Новые технологии строительства мостов и туннелей

Цель исследования - выявить и проанализировать инновационные методы, используемые при строительстве мостов и туннелей, установить положительные и отрицательные стороны таких нововведений. Проблема исследования заключается в необходимости изучения подобных новых методик и технологий строительства для достижения безопасности и качества сооружения. Метод исследования - изучение специальной литературы, научных работ по теме, анализ современных практик разных стран.

Мосты издавна используются для удобного перемещения. Существует два типа мостов: наплавные мосты, которые используются временно и не нуждаются в прочном фундаменте, и второй тип - постоянные мосты, которым нужен прочный фундамент (вантовые мосты, подвесные мосты, мосты с тросами внутри, разводные мосты и др.). С точки зрения типа моста, и есть три основных фактора, которые следует учитывать при планировании строительства: состояние участка, технические и инженерные способности подрядчика, технология, доступная в стране.

Существует общепринятые стандарты строительства мостов. Фундаменты мостов и опор изготавливаются в сухом месте и затем переносятся на морское дно. Затем дно бурят специальными бурильными ма- шинами до тех пор, пока опоры не будут сшиты. Этот метод эффективен в районах с ограниченной глубиной, а в более глубоких морях необходимо создавать временные дамбы до тех пор, пока вода не будет зарезервирована [1].

В последние десятилетия все активнее при строительстве мостов и туннелей применяют современные технологии. Это позволяет увеличить скорость строительства, сделать конструкцию более удобной и безопасной. Одним из таких новшеств является самовосстанавливающийся бетон.

На протяжении всего жизненного цикла бетона и из-за различных нагрузок, возникающих в мостах, бетон склонен к растрескиванию. Однако разрабатываются новые бетонные смеси, в состав которых входят бактерии, продуцирующие известняк, которые заполняют трещины по мере их образования. Эта новая инновационная технология может предотвратить дорогостоящие повреждения, которые могут возникнуть, если трещины в бетоне не заполнять или не ремонтировать.

В условиях изменения климата и ухудшения состояния окружающей среды акцент в конструкции мостов сместился в сторону устойчивых и экологичных материалов. Например, переработанная сталь: снижает углеродный след за счет повторного использования существующих мате- риалов. Композитные материалы: легкие и прочные, они обеспечивают более длительный срок службы при меньших затратах на техническое обслуживание. Экобетон: Изготовленный с использованием вторичных материалов, он снижает воздействие строительства моста на окружающую среду [2].

Сейсмостойкость мотов и туннелей имеет решающее значение в регионах, подверженных сейсмической активности. Современные технологии в строительстве мостов включают: базовые амортизаторы (они действуют как амортизаторы, позволяя мосту двигаться независимо от движения грунта), срезные звенья (предназначены для поглощения энергии и предотвращения разрушения моста), модернизация (укрепление старых мостов для защиты от землетрясений). Например, мост Акаси Кайке в Японии, самый длинный подвесной мост в мире, находился в стадии строительства, когда в 1995 году произошло землетрясение в Кобе. Он уцелел благодаря своим передовым сейсмостойким характеристикам [3].

Повреждения, вызванные этими сейсмическими и ветровыми нагрузками, приводят к необратимым повреждениям различных конструктивных элементов мостов, которые в будущем потребуют очень дорогостоящего ремонта. Однако в настоящее время используются новые строительные материалы, позволяющие избежать подобных проблем. Одним из таких материалов является сверхэластичная арматура. Этот материал, также известный как сплав с памятью формы (SMAs), используется для замены оригинальной стальной арматуры, обычно используемой в железобетоне. Когда стальная арматура в бетоне подвергается нагрузкам, вызывающим ее деформацию выше предела текучести, она деформируется надолго и не вернет себе первоначальную форму. С другой стороны, сверхэластичные SMA возвращаются к своей первоначальной форме даже после воздействия высоких нагрузок.

М. Нагимов в своих работах отмечает, что российские специалисты при строительстве новых мостов используют специ- альный слой - геомембрану. Она позволяет добиться большей водонепроницамости, и как следствие - повысить срок службы изделия [4].

