городские тоннели.
    Учебник составлен на основе анализа и обобщения современного мирового опыта строительства автодорожных и городских тоннелей с учетом действующих нормативных документов и многолетнего опыта преподавания соответствующей дисциплины в Московском автомобильно-дорожном государственном техническом университете.
    Авторы выражают признательность за ценные советы и рекомендации, сделанные при рецензировании рукописи учебника, доктору технических наук, профессору В.Е. Меркину (Мосинжпроект) и доктору технических наук профессору кафедры Основания, фундаменты и подземные сооружения Московского государственного строительного университета М.Г. Зерцалову.
    За помощь в редактировании и подготовке к печати учебника авторы благодарны профессору В.В. Космину.

        ГЛАВА 1. ОРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВОМ ТОННЕЛЕЙ

    1.1. ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА ТОННЕЛЕЙ

   Перед началом строительства тоннеля инвестор, осуществляющий финансирование проектирования и строительства объекта, проводит предпроектную подготовку, в ходе которой разрабатывается обоснование размещения сооружения и инвестиций в его строительство, а также готовится исходно-разрешительная документация. Результатом предпроектной подготовки является система правовых актов, определяющих заказчика строительства и условия проведения инвестиционно-строительной деятельности. Заказчиком выступает юридическое лицо, уполномоченное инвестором осуществлять реализацию инвестиционно-строительных объектов.
   Основным проектным документом на строительство объекта является, как правило, технико-экономическое обоснование или проектная документация (стадия П), содержащая основные архитектурнотехнологические решения и сметную стоимость строительства. Все проектные решения должны отвечать инженерным, технологическим, экономическим, противопожарным, экологическим, санитарногигиеническим, архитектурно-художественным и иным требованиям, предъявляемым заказчиком в соответствии с действующими нормативными документами и техническими условиями. На основании утвержденной заказчиком проектной документации разрабатывается рабочая документация (стадия Р), необходимая для выполнения строительно-монтажных работ.
   Ответственность за выполнение комплекса проектных и изыскательских работ по объекту на основании договора (контракта) с заказчиком лежит на генеральном проектировщике, в качестве которого могут выступать проектные, проектно-изыскательские и проектностроительные организации. Выбор исполнителя проектных работ, обеспечивающего лучшие условия исполнения контракта, осуществляется заказчиком на основе и по результатам конкурса или тендера. Факторами, которые влияют на выбор генерального проектировщика, могут быть, к примеру, надежность компании, опыт работы, участие в аналогичных проектах, процент снижения стоимости проекта от утвержденной стоимости, процент снижения продолжительности проектирования.
   В обязанность генерального проектировщика согласно контракту входит не только подготовка проектной документации, но и согласование проекта со всеми заинтересованными организациями, а также проведение экспертизы проектно-сметной документации. На отдель

6

ные виды проектных работ генеральный проектировщик может привлекать субподрядные проектные организации.
    Проектные работы выполняются на основании задания на проектирование, полученного от заказчика. Кроме того, заказчик должен передать генеральному проектировщику технические условия на проектирование объекта от эксплуатирующей организации, а также технические условия на присоединение проектируемого объекта к источникам снабжения, инженерным сетям и коммуникациям.
    При проектировании особо сложных и уникальных сооружений заказчиком совместно с соответствующими научно-исследовательскими и специализированными организациями разрабатываются специальные технические условия, отражающие специфику их проектирования, строительства и эксплуатации.
    Проектная документация согласно Постановлению Правительства РФ от 16.02.2008 г. № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию» включает следующие разделы.
    • Раздел 1. Пояснительная записка.
    • Раздел 2. Проект полосы отвода.
    • Раздел 3. Технологические и конструктивные решения линейного объекта. Искусственные сооружения.
    • Раздел 4. Здания, строения и сооружения, входящие в инфраструктуру линейного объекта.
    • Раздел 5. Проект организации строительства.
    • Раздел 6. Проект организации работ по сносу (демонтажу) линейного объекта.
    • Раздел 7. Мероприятия по охране окружающей среды;
    • Раздел 8. Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности.
    • Раздел 9. Смета на строительство.
    Проектная документация состоит из текстовой и графической частей. Текстовая часть содержит сведения в отношении объекта строительства, описание принятых технических и иных решений, пояснения, ссылки на нормативные и технические документы, используемые при подготовке проектной документации, и результаты расчетов, обосновывающие принятые решения. Графическая часть отображает принятые технические и иные решения и выполняется в виде чертежей, схем, планов и других документов в графической форме.
    После получения положительного заключения экспертизы и утверждения заказчиком проектной документации проводятся подрядные торги для выбора генерального подрядчика строительства объекта на конкурсной основе. В торгах участвуют организатор торгов, конкурсная комиссия, претенденты, а иногда — специалисты и наблюдатели. Организатором торгов обычно выступает инвестор или заказчик. Он принимает решение о проведении торгов, назначает

