КАК СТАТЬ НАСТОЯЩИМ СПЕЦИАЛИСТОМ-ТОННЕЛЬЩИКОМ

В. А. ГАРБЕР, д.
т. н. (НИЦ «ТМ» АО «ЦНИИТС»)

ПРОБЛЕМА ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ-ТОННЕЛЬЩИКОВ СОГЛАСНО СОВРЕМЕННЫМ ТРЕБОВАНИЯМ С УЧЕТОМ ИННОВАЦИОННЫХ МЕТОДОВ И ТЕХНОЛОГИЙ, ПОЯВИВШИХСЯ ЗА ПОСЛЕДНИЕ ДЕСЯТИЛЕТИЯ, «МУССИРУЕТСЯ» С НАЧАЛА 1980-Х ГГ. РАССМОТРИМ, КАКИЕ ЗНАНИЯ И НАВЫКИ ЯВЛЯЮТСЯ ОСНОВОПОЛАГАЮЩИМИ НА СЕГОДНЯШНИЙ ДЕНЬ.

ВВЕДЕНИЕ

Шифр специальности 05.23.11 «Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей» утвердил еще ВАК СССР. В 1989 году издан учебник «Тоннели и метрополитены» [1], по которому до настоящего времени обучают студентов по соответствующей специальности. В 1993 году был опубликован «Справочник инженера-тоннельщика» [2]. В 2005 году издана книга «Подземные сооружения» [3].

Далее, в период по 2020 год, вышли книги, справочно-учебное пособие [4], статьи по тематике подготовки инженеров-тоннельщиков, связанные с развитием современных информационных технологий и новыми подходами к проблеме подготовки кадров.

В данной статье сделан акцент на подготовке специалистов по транспортным тоннелям и метрополитенам.

УЧЕБНИК «ТОННЕЛИ И МЕТРОПОЛИТЕНЫ»

Напомним, какими знаниями требует владеть основное на сегодняшний день учебное пособие для вузов.

Согласно данному изданию, тоннели по назначению делят на пять основных групп: на путях сообщения; гидротехнические; коммунальные; горно-промышленные; специальные.

К тоннелям на путях сообщения относят тоннели метрополитенов, железнодорожные, автодорожные, судоходные, пешеходные, тоннели для нескольких видов транспорта.

По положению относительно рельефа местности тоннели разделяются на горные, подводные и равнинные.

К равнинным относят, в основном, городские тоннели: метрополитены, переходы на перекрестках и т. д.

По глубине заложения различают тоннели, сооружаемые со вскрытием поверхности или без вскрытия: открытым и закрытым способами.

Специальность «тоннели и метрополитены» включает в себя требование знаний по: плану и профилю тоннельных участков трассы; сравнению двухпутного тоннеля с двумя однопутными; геодезическим работам при строительстве, эксплуатации тоннелей и метрополитенов; инженерно-геологическим изысканиям при строительстве; работам по определению горного давления; конструкциям тоннелей и метрополитенов, в том числе по материалам, станциям, наклонным тоннелям; габаритам и внутренним очертаниям обделок; гидроизоляции тоннелей и метрополитенов; конструкциям портальных участков; вентиляции, водоотводу и водоотливу; расчетам тоннельных обделок; проходческим работам, в том числе по щитовому способу и спецметодам, кессонным работам; способам разработки грунта; буровзрывным работам (БВР); способам погрузки и транспортировки грунта; способам устройства обделок, в том числе нагнетанию за обделку; основным принципам организации тоннельных работ, в том числе сетевому планированию.

Из приведенной информации видно, что специалист по тоннелям и метрополитенам должен обладать широким диапазоном знаний в области строительства, проектирования и эксплуатации указанных объектов.

О НОВЫХ МЕТОДАХ И ПОДХОДАХ

Из публикаций XXI века уместно отметить, в частности, статью «О поиске новых методов подготовки инженеров путей сообщения, основанных на применении современных информационных технологий» [5]. Здесь, по состоянию на 2008 год, названы некоторые возможные мероприятия по улучшению состояния высшего дорожно-мостового образования в России, ориентиры для оценки и управления качеством подготовки инженеров для современного транспортного строительства и т. д.

Что касается новых условий, то следует также вспомнить статью «Многолетний опыт и новые подходы факультета «Мосты и тоннели» [6], где представлены наработки Сибирского государственного университета путей сообщения. В публикации говорится, в частности, о необходимости привлечения бизнеса к подготовке специалистов-тоннельщиков за счет соответствующих заинтересованных организаций. Отмечено также, что одним из нерешенных в полной мере вопросов является получение профессии «горный рабочий бетонщик-арматурщик».

В учебный план по специальности «Мосты и транспортные тоннели» в университете на тот момент уже ввели новые дисциплины, позволившие существенно поднять уровень подготовки инженеров: графические средства; программное обеспечение; САПР; основы научных исследований; специальные способы сооружения тоннелей. В целом из статьи видно, что, по состоянию на 2013 год, были сделаны существенные сдвиги в повышении уровня знаний специалистов-тоннельщиков согласно современным тенденциям и запросам.

