В этой публикации рассмотрим способы снижения гидравлического давления на торкрет-бетонное покрытие с применением дренажной сети.
История торкретирования берёт начало с патента Карла Э. Эйкли в 1911 году и сегодня представляет собой проверенный способ нанесения бетонных слоёв с различными видами арматуры и волокон. Но несмотря на всю технологичность и эффективность метода торкретирования, существует одна значительная проблема, характерная для строительства подземных сооружений и подпорных стенок: наличие свободной и капиллярной воды в трещинах горных пород и непородистых оснований, оказывающей влияние на стабильность конструкции в период строительства и дальнейшей эксплуатации. Одним из важнейших факторов при проектировании туннелей остаётся борьба с гидравлическим давлением воды, проявляющимся как на железобетонных покрытиях, выполненных методом торкретирования, так и на традиционных монолитных конструкциях.
Проблематика гидравлического давления
Проникающая через трещины в породах вода может серьёзно осложнить процесс формирования первоначального слоя торкрет-бетона. Образование полостей в массе породы или водоносных почв во время прокладки туннеля создаёт преграды для естественного оттока воды, что повышает уровень гидростатического давления на отдельные участки покрытия туннеля.
Такой вид давления приводит к тому, что вода под воздействием силы тяжести пробирается сквозь микроскопические трещины и дефекты в бетоне, каплями оседая на поездах, автомобилях и других компонентах туннеля (см. рис. 1a). Особенно опасно появление капель на дорогах, где они способны создать опасность для водителей — в зимнее время образуются льдинки на асфальте или сосульки, падающие с потолка (см. рис. 1b). Повышенная влажность в толще бетона также провоцирует его деформацию и разрушение вследствие многократных циклов заморозки-разморозки.
В худших случаях сильное давление воды вкупе с ошибками проектирования или низким качеством строительства способно привести к аварийным ситуациям вплоть до обвала подземных конструкций в процессе постройки или эксплуатации (см. рис. 1с). Текущие ремонты повреждённых участков туннелей оказываются весьма трудоёмкими, дорогими и сопряжёнными с большими издержками.
Полноценный ремонт повреждённого туннеля требует закрытия транспортной артерии, тщательного обследования всей протяжённости повреждения и длительного периода восстановления. Часто процедура восстановления включает целый ряд операций: нанесение дополнительных слоёв торкрет-бетона, укрепление новыми анкерными элементами и инъекционную обработку дефектов.
Правильно спланированная схема отвода внешней водяной нагрузки позволяет провести ремонтные работы быстрее и безопаснее, сократив длительность остановки туннеля.
Новый подход к управлению водой в подземном строительстве
Одной из ключевых технических предпосылок для качественного применения торкрет-бетона в строительстве подземных удерживающих конструкций является отсутствие на рабочей поверхности следов просочившейся воды. Если вероятность появления потоков воды высока, необходимо предусмотреть эффективные способы удаления воды, позволяющие качественно наносить предусмотренный слой торкрет-бетона. Важным инструментом для этого является организация правильного дренажа, позволяющего выводить влагу подальше от обрабатываемых поверхностей.
Поскольку подавляющее число туннельных покрытий подвергается воздействию давления грунтовых вод, необходимым условием является грамотное управление этими источниками. Здесь полезным оказывается размещение за торкрет-покрытием или спрейевым мембранным покрытием особой дренажной сети (IDMS), состоящей из интегрированных элементов. Одним из примеров подобного устройства является изобретённая датским производителем система «Dolenco Drain» (см. рис. 3). Она представляет собой специальный патентуемый модуль для отвода воды из туннелей, который предотвращает скопление воды и связанного с ним гидростатического давления за стеной туннеля. Размеры одного модуля составляют 800×1200×14 мм, при этом производительность каждой секции достигает 8 тыс. литров воды в час на каждые три фута длины стены. Сам модуль выполнен из полиэтилена низкого или высокого давления (LDPE/HDPE), который обладает свойствами полной перерабатываемости и нулевого углеродного следа. Такие модули обладают рядом важных преимуществ: простота установки, продолжительный срок службы и низкие требования к сервисному обслуживанию. Срок эксплуатации системы в обычных условиях рассчитан на сто двадцать лет. Разработчики постоянно совершенствуют материал, уделяя особое внимание защите природных ресурсов Земли.