7

ответственное лицо и конкурсную комиссию, утверждает конкурсную документацию, публикует извещение о проведении торгов. Претендентом может являться любая подрядная организация, решившая принять участие в торгах и имеющая лицензию на выполнение соответствующих видов работ. Торги считаются состоявшимися, если в них участвуют не менее двух претендентов. После оглашения результатов торгов победитель имеет право на заключение контракта с заказчиком на условиях, изложенных им в оферте (предложении заключения договора), составленной в соответствии с тендерной документацией.
    Генеральный подрядчик по условиям контракта является исполнителем строительно-монтажных работ, которые он может выполнять своими силами либо силами субподрядных организаций. В случае привлечения на отдельные виды работ субподрядных организаций генеральный подрядчик обязан производить координацию всех работ, выполняемых субподрядчиками, осуществлять контроль и надзор за соответствием объемов, стоимости и качества работ, а также следить за сроками их выполнения в соответствии с графиком производства работ.
    Для возможности осуществления строительно-монтажных работ заказчик передает генеральному подрядчику утвержденную рабочую документацию. Рабочая документация содержит все проектные решения в более детальном по сравнению с проектной документацией исполнении, достаточном для выполнения строительно-монтажных работ. В состав рабочей документации входят архитектурно-строительные и технологические чертежи разных марок с деталировкой, конструктивными узлами, спецификациями, объемами основных работ.
    В состав проектно-сметной документации, передаваемой генеральному подрядчику, входит проект организации строительства (ПОС), выполняемый проектной организацией на основе требований действующих норм и технических условий, с учетом передового опыта строительства аналогичных объектов и конкретных условий строительства. При разработке ПОС учитывают местные условия строительства: наличие индустриальной базы, возможность использования того или иного парка строительных машин и оборудования, рельеф местности, стесненность участка строительства, интенсивность автомобильного движения, наличие подземных коммуникаций и др. В проекте предусматривают меры по обеспечению минимального стеснения городской территории, охране окружающей среды, а также условий безопасного ведения работ.
    В состав ПОС входят: пояснительная записка, генеральный план организации строительства; ситуационный план участка строительства с указанием расположения всех необходимых объектов, улиц и дорог, зданий и сооружений; схемы строительных площадок; этапы

8

проведения строительных работ; технологические схемы возведения тоннельного сооружения; таблицы объемов основных работ; таблицы потребности в основных строительных машинах и оборудовании, график производства работ (рис. 1.1).
    На основании ПОС строительная организация разрабатывает проект производства работ (ППР), учитывающий уточненные местные условия, наличие машин, механизмов и оборудования, схемы производства работ и т.п. В ППР включают: технологические схемы выполнения строительно-монтажных работ; таблицы с показателями, характеризующими затраты труда и материалов; календарный план производства работ; график работы основных строительных машин и механизмов; график поступления строительных материалов и оборудования.
    При разработке ПОС и ППР руководствуются необходимостью достижения наивысшей производительности труда, обеспечения быстрейшего ввода в эксплуатацию данного объекта, нередко требуемого заказчиком, при высоком качестве выполнения работ. Это возможно только при высокой степени индустриализации, комплексной механизации и автоматизации основных технологических процессов при четкой организации всех видов работ.
    Одной из наиболее прогрессивных форм организации работ при строительстве крупных тоннельных сооружений является поточный метод, предусматривающий последовательное возведение отдельных элементов сооружения при непрерывном и равномерном выполнении установленных объемов работ. При этом требуются тщательная предварительная инженерная подготовка территории строительства, обеспечение максимального фронта работ, оперативность производственного аппарата и материально-технической базы. Технологический поток организуется на строительстве в целом, а также на отдельных его участках. Специализированные строительные подразделения, бригады, звенья включаются в работу последовательно в соответствии с видом выполняемых технологических операций, что обеспечивает совмещение во времени тоннелепроходческих, монтажных и отделочных работ. Применение поточного метода позволяет обеспечить полное завершение строительно-монтажных работ на отдельных участках в установленные сроки за счет более четкой специализации строительных подразделений, эффективного использования материальнотехнических ресурсов и капитальных вложений, повышения производительности труда.
    Система планирования и управления строительством со стороны генерального подрядчика должна быть направлена на повышение технико-экономических показателей строительства, степени механизации и автоматизации строительных процессов, безопасности производимых работ, а также улучшения условий труда рабочих и инженерно
9

ОБЩАЯ ДЛИЛ ТОННЕЛЯ

Рис. 1.1. Календарный график строительства тоннеля:
ПР — подготовительный этап; ОС — освоение стройплощадки; ОК— устройство ограждающих конструкций котлована;
РК — разработка грунта и крепление стен котлована; СЛ— сооружение лотка; СС — сооружение стен;
СП — сооружение перекрытия; ОЗ — обратная засыпка конструкции песком;
ДО — устройство дорожной одежды в тоннеле; ОР — отделочные работы