Исходные данные для проектирования

Методы инженерного проектирования

Лекция 10

В состав исходных материалов, используемых при составлении задания на проектирование, а затем при разработке проекта, входят: обоснование инвестиций в строительство объекта и решение местного органа исполнительной власти о месте его размещения; акт выбора земельного участка и архитектурно-планировочное задание; технические условия на присоединение проектируемого объекта к источникам снабжения, инженерным сетям и коммуникациям; сведения о проведенных с общественностью обсуждениях решения о строительстве объекта; данные научно-исследовательских работ (НИР) и опытно-конструкторских разработок (ОКР) применительно к объекту проектирования; материалы инвентаризации и решение о сносе зданий и сооружений и компенсаций за них; данные о состоянии природной окружающей среды и источника загрязнения; материалы инженерных изысканий; обмерочные чертежи зданий, сооружений, подземных и наземных сетей и коммуникаций.

При проектировании реконструкции объекта дополнительно представляют материалы обследования действующего объекта, его планировку, спецификацию и состояние оборудования, условия размещения временных зданий и сооружений, подъемно-транспортных машин, места складирования строительных материалов и т. п.

Инженерные изыскания: инженерно-геодезические, инженерно-геологические, инженерно-гидрометеорологические, конструкторские, технологические и др. – выполняют для получения нескольких видов исходных данных к проектированию, характеризующих условия среды, в которой объект будет строиться и эксплуатироваться.

Для выполнения изысканий заказчик составляет техническое задание, а исполняющая организация разрабатывает программу изысканий. Материалы по ним оформляют в виде отчетов, необходимых для разработки проектно-сметной документации.

Для строительства подземного сооружения опасны не столько неблагоприятные геологические условия, сколько недостаточная их изученность или неточность оценки с точки зрения выбора оптимального инженерного решения.

Поучительны примеры строительства Симплонского железнодорожного тоннеля в Европе или Северо-Муйского тоннеля на БАМе, когда на стадии разведки не были выявлены многочисленные геологические разломы и аномалии, зоны горячих источников подземных вод и другие неблагоприятные явления, существенно затруднившие строительство и удлинившие его срок.

При инженерно-геодезических изысканиях осуществляют сбор и анализ топографических карт и планов, фотопланов, фотосхем, землеустроительных планов в масштабах 1: 100 000-1: 5 000. В необходимых случаях организуют полевое обследование территорий строительной площадки и трасс внеплощадочных коммуникаций.

Топографо-геодезические и аэрофотосъемочные материалы и результаты полевого обследования служат для составления ситуационных планов в масштабе 1: 25 000-1: 5 000 с указанием размещения площадки в районе строительства. На планы наносят границы площадки, предлагаемые трассы и возможные точки примыкания внеплощадочных коммуникаций, а также границы участков ценных сельскохозяйственных угодий, землепользований, перспективной застройки, залежей полезных ископаемых и других объектов.

В процессе инженерно-геодезических изысканий составляют схемы геодезических сетей, вычисляют их рабочие координаты и высоты опорных пунктов, а также координаты и высоты горных выработок, геофизических, гидрофизических, гидрогеологических, гидрологических и других точек, необходимых для разработки генерального плана. По результатам тахеометрической съемки, нивелирования и горизонтальной съемки составляют топографические планы, продольные профили трасс, схемы планово-высотной привязки горных выработок и других точек.

Инженерно-геологические изыскания направлены на изучение физико-географических, геологических, геоморфологических, гидрогеологических и других природных условий строительства.

На основе собранных материалов и результатов аэрофотосъемки разрабатывают гипотезу об инженерно-геологических условиях площадки строительства и определяют задачи непосредственных наблюдений на местности рекогносцировки.

В целях комплексного изучения оценки инженерно-геологи­ческих условий района строительства проводят инженерно-геоло­гическую съемку, в состав которой входят работы по дешифрированию аэрофотоматериалов, маршрутные наблюдения, проведение шурфов и скважин, геофизические исследования, полевые и лабораторные исследования состава и свойств грунтов, горных пород и др.

Для получения характеристики горных пород в зоне строительства выполняют инженерно-геологическую разведку. В ее состав входят работы по проведению разведочных горных выработок, полевые и лабораторные исследования горных пород, геофизические, опытно-фильтрационные исследования и др. Распространенным способом изысканий является бурение скважин с отбором проб через 0,5 м в слабых породах и колонковое бурение со взятием керна в скальных породах. Глубину скважин назначают на 6 м больше глубины заложения подошвы подземного сооружения.

При длине тоннеля до 200 м с земной поверхности пробуривают 7 скважин, из которых три располагают по оси тоннеля, а четыре – на двух поперечных сечениях. При большей длине тоннеля скважины располагают вдоль его оси через 150 м.

При глубине заложения тоннеля свыше 300 м трудоемкость и стоимость бурения разведочных скважин со взятием образцов пород существенно возрастает. В этом случае необходимы дополнительные геофизические методы исследования, которые дают косвенное представление о строении горного массива. Применяют вертикальное электрическое зондирование, электропрофилирование, сейсмоакустические методы, ультразвуковой каротаж, радиоизотопные и другие методы.

С помощью геофизических методов изучают строение массива, устанавливают границы зон тектонических нарушений и трещиноватости, выявляют и оконтуривают полости естественного (карстовые пустоты) и искусственного (заброшенные горные выработки) происхождения, устанавливают положение уровня подземных вод, определяют физико-механические свойства пород и т.п.

При исследовании толщи горных пород с целью обоснования места расположения подземных сооружений в городских условиях число разведочных скважин увеличивают, так как подземное строительство связано с опасностью осадок поверхности и расположенных на ней зданий и сооружений.

