ПРОБЛЕМА ВНЕДРЕНИЯ ИННОВАЦИЙ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ КОМПЛЕКСА ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ ТРАССЫ «АДЛЕР - КРАСНАЯ ПОЛЯНА» НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Магнушевский А.Е.
Научный руководитель: О.А.Оленина, к.э.н.,
доцент кафедры «Экономика транспортной инфраструктуры и управление строительным бизнесом»
РУТ (МИИТ)
Аннотация. В статье рассматриваются инновации, использованные при строительстве (на этапе проектирования) комплекса транспортных тоннелей. Приводится экономическая и техническая эффективность инноваций. Описаны основные проблемы их внедрения и предложены пути оптимального решения.
Ключевые слова: инновации при строительстве; транспортные тоннели, Сочи 2014.
Строительство уникальных объектов транспортной системы Олимпийского Сочи 2014 оказалось успешным во много благодаря инновационным методам, технологиям и техническим средствам, которые широко использовались на всех стадиях: от разработки концепции и эскизного проекта до сдачи в эксплуатацию. За критерий успеха в данном случае принимается завершение строительства в назначенные сроки с обеспечением проектного качества и без необоснованного увеличения стоимости относительно проектного значения.
Автор настоящей статьи в качестве объекта исследования рассматривает комплекс транспортных тоннелей трассы «Адлер - Красная Поляна», являющийся ключевым компонентом транспортной системы Олимпийского Сочи. При этом целью работы является анализ процесса внедрения инноваций при строительстве в части строительного проектирования объекта исследования с установлением проблем и поиском путей их оптимального решения. В соответствии с обозначенной целью решаются следующие задачи:
|
|
|
§ выявление инновационных услуг и продуктов, использованных при проектировании объекта исследования;
§ инженерный анализ инноваций, в частности, использованных при выполнении расчетов транспортных тоннелей;
§ определение экономической и технической эффективности выявленных инноваций;
§ установление проблем внедрения инноваций и поиск путей их оптимального решения.
Выбор в качестве анализируемого направления инноваций строительного проектирования определяется тем обстоятельством, что именно от качества проектной документации, и, как следствие – процесса проектирования, во многом зависит степень соответствия результатов работ требованиям заказчика.
Актуальность работы вытекает из необходимости научного осмысления процесса внедрения инноваций при строительстве объекта исследования с целью их повторного и более эффективного применения в рамках реализации подобных проектов.
В качестве метода исследования автор работы использует научно-технический анализ литературных источников и инженерный анализ проектных материалов, а также геотехнические расчеты методами, изложенными в нормативных документах [1; 2].
|
|
|
Комплекс транспортных тоннелей трассы «Адлер - Красная Поляна»" (рис.1) представляет собой совокупность шести тоннельных комплексов, формирующих единую инфраструктурную сеть для передвижения как железнодорожного, так и автодорожного транспорта.
Рисунок 1 - Схема трассы с расположением тоннелей
Проектирование уникальных сооружений, к которым относятся рассматриваемые в работе тоннели, представляет собой довольно сложный многокомпонентный, многофакторный и итерационный процесс, включающий в себя следующие основные этапы: сбор и анализ необходимой информации; разработка эскизного проекта; разработка проектной документации в соответствии с [3]; прохождение государственной экспертизы; разработка рабочей документации; разработка организационно-технологической документации; корректировка проекта. Выявленные (на основе анализа источников [4; 5; 6; 7]) по каждому этапу инновации приведены в табл.1.