Монтируемая в бетон дренажная сеть формирует монолитное покрытие, имеющее тонкие внутренние каналы для отвода воды (см. рис. 4a, 4b). Модули объединяются между собой простыми крепежными системами, прочно закрепляясь на поверхности (см. рис. 5 a-b). Далее на установленную дренажную сеть наносят слой торкрет-бетона для первичной защиты, а сверху добавляется второй усиленный слой, придающий необходимую жёсткость. При желании возможна дополнительная отделка волокнистым материалом или стандартным армированием.
Отсутствие необходимости применять забивные анкеры существенно снижает первоначальные расходы и продлевает срок службы системы, позволяя оперативно восстанавливать целостность покрытия при механических повреждениях с минимальной задержкой работы туннеля. Подобное решение также снижает риск пожаров, обеспечивая свободный выход пара и уменьшая растрескивание бетона.
Современное строительство: сложности и возможности
Сегодня имеющиеся методы контроля за состоянием воды в туннелях отличаются значительной сложностью, высокой стоимостью, длительностью исполнения и негативным влиянием на транспортные потоки. Очевидно, что необходимы альтернативные варианты.
Обсудим ключевые современные решения и сопутствующие им трудности. Большинство распространённых технологий направлено на облегчение проблем, связанных с контролем наличия воды и необходимостью её своевременного отвода. Некоторые из них допускают оптимизацию при совмещении с интегрированной дренажной сетью (IDMS).
Выбор подходящей схемы организации временных или постоянных торкрет-бетонных покрытий определяется функциональной ролью самого торкрет-бетона. Независимо от того, идёт речь о новом проекте или восстановлении старых сооружений, «Dolenco Drain» представляет собой универсальное решение, идеально подходящее для большинства ситуаций, требующих эффективного отвода воды в условиях подземного строительства. Эффективность данной системы обусловлена гибкостью и способностью адаптироваться к различным технологиям укладки торкрет-бетона, традиционно используемым для укрепления подземных поверхностей.
Конкретные случаи успешной эксплуатации системы «Dolenco Drain»:
Ремонт подводного путепровода под каналом имени Москвы
Компания «ЕвроТех» совместно с датской фирмой «DOLENCO» реализовали специальное решение для ремонта подводного путепровода под каналом имени Москвы (1930 г.п). Монтаж выполнялся сверху вниз, а соединения модулей — с помощью клипс, вплавляемых в процессе производства. Теперь вода, проникающая за облицовку, попадает в дренажные каналы, предусмотренные проектом, свободно стекает вниз и выводится в специально обустроенные дренажные траншеи или коллекторы. Вся система покрывается тонким слоем торкрет-бетона толщиной всего 50–100 мм, что почти не дает дополнительной нагрузки на опоры и грунт.
Электроподвижной транспортный комплекс Réseau Express Métropolitain в Монреале, Канада
Это самая крупная сеть скоростного рельсового транспорта, запущенную в Квебеке за последние пятьдесят лет. Общая длина линии составляет 67 километров с 26 станциями, подключенными к метрополитену Монреаля. Первоначально планировалось использование спреевых мембран для гидроизоляции, однако вскоре возникли проблемы с проникновением воды. Для контроля воды за слоем выравнивающего торкрет-бетона была установлена система «Dolenco Drain» (см. рис. 7a). Это позволило избежать повышения давления воды на торкрет-бетон и предотвратить последующие утечки, упростив нанесение самой спреевой мембраны. Конструкция предусматривала укладку слоя торкрет-бетона толщиной 300 мм непосредственно на каменную основу, установку системы «Dolenco Drain», формирование выравнивающего слоя толщиной от 25 до 50 мм, нанесение спрейевой мембраны и завершение процессом нанесения усиливающего слоя торкрет-бетона толщиной 125 мм.
Копенгаген, Дания, и станции метро Réseau Express Métropolitain на глубине 12 метров под землёй в Монреале, Канада
Здесь использовался аналогичный подход (см. рис. 9). Оба проекта стартовали в 2020 году. Для преодоления эффекта просачивания воды и давления воды за секционно-стержневыми стенами станций в проект была включена система «Dolenco Drain», расположенная между столбовыми секциями и верхним слоем торкрет-бетона. Для надёжного устранения давления воды на торкрет-бетон и облегчения нанесения спреевой мембраны система «Dolenco Drain» устанавливалась непосредственно за мембранным покрытием.