Физико-механические свойства горных пород определяют в натурных условиях и лабораторными методами. Данные натурных исследований деформационных характеристик горных пород, необходимые для расчета и проектирования обделок гидротехнических и транспортных тоннелей, определяют, например, вдавливанием штампов на обнажениях пород в сочетании с сейсмоакустическими и прессиометрическими методами.

Лабораторные методы применяют для определения гранулометрического состава, природной влажности, плотности, сопротивления срезу и одноосному сжатию (). Последнее используют, в частности, для определения коэффициента крепости пород по Протодьяконову , где – коэффициент структурного ослабления.

Инженерно-гидрометеорологические изыскания проводят для получения исходных данных по речной и морской гидрогеологии и климатологии, а также для оценки возможных изменений гидрометеорологических условий под воздействием строительства и эксплуатации сооружения.

Особое значение эти данные имеют при строительстве подземных ГЭС, сведения о водных расходах в период прохождения паводков и половодий и данные о твердом стоке и его распределении в году. Устанавливают зависимости между уровнем воды в реке от ее расхода, которые представляют в виде кривых для летнего и зимнего периодов. Приводят сведения о ледовых явлениях: начало и окончание ледохода, толщина ледового покрытия, данные об образовании донного льда, шуги и заторах; об испарении с водной поверхности водохранилища и сведения о возможной фильтрации воды из проектируемого водохранилища.

Высокое качество проектов конструкций подземных сооружений, технологии, механизации и организации их строительства может быть обеспечено только при использовании научных прогнозов краткосрочного (5-7 лет), среднесрочного (10-15 лет) и долгосрочного (20-25 лет) характера, в зависимости от значимости, срока службы и проектной продолжительности строительства объекта.

Составление прогнозов заказывают профильным научным институтам, лабораториям, высшим учебным заведениям или отдельным ученым и крупным специалистам. К таким НИИ можно отнести, в частности, в отрасли транспортного строительства – ЦНИИС (с его региональными отделениями и лабораториями), городского подземного строительства – НИИОСП, гидротехнического строительства – «Оргэнергострой» и ВНИИГ им. Веденеева, горного дела – ИГД им. А.А. Скочинского, горной геомеханики – ВНИМИ и т.д. Многие научные силы имеются в известных вузах горного, транспортного и строительного профилей многих крупных городов (Санкт-Петербург, Москва, Екатеринбург, Тула и др.).

Проекты подземных и наземных сооружений должны обеспечивать не только их высокие эксплуатационные качества, но и быть технологичными в процессе строительства. Последнее предполагает возможность использования комплексов высокопроизводительного оборудования с уровнем надежности, исключающим простои строительных участков по причине отказов оборудования в рабочие смены.

Конструкции сооружений, механизация их возведения и организация строительных работ должны обеспечивать устранение или максимальное снижение трудоемких и опасных ручных операций, создание комфортных условий труда, его высокую производительность.

Рассмотрим два примера такого рода.

Пример 1. При проектировании и строительстве линий метро глубокого заложения протяженностью 5-10 км в Санкт-Петербурге при расстояниях между станциями 1,5-2,0 км могут быть использованы щитовые механизированные комплексы типа КТ1-5,6 с блочной обделкой, разжимаемой на породу в лотке тоннеля. При стабильной скорости проходки перегонных тоннелей (около 1000 м/мес.) указанный участок линии метро может быть пройден за 5-10 мес. одной парой комплексов, а следовательно, с одной парой монтажных и демонтажных камер и выполнением соответствующих монтажно-демонтажных работ. Для этого необходимо выполнять следующие условия:

1. Конструкции станций при поточно-сквозной организации строительства должны обеспечивать возможность сквозного прохода щитовых комплексов через станции, строительство которых могло бы выполняться до, в период и после проходки «пилот-тоннелей» этими комплексами.

2. Уровень надежности проходческих комплексов должен обеспечивать их работоспособность без капитального ремонта на заданной длине трассы.

3. Принятые системы транспорта, вентиляции, электроснабжения, водоснабжения и прочие должны обеспечивать с необходимым запасом упомянутые темпы проходки при минимальных затратах.

4. Производственный персонал должен обладать необходимой квалификацией, неуклонно соблюдать технологию работ, обеспечивать операционный контроль производственных процессов и регулярно составлять исполнительную документацию.

Пример 2. При проектировании и строительстве городских канализационных сетей на малых глубинах обычно используют закрытый щитовой или открытый котлованный способы строительства. Они трудоемки и затратны, а второй из них еще и нарушает нормальную эксплуатацию улиц, дорог, площадей.

Известны и успешно применяются бестраншейные (закрытые) методы прокладки труб диаметром до 2 м с применением комплексов оборудования с автоматизированным управлением и контролем производственных процессов (например, фирмы «Херренкнехт»). Этот метод обеспечивает механизированную разработку породы в забое тоннеля и последовательное проталкивание высокопрочных железобетонных труб из строительных колодцев, расположенных по трассе тоннеля с шагом 50-100 м. Работы выполняются, практически, без нарушения транспортных потоков города, быстро, точно, при комфортных условиях труда персонала.

Поскольку в проект нужно закладывать конструкции сооружений, технологии их возведения и машинные комплексы, опережающие уровень текущего дня лет на десять, то проектные организации должны регулярно следить за изобретениями в своих областях, находить самые новые патентоспособные решения, работать в содружестве с учеными и изобретателями, отслеживать публикации по рассматриваемым вопросам в технических журналах, сборниках трудов, докладов, изобретений и пр.

Дата добавления: 2014-01-06