Таблица 1. Инновационные услуги и продукты, использованные при проектировании
| Этап проектирования | Перечень инноваций | Экономическая и техническая эффективность |
| Сбор информации | Геофизические исследования грунтового массива. Лазерное сканирование местности. | Значительное (до 40%) сокращение подготовительного периода. Контроль достоверности данных. |
| Эскизный проект | Использование программных продуктов Autodesk для черчения и визуализации. Использование программ сметных и по управлению проектами (Spider Project). | Повышение производительности труда. Уменьшение количества ошибок проектирования. Обеспечение наглядности для заказчиков и инвесторов. |
| Проектная документация | Частичное проектирование по технологии BIM (информационное моделирование сооружений). Использование программных комплексов Plaxis, Midas GTS, ZSoil, SOFiSTiK для расчета конструкций и грунтового массива. Применение инновационных методов и способов строительства, а также конструкций обделки тоннеля. Расчет рисков, в том числе пожарных. Применение в проекте высокопроизводительной и безопасной строительной техники, тоннелепроходческих комплексов. | Сокращение сроков разработки проектной документации. Обеспечение эффективного взаимодействия между участниками проектирования и строительства. Сведение к минимуму возможности ошибок. Разработка максимально экономически и технически обоснованных конструкций за счет использования инновационных методов расчетов, реализованных в перечисленных программах. Снижение стоимости и сокращение сроков строительства. |
| Экспертиза | - | - |
| Рабочая документация | тоже, что в п.2 | тоже, что в п.2 |
| Организационно-технологическ. документ. | тоже, что в п.2 | тоже, что в п.2 |
| Корректировка проекта | Оценка рисков для принятия решений. | Повышение безопасности строительства. |
|
|
|
|
|
|
Особого внимания заслуживает этап разработки проектной документации, в рамках которого выполняются необходимые расчеты для обеспечения безопасности сооружения, а также его технико-экономической эффективности. Заметим, что метод проектирования с применением расчетов является на сегодняшний день основным [2].
Все расчеты выполняются на математических моделях, описываемых поведение строительных конструкций тоннеля и вмещающего его грунтового массива. Очевидно, именно степень приближения математической модели к действительности определяет достоверность и точность инженерных расчетов, что в свою очередь сказывается на технико-экономических показателях запроектированного сооружения.
Расчет конструктивной системы комплекса транспортных тоннелей трассы «Адлер - Красная Поляна», выполненный в рамках разработки проектной документации, потребовал привлечения инновационных методов численного моделирования, реализованных в специальных расчетных программных комплексах типа Plaxis. Благодаря использованию этого инновационного программного пакета, разработанного в Нидерландах группой ученых из Делфтского Технического Университета, появилась возможность проектирования экономичных и безопасных сооружений.
В основе выполненных расчетов лежит метод конечных элементов (МКЭ), применяемый для решения упругопластической задачи нелинейного совместного деформирования грунтового массива и строительных конструкций тоннеля. Расчеты выполнялись для всех стадий строительства, включая этап производства работы горным, щитовым или специальными способами. На рис.2 показан пример расчетной модели автодорожного тоннеля №1 [8]. Здесь поведение грунтового массива описывается упругопластической модифицированной моделью Мора-Кулона [9; 10].
Рисунок 2 - Расчетная модель конструктивной системы тоннеля №1 на этапе проходки
Эта модель хорошо апробирована на практике и позволяет с высокой точностью описывать качественно и количественно поведение грунтовых массивов. С целью определения экономической и технической эффективности от использованной при расчетах инновации автор работы выполнил сопоставление результатов расчетов по описанной выше расчетной модели с результатами расчетов тоннельных обделок классическими методами расчета на заданные нагрузки, изложенными в СП 122.13330.2012 [1]. Сопоставление (рис.3) выполнено на примере сравнения расчетных толщин обделок тоннелей, полученных с учетом расчета на основное сочетание нагрузок и воздействий.
Рисунок 3 - Сопоставление результатов классических и инновационных методов расчета
Из анализа рис.3 видно, что использование инновационного расчетного подхода позволяет существенно (до 20% и более) экономить на строительных конструкциях тоннеля, объеме разрабатываемой горной выработки, гидроизоляции и многих других параметрах. В соответствии с работой [8] экономический эффект может достигать значения в 151,6 тыс. руб. на 1 погонный метр тоннеля (расчет выполнен базисно-индексным методом). Очевидно, что интегральный экономический эффект будет измеряться млн. руб. и составит значительную долю от общей стоимости комплекса тоннелей.
Важно заметить, что полученный в рамках сопоставления результат ожидаем, поскольку классические методы расчета, во-первых, рассматривают только предельное состояние, во-вторых, используют простейшие математические модели с множеством коэффициентов, и, в-третьих, не учитывают в полной мере историю формирования напряженно-деформированного состояния (НДС) в анализируемой технической системе.