Нельзя не упомянуть и достижения ученых в области аэродинамики мостов. Силы ветра могут вызывать колебания мостов, что приводит к потенциальным разрушениям. Достижения в аэродинамике мостов включают: создание специальных аэродинамических труб, которые используются для тестирования моделей мостов и понимания того, как они будут реагировать на сильный ветер. Для противодействия силе ветра и предотвращения колебаний применяют настраиваемы амортизаторы массы. Кроме того, мосты строят специальной аэродинамической формы для снижения сопротивления ветра.

Инженеры-строители из TU Wien, или Венского технологического университета, в 2006 году разработали принципиально новый метод строительства мостов. Новый вид мостостроения раскрывается подобно зонтику. Вместо традиционных видов мостостроения, т.е. установки долговременных строительных лесов по мере укладки арматуры и заливки бетона в конструкции, этот механизм выполнен в виде «закрытого» зонтика, который затем раскладывается в свое окончательное положение. После этого его полые балки заполняются бетоном, а остальные конструктивные элементы достраиваются.

Говоря, о новых технологиях в строительстве туннелей, стоит отметить, что ученые не стоят на месте, постоянно изобретая инновационные и прогрессивные способы строительства. Строительство туннелей зависит от таких факторов, как состояние грунта, грунтовые воды, длина и диаметр туннеля, транспортировка, глубина туннеля, стоимость производства и управление рисками. Геологическое исследование определяет способ выемки грунта, будь то машинное бурение, взрывные работы или бурение скважин.

Инновационные технологии преобразуют туннельную инженерию, позволяя инженерам проектировать и строить туннели, которые когда-то считались невозможными. Одним из самых захватываю- щих нововведений в туннельной инженерии является использование 3D-печати. 3D-печать позволяет инженерам создавать туннели сложной формы с большей точностью, снижая потребность в ручном труде и повышая эффективность. Еще одним нововведением является использование автономных транспортных средств для строительства туннелей. Эти транспортные средства могут работать во взрывоопасных средах и выполнять задачи, которые слишком опасны для людей.

Устойчивые методы проектирования туннелей не только снижают воздействие строительства туннелей на окружающую среду, но и делают туннели более эффек тивными и рентабельными. Одной из устойчивых практик является использование переработанных материалов при строительстве туннелей. Переработанные материалы, такие как бетон и сталь, могут снизить воздействие строительства тунне лей на окружающую среду за счет уменьшения потребности в новых материалах. Еще одной устойчивой практикой является использование возобновляемых источни ков энергии для обеспечения работы туннелей. Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия и энергия ветра, могут снизить углеродный след от эксплуатации туннелей.

Недавно разработанной проходческой машиной является «крот» – удлиненный станок с круглой режущей головкой, кото- рая вращается относительно торца туннеля. К режущей головке прикреплена серия стальных дисковых резцов, которые выдалбливают породу на забое, когда машина вращается и продвигается вперед с по- мощью гидравлической силы. Кротовки обеспечивают ряд преимуществ перед буровзрывными работами. Туннель может быть пробурен точно до желаемого размера с гладкими стенами [5].

В дополнение к взрывным и бурильным машинам для рытья туннелей используется несколько других методов. Метод «вырубай и перекрывай» включает в себя рытье траншеи; устройство бетонного пола, стен и потолка или установку предварительно отлитых секций туннеля; а затем повторную засыпку траншеи над туннелем. Этот метод обычно не выбирают для строительства туннелей в населенных пунктах городов [5].

Таким образом, современные проекты развития инфраструктуры требуют не только качества, безопасности, своевременного завершения, простоты строительства, функциональности и эстетики, но и минимальных затрат. А потому, такие требования могут быть удовлетворены только с помощью инженерных инноваций, которые могут включать сочетание нескольких традиционных методов с некоторыми инновационными решениями для эффективного выполнения желаемых характеристик.

Экономика строительства мостов и туннелей в будущем предполагает простую конструкцию с улучшенным взаимодействием между проектированием, монтажом и обслуживанием. Прогрессивное изучение современных высококачественных материалов и методов управления об- легчит возведение долговечных конструкций, которые не требуют интенсивного технического обслуживания.