Как предотвратить разрушение тоннелей метро?

Специалисты НИТУ «МИСиС» выявили факторы разрушения несущих конструкций подземных тоннелей, которые позволят разработать меры по их предотвращению и удешевлению эксплуатации и строительства метро и других подземных сооружений. Результаты опубликованы в журнале IOP Conference Series: Materials Science and Engineering.

Дефекты несущих конструкций подземных сооружений способны привести к авариям и дорогостоящим ремонтам, расходы на которые составляют от 25% до 100 % от стоимости строительства. Поэтому важнейшая задача в области проектирования подземных сооружений – сделать обделку более долговечной.

— Качество строительства, срок службы и капитальные затраты зависят от типа обделки и технологии ее возведения, — сообщила профессор кафедры «Строительство подземных сооружений и горных предприятий» НИТУ «МИСиС» Елена Куликова. — Раскрытие механизма образования дефектов в футеровке (внутренней обделке) позволяет разработать меры по предотвращению их образования и удешевить эксплуатацию и строительство подземных сооружений.

Исследования показали, что в конструкциях подземных объектов дефекты возникают, в основном, из-за фильтрационного воздействия воды.

— В тоннелях глубокого заложения места фильтрации воды сосредоточены на боковых частях тоннеля; в тоннелях мелкого заложения — почти на уровне лотка тоннеля и у перекрытия. Места фильтрации находятся вблизи стыка изоляции и шва бетонирования, — прокомментировала Елена Куликова.

По данным учёных, ключевые факторы, приводящие к разрушениям, – это гидроабразивное изнашивание лотковой части тоннеля, выщелачивание свободной извести из бетона под действием внешних грунтовых вод, а также газовая и химическая коррозия, вызванная агрессивными жидкостями, протекающими по тоннелям. Эти факторы, вместе или по отдельности, приводят обделку тоннелей в аварийное состояние или выводят её из строя на долгое время.

По словам учёных, при проектировании и установке несущих конструкций подземных сооружений особое внимание нужно уделить выбору материалов конструкций и гидроизоляции, а также технологическим приёмам организации водонепроницаемых стыков между блоками бетонирования.

Для анализа геомеханических и фильтрационных процессов учёные использовали методы классической механики твердого тела, законы течения жидкостей и теорию аварийного риска. Они также провели статистическую обработку экспериментальных данных, полученных при обследовании более 10 типов канализационных тоннелей общей протяженностью 67 км и более 70 тоннелей с обделкой из сборных железобетонных конструкций.