Основная проблема при использовании инновационных методов расчета заключается в определении исходных данных для расчетных математических моделей элементов анализируемой системы. Именно с этой проблемой столкнулись изыскатели и проектировщики комплекса транспортных тоннелей трассы «Адлер - Красная Поляна». Дело в том, что заложенные в инновационных программных комплексах математические модели грунта (Hardening Soil, Soft Soil, Cam-Clay и другие) требуют наличия, как специальной нормативной базы, так и специальной подготовки инженеров, поскольку исходные данные для моделей определяются в ходе геотехнического анализа результатов инженерно-геологических, инженерно-геофизических и инженерно-гидрогеологических изысканий. Суть проблемы заключается именно в том, что на тот момент, когда проектировались рассматриваемые тоннели, необходимые условия для применения этих моделей в значительной степени отсутствовали: российская нормативная база не была гармонизирована с европейскими нормативными документами, а инженеры-проектировщики не обладали достаточными знаниями и опытом для грамотного применения этих расчетных инноваций.
К счастью, выход из проблемной ситуации был найден, и состоял он в привлечении специализированных научно-исследовательских центров в области геотехнического строительства, работающих на базе ведущих российских университетов (например – СГУПСа). С тех пор формулировка об обязательном научном сопровождении строительства уникальных подземных сооружений прочно вошла в редакцию свода правил [1] от 2012 года.
На основе комплексного научно-инженерного анализа результатов проведенных автором статьи исследований можно сделать следующие основные выводы:
§ установлены инновации, использованные при проектировании комплекса тоннелей, основные из них – это проектирование с использованием BIM технологий и расчеты с применением инновационных методов и средств расчета;
§ определена экономическая и техническая эффективность выявленных инноваций, в частности определено, что использование инновационных методов проектирования дает экономический эффект в 151,6 тыс. руб. на 1 погонный метр тоннеля;
§ выявлена основная проблема внедрения инноваций при проектировании, и найден оптимальный путь ее решения, основанный на научном сопровождении строительства и гармонизации отечественных и зарубежных нормативных документов.
Список использованной литературы
1. СП 122.13330.2012. Тоннели железнодорожные и автодорожные. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200095544. – 03.02.2019.
2. СП 248.1325800.2016. Сооружения подземные. Правила проектирования. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200137144. – 03.02.2019.
3. Постановление №87 Правительства Российской Федерации. О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/902087949. – 03.02.2019.
4. Инновационные технологии, внедрение при строительстве тоннельных объектов в г. Сочи. Тоннельная ассоциация России. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.rus-tar.ru/system/media/file/6/Poljankin_23-01-2012.pdf. – 03.02.2019.
5. Строительство тоннелей трассы Адлер – Красная Поляна. Бамтоннельстрой. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.bamts.ru/press/buklet/images/adler_2009.pdf. – 03.02.2019.
6. Подземное строительство. СК МОСТ. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.skmost.com/downloads/brosh/2014-underground/2014-underground-construction.pdf. – 03.02.2019.
7. Инновационно-технологические решения при проектировании и строительстве тоннелей и мостов олимпийской трассы: теория, практика. Под общ. ред. проф. П.Г.Грабового – Москва, 2013. – 536 c.
8. Цибариус, Ю.А. Обоснование параметров набрызгбетонной крепи по результатам геотехнического мониторинга системы «крепь - массив» [Текст] : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.11 : защищена 05.10.2015: утв. 15.07.02 / Цибариус Юрий Александрович. - Новосибирск., 2015. - 176 с. - Библиогр.: с. 160-171. - 04201201565.
9. Фадеев, А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике [Текст] / А.Б. Фадеев. – М. : Недра, 1987. – 221 с.
10. Фролов, Ю.С. Система «крепь - грунтовый массив». Численный анализ напряженно-деформированного состояния с учетом технологии проходки тоннеля [Текст] / Ю.С. Фролов, Ю.А. Мордвинков // Метро и тоннели. – 2006. – №5. – С. 32–35.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 198; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!