КНИГА «ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО НАЗНАЧЕНИЯ» [7]

В этой достаточно новой книге обобщена, по состоянию на 2020 год, актуальная информация по транспортным тоннелям. Приведены, в том числе:

• исторический обзор и современные тенденции освоения подземных пространств;
• принципы и особенности проектирования подземных сооружений транспортного назначения;
• материалы и конструкции подземных сооружений транспортного назначения;
• технологии строительства подземных сооружений транспортного назначения;
• гидроизоляция подземных сооружений транспортного назначения;
• эксплуатационные устройства и оборудование;
• пожарная безопасность;
• возможные аварийные ситуации при эксплуатации подземных сооружений транспортного назначения, меры их обнаружения и ликвидации.

Из этой книги виден широкий круг профессиональных знаний, которыми должен владеть специалист-тоннельщик.

Исходя из названных (и еще ряда) изданий, можно составить следующий перечень основных вопросов, которыми должен владеть инженер-тоннельщик.

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ЗНАНИЙ СПЕЦИАЛИСТА-ТОННЕЛЬЩИКА

1. Основы инженерно-геологических, гидрогеологических, геодезических и экологических изысканий.
2. Методы обоснования размещения тоннелей и метрополитенов в подземном и наземном пространстве.
3. Технология и организация проектно-изыскательских работ.
4. Нормативные требования к тоннелям и метрополитенам.
5. Основы методов расчета тоннелей и метрополитенов (в том числе горного давления)
6. Основные понятия о мониторинге состояния тоннелей и метрополитенов
7. Основные понятия о нормативной базе тоннелей и метрополитенов.
8. Основные понятия о системах контроля и оценке качества проектирования, строительства, эксплуатации и реконструкции тоннелей и метрополитенов.
9. Проблемы изысканий, проектирования, строительства и реконструкции тоннелей и метрополитенов в экстремальных условиях.
10. Организация производства и технология изготовления материалов, изделий и конструкций.
11. Основные понятия о методах и средствах математического и физического моделирования.
12. Требования к организации, механизации и автоматизации тоннелей и метрополитенов, в том числе обоснование выбора средств механизации, технологических схем и технических требований, требования к сетевому планированию.
13. Методы утилизации конструкций и сооружений после исчерпания ими ресурса или выполнения целевых задач.
14. Общие понятия о тоннелях и метрополитенах.
15. История развития тоннелей и метрополитенов в мире и России, в том числе понимание современного состояния отрасли.
16. Общие понятия о габаритах и внутренних очертаниях обделок тоннелей и метрополитенов.
17. Водозащита тоннелей и метрополитенов, в том числе требования к гидроизоляции, защите от коррозии.
18. Требования к вентиляции, водоотводу и водоотливу.
19. Общие требования к проходческим работам (в том числе щитовой метод механизированный и немеханизированный, спецметоды, БВР, комбайны, горный способ, бетонные работы, рельсовый и автомобильный транспорт, кессоны).
20. Общие сведения о шахтных комплексах и наклонных тоннелях.
21. Средства малой механизации при строительстве и реконструкции.
22. Основные понятия об энергоснабжении строительства и эксплуатации.
23. Основные требования к капитальному ремонту и реконструкции тоннелей и метрополитенов.
24. Основные понятия о повреждениях подземных конструкций в период эксплуатации и мерах по предотвращению и устранению повреждений.
25. Новые методы (по состоянию на 2008 год) подготовки специалистов-тоннельщиков, основанных на современных информационных технологиях, в том числе мероприятия по улучшению состояния профильного высшего образования, графические работы, программное обеспечение САПР.
26. Основные понятия о надежности и долговечности транспортных тоннелей и метрополитенов, включая технические и охранные зоны тоннелей и метрополитенов.
27. Основы пожарной безопасности тоннелей и метрополитенов.

О ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЗНАНИЯХ

Приведенный перечень (научно обоснованный исходя из образовательных стандартов и нормативов по состоянию на 2020 год) свидетельствует о достаточно широком диапазоне требований к специалисту-тоннельщику.

Однако за прошедший период (2020–2023 гг.) выяснилась необходимость добавления в этот перечень еще ряда позиций.

Практика научно-исследовательских, проектных, изыскательских и строительных работ в области тоннелестроения показала, что достаточно активно начали применяться геофизические и виброакустические исследования.

Геофизические исследования осуществляются при строительстве и эксплуатации тоннелей для контроля качества заобделочного пространства («грунт ― обделка»), выявления пустотностей в контактном слое, которые необходимо ликвидировать для работы сооружения в проектном режиме. Кроме того, геофизические методы применяют для опережающего определения механико-физических свойств горных пород перед забоем. Эти знания необходимы для регулировки (корректировки) режимов их разрушения.