Технические, экономические и экологические преимущества
За счёт исключения постстроительного введения инъекций и последующих ремонтов, система «Dolenco Drain» демонстрирует себя как быстродействующее, простое, безопасное и постоянное решение. Оно эффективно защищает туннели от накопления воды и сохраняет их сухими. Установленный однажды, этот продукт значительно увеличивает срок службы конструкции, оценивая его на уровне ста двадцати лет.
Применимая как для новых, так и реконструируемых сооружений, тонкая монолитная конструкция системы позволяет устанавливать её в ограниченном пространстве, минимизирует периоды остановок в движении поездов и автомобилей и гарантирует быструю и безопасную процедуру ремонта бетона после механических повреждений.
Прямое сравнение решений на основе «Dolenco Drain» с классическими схемами дренажа сложно осуществить, поскольку новая система не заменяет старые методы, а дополняет их, улучшая общую схему строения туннеля. Анализ показал значительную экономию времени и денежных средств, связанных с ремонтом и обслуживанием туннелей. Например, подготовка поверхности к первому слою торкрет-бетона и монтажу мембраны заметно упрощается при применении интегрированной дренажной сети.
Кроме того, проектирование с использованием интегрированной дренажной сети позволяет сократить объём необходимых цементных смесей, что положительно сказывается на снижении выбросов углекислого газа в атмосферу. Так, уменьшение объёма используемого бетона на одну треть даёт ощутимый эффект сокращения негативного воздействия на окружающую среду.
Если учесть стоимость и риски, возникающие при установке анкеров, повреждении мембран и последующем обслуживании готовых конструкций, разница становится ещё заметнее, подчёркивая важность выбора оптимального технического решения.
Выводы
«Создание действенного способа противодействия повышенному гидравлическому давлению и последующим нарушениям целостности бетонных покрытий крайне актуально. Современные методы редко обеспечивают полную защиту от проникновения воды и эрозионных процессов в туннелях. Обычно они сложны, дорогостоящи и не всегда достигают желаемого результата. Чаще всего последствиями становятся водопритоки, аккумуляция воды и трещины в бетоне, говорит Антон Ремизов, руководитель торкрет-направления ГК «Евротех».
Новая разработка «Dolenco Drain» представляет собой уникальное и продуманное решение, ориентированное именно на специфику конкретного проекта. Подходит как для строящихся, так и для действующих сооружений, система позволяет установить тонкую монолитную конструкцию в любом месте, даже при наличии влажности или подтёков воды. Установленная единожды, система значительно повышает эксплуатационные характеристики туннеля, гарантируя минимальный простой при выполнении ремонтных работ и быстрый возврат конструкции в эксплуатацию после аварии или механического повреждения.
Строительство подземных сооружений, особенно туннелей, относится к числу самых сложных задач гражданской инженерии. Новое решение «Dolenco Drain» позволяет преодолеть многие сложности, характерные для управления водяным давлением, предлагая оптимальное сочетание эффективности, безопасности и экономических выгод.
Источники и литератора:
- Ремонт подводного путепровода под каналом имени Москвы. Torcret.pro
- Aram, M. 2016. Armenian and European Methods of Tunnel International Journal of Research in Chemical, Metallurgical and Civil Engineering (ISSN 2349-1442 EISSN 2349- 1450 IJRCMCE) Volume 3, Issue 1.
- Funahashi, M., PE. 2013. Corrosion of Underwater Reinforced Concrete Tunnel Structures. MUI International Co. LCC.
- Poulsen, R. 2018. Dolenco Tunnel Drainage System. DolencoDrain.com
- Russell, H.A. 2008. Guidelines for Waterproofing of Underground Parson Brinckerhoff.
- Verya, , PhD, PE. 2016. Waterproofing and Final Tunnel Lining. AECOM/University of Colorado: 46-66
- Poulsen, 2024. Trockene Wände – Tunnel mit innovativer Drainagelösung. georesources.net/cms.php/ de/journals/1019/Trockene-Waende-Tunnel-mit-innovativer- Drainageloesung
Оригинал статьи можете скачать здесь.
