Всплытие тюбингов тоннеля — это мировая проблема, которая беспокоит инженерное сообщество уже почти столетие при строительстве тоннелей щитовым методом. Сегодня эта проблема была успешно решена в проекте северного участка Восточной линии легкорельсового транспорта Макао — впервые в мире была официально внедрена и применена схема тампонажа щитовых тоннелей с использованием нанобетонной пены, что позволило добиться «нулевого всплытия» тоннеля, снизить выталкивающую силу на тюбинги на 73,6% и сэкономить 44,8% затрат на тампонаж.

Почему тюбинги тоннеля «всплывают»?

При строительстве тоннелей щитовым методом сразу после сборки тюбингов необходимо выполнить зачеканку зазора за обделкой, заполняя пустоты между тюбингами и грунтом тампонажным раствором для обеспечения устойчивости и гидроизоляции тоннеля. Однако традиционные тампонажные материалы имеют высокую плотность и большой вес, что до затвердевания раствора создает огромную выталкивающую силу на тюбинги, приводя к смещению, деформации и даже растрескиванию уже смонтированных тюбингов тоннеля. Эта проблема «всплытия тюбингов» всегда была одной из самых сложных проблем качества и безопасности в щитовом тоннелестроении.

По статистике, аварии качества тоннелей, вызванные всплытием тюбингов по всему миру, ежегодно приводят к экономическим потерям и задержкам строительства на сотни миллионов долларов. Традиционные решения либо жертвуют прочностью тампонажного раствора ради низкой плотности, либо используют сложные анкерные меры против всплытия, увеличивая стоимость строительства, и всегда не хватало идеального решения, сочетающего «легкость» и «высокую прочность».

Наночастицы стабилизируют пенобетон, обеспечивая «легкость и высокую прочность»

Недавно первая в мире схема тампонажа щитовых тоннелей с использованием нанобетонной пены была успешно применена в проекте северного участка Восточной линии легкорельсового транспорта Макао, который строится совместными усилиями China Civil Engineering Construction Corporation (CCECC), Nam Kwong Property и China Railway 16th Bureau Group Co., Ltd.

Эта технологическая схема является результатом трансформации ключевых достижений проекта «Исследование легкой противовсплывающей конструкции и долговечности материалов для синхронного тампонажа щитовых тоннелей северного участка Восточной линии легкорельсового транспорта Макао», финансируемого Фондом развития науки и технологий (FDCT) и реализуемого совместно Университетом Макао, CCECC и представительством China Railway 16th Bureau Group Co., Ltd. в Макао.

Первый в мире коммерческий наночастицами стабилизированный пенобетон

Ранее исследовательская группа Университета Макао разработала первый в мире коммерческий наночастицами стабилизированный пенобетон, который позволяет снизить вес и уменьшить стоимость материалов на 40% при той же прочности. Эта технология была успешно применена в таких крупных проектах, как подходные эстакады «Моста Макао».

Ключевой прорыв этой технологии заключается в использовании наночастиц в качестве стабилизатора пены, заменяя крупные, нестабильные и легко лопающиеся пузырьки в традиционном пенобетоне. Наночастицы образуют плотную «броневую» структуру на поверхности пузырьков, придавая пене чрезвычайно высокую стабильность, позволяя ей равномерно распределяться в растворе в течение длительного времени без разрушения и агломерации.

Решение проблемы всплытия тюбингов у источника

Применение этого нанобетонной пены для синхронного тампонажа щитовых тоннелей на экспериментальном участке внутри шахты EAP северного участка Восточной линии легкорельсового транспорта является первым в мире случаем использования наночастицами стабилизированного пенобетона в реальном проекте тампонажа щитовых тоннелей.