Виброакустические исследования производят для выявления влияния строящихся подземных сооружений на существующую застройку на поверхности земли в технических и охранных зонах тоннелей и метрополитенов, а также, наоборот, для определения влияния наземных объектов на техническое состояние подземных. Это взаимовлияние может приводить к изменению физико-механических характеристик материалов конструкций, что способно повлечь за собой проявление деструктивных свойств сооружений.

На рис. 1 приведен алгоритм деятельности инженератоннельщика в получении теоретических знаний и практической работе во временной последовательности, так как понятно, что сразу (одновременно) освоить все перечисленное невозможно.В процессе реализации алгоритма тоннельщик может специализировать (углубляться) в какой-то один или несколько разделов знаний, которые необходимы ему для практической работы. В данном случае могут быть составлены частные алгоритмы. Наиболее показательным при этом является изучение методов расчета подземных конструкций, поскольку вопрос требует более углубленных знаний строительной механики, программирования и пространственных (3D) расчетов. Также весьма специфичным является раздел капитального ремонта и реконструкции, в том числе мониторинг, технические и охранные зоны подземных сооружений. Приведем частный (углубленный) алгоритм изучения методов расчета подземных конструкций (рис. 2) и краткое описание методик, указанных в этом алгоритме [8, 9, 10].

МЕТОД ЦНИИС [8]

Модель включает в себя физические и деформативносиловые факторы:

• собственно несущая подземная конструкция ― обделка;
• массив грунта с выработкой;
• контактный слой (нулевой или конечных размеров) между несущей конструкцией и контуром выработки;
• перемещения контура выработки, вызванные теми или иными причинами: горное давление, сейсмика, проходка параллельных выработок и т. п.;
• активные усилия, возникающие в контактном слое (например, нагнетание инъекционного раствора);

Метод решения ― метод сил строительной механики. Примеры:

• расчет монолитных и сборных круговых обделок на симметричную (относительно вертикальной оси) нагрузку;
• расчет монолитных и сборных подковообразных обделок на симметричную (относительно вертикальной оси) нагрузку;
• расчет колонных станций метрополитена глубокого и мелкого заложения в эксплуатационной стадии на симметричную нагрузку;
• расчет конструкций произвольного одновязного очертания на произвольную несимметричную нагрузку;
• расчет конструкций произвольного многовязного очертания на произвольную несимметричную нагрузку.

Из приведенных описаний понятно, сто специалистрасчетчик подземных конструкций должен обладать углубленными знаниями строительной механики, теории упругости и современных программных комплексов пространственного расчета.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из содержания данной статьи ясно, что «настоящий» специалист-тоннельщик должен быть достаточно эрудированным во многих отраслях знаний, чтобы эффективно применять их в своей практической деятельности.

Литература

1. Богомолов Г. Н., Голицынский Д. Н., Меркин В. Е. Учебник «Тоннели и метрополитены». ― М.: «Транспорт», 1989.
2. Справочник инженера-тоннельщика. ― М.: «Транспорт», 1993.
3. Абрамчук В. Г., Власов С. Н., Мостков В. Н. Подземные сооружения. ― М.: Изд-во ТА-Инжиниринг, 2005.
4. Сушкевич Ю. И., Бабушкин Н. Ф., Иванов В. Ф., Козин Е. Б., Раскулов А. Р. Справочно-учебное пособие «Тоннели метрополитенов. Устройство, эксплуатация и ремонт» ― М.: «Международная Ассоциация «Метро», 2009.
5. Овчинников И. Г., Маринин А. Н., Овчинников И. И. Материалы Международной научно-технической конференции «О поиске новых методов подготовки инженеров путей сообщения, основанных на применении современных информационных технологий». ― Саранск: Мордовский университет, 2008.
6. Бахтин С. А. Многолетний опыт и новые подходы факультета «Мосты и тоннели». ― Новосибирск: СибГУПС, 2013.
7. Меркин В. Е., Зерцалов М. Г., Петрова Е. Н. Подземные сооружения транспортного назначения. ― Москва-Вологда: «Инфра-Инженерия», 2020.
8. Гарбер В. А. Методические рекомендации по расчету подземных конструкций произвольного очертания при произвольно заданной нагрузке. ― М.: ВНИИТС, 1976.,
9. Гарбер В. А. Определение деформативных характеристик горных пород с учетом их анизотропии применительно к проектированию тоннельных конструкций. ― Сборник трудов МИИТ, № 355. ― М.: «Транспорт», 1970.
10. Гарбер В. А. Учет нелинейности свойств материала конструкции и породного массива, а также физической, конструктивной и геометрической нелинейности расчетной схемы при расчете подземных конструкций. ― Сборник трудов ВНИИТС, выпуск 111 «Вопросы математического моделирования, расчет и повышение надежности тоннельных сооружений. ― М.: «Транспорт», 1981.