Эта схема, удовлетворяя требованиям к прочности тампонажного раствора, инновационно использует легкую противовсплывающую конструкцию, достигая трех ключевых прорывов:

Снижение выталкивающей силы на тюбинги на 73,6%, что решает у источника отраслевую проблему всплытия тюбингов тоннеля, вызванную традиционными высокоплотными тампонажными материалами

Достижение «нулевого всплытия» тоннеля, обеспечивая беспрецедентную точность формовки тюбингов

Экономия 44,8% затрат на тампонаж при значительном повышении безопасности конструкции тоннеля

Полевая проверка более чем десятью отраслевыми организациями

3 июля Фонд развития науки и технологий организовал представителей более десяти отраслевых организаций, включая Бюро общественного строительства Макао, Институт развития и качества Макао, Лабораторию гражданского строительства Макао, Macau Urban Renewal Limited, Macao Light Rapid Transit Corporation, Ассоциацию инженерных консультантов Макао, Ассоциацию строительства и недвижимости Макао, Ассоциацию строительных подрядчиков Макао, Ассоциацию строительной техники Макао и Университет Макао, для посещения и инспекции проекта на месте. Представители осмотрели экспериментальный участок и проверили на месте такие ключевые показатели, как эффективность против всплытия и плотность тампонажного раствора.

От щитовых тоннелей к более широкому спектру подземных работ

«Стандартная комплектация» для щитового тоннелестроения

Успешное применение этой технологии предоставляет новую технологическую парадигму для мирового щитового тоннелестроения. Особенно в таких сценариях, как подводные тоннели, тоннели под реками и щитовая проходка в густонаселенных городских районах, где предъявляются чрезвычайно высокие требования к контролю всплытия тюбингов, технология тампонажа нанобетонной пеной имеет незаменимые преимущества.

С продолжающимся развитием инфраструктурных проектов, таких как городские рельсовые системы, подземные коммунальные коллекторы и трансокеанские переходы по всему миру, эта технология может стать «стандартной комплектацией» для строительства щитовых тоннелей.

Из Макао по всему Китаю и миру

China Civil Engineering Construction Corporation заявила, что будет продолжать углублять техническое сотрудничество с партнерами, ускорять продвижение и применение новых технологий и процессов, а также укреплять техническую поддержку для последующей оптимизации технологии, разработки стандартов, масштабного внедрения и продвижения.

Успешное применение этой технологии знаменует собой переход Китая от «догоняющего» к «лидирующему» в области материалов для тампонажа щитовых тоннелей. С установлением технических стандартов и масштабным внедрением технология тампонажа нанобетонной пеной может распространиться из Макао по всему Китаю и миру.

«Технологический двигатель» строительства Большого залива

Восточная линия легкорельсового транспорта Макао является важной частью транспортной сети региона Большого залива Гуандун-Гонконг-Макао. Успешное применение этой технологии не только обеспечило ключевую техническую поддержку для строительства легкорельсового транспорта Макао, но и внесло «мудрость Макао» и «китайское решение» в строительство подземных сооружений в регионе Большого залива и по всему Китаю.

CCECC заявила, что этот результат «напишет новую главу в достижении высококачественного развития компании и содействии строительству Большого залива».

От «строительства по опыту» к «научному тампонажу»

Глубинная ценность этой технологии заключается в переходе тампонажа щитовых тоннелей от «опытного подхода» к «научному подходу». Традиционные схемы тампонажа полагаются на инженерный опыт и часто жертвуют одним ради другого; технология тампонажа нанобетонной пеной, благодаря инновациям в материаловедении, достигает единства легкости и высокой прочности, решая у источника проблему всплытия тюбингов, которая беспокоила отрасль почти столетие.

Три основных исторических значения:

Технологический прорыв: Первое в мире применение наночастицами стабилизированного пенобетона в реальном проекте тампонажа щитовых тоннелей

Значительный эффект: Снижение выталкивающей силы на тюбинги на 73,6%, достижение «нулевого всплытия», экономия затрат на 44,8%

Воспроизводимость и масштабируемость: Прошла проверку в реальном проекте, готова к масштабному внедрению

Когда щит проходит под землей, тюбинги больше не «дрейфуют», а точность формовки тоннеля достигает беспрецедентного уровня — это не только триумф материаловедения, но и еще одно доказательство выхода китайских подземных строительных мощностей на мировой уровень.