Крымский мост: М2М-технологии в строительстве
Строящийся мост через Керченский пролив, который свяжет Таманский полуостров с Крымским, будет одним из крупнейших в России. Для нашей страны этот проект стал символом не только сильной политической воли, но и высокой степени экономического развития, которого она достигла за последнее десятилетие. Последнее, в свою очередь, создало возможности для использования при строительстве моста передовых современных технологий, в том числе телеметрических. В этой статье будет рассмотрено, как именно М2М помогают строить мост в Крым.
Крымский мост в процессе строительства
Перед тем, как рассказать о технологиях, которые применяются при строительстве Крымского моста, необходимо обозначить масштаб проекта. Протяженность моста составляет 19 км, причем он состоит из параллельно расположенных автомобильной и железной дорог. Трасса начинается на Таманском полуострове, проходит по существующей 5-километровой дамбе и острову Тузла, пересекает Керченский пролив и выходит на крымский берег. Путь судов, курсирующих по проливу, расположен под мостом. Для этого предусмотрена арка высотой 35 и длиной 227 метров.
Уже сейчас очевидно, что мост через Керченский пролив станет одним из самых сложных сооружений в инженерной практике России. Об этом, например, заявлял министр транспорта РФ Максим Соколов. Его слова приводит «РИА Новости».
Более 270 тысяч тонн металла, это порядка полумиллиона кубометров бетона, это большое количество труб, которые будут забиты в основание этого моста для формирования свайного поля. Таким образом, мы говорим о том, что это действительно одно из самых сложных инженерных сооружений, которое до этого момента было в нашей инженерной практике
Максим Соколов, министр транспорта РФ
Какая же роль в этом сложнейшем проекте отведена М2М?
М2М уже на этапе концепции
В 2014 году концепция проекта Крымского моста была детально проработана, а в 2015 году инженеры приступили к проектированию моста.
Как рассказали M2M Russia News в пресс-службе Крымского моста, беспроводные технологии применялись уже в процессе изучения инженерно-геологических условий будущего строительства. Проверка территории предполагаемого строительства велась многие месяцы. Комплекс исследований включал в себя статическое зондирование, сейсмотектонические, инженерно-геофизические исследования различными методами, для которых применялись «умные» приборы и датчики, способные передавать информацию на другие устройства на расстоянии.
Например, для регистрации локальной сейсмичности в районе предполагаемого строительства моста была развернута сейсмическая сеть из сухопутных и донных морских сейсмических станций. С помощью специальных устройств удалось провести детальные исследования и уточнить положение глубинных разломов как в земных недрах, так и в близповерхностном слое.
Испытание грунтов
Предвидя все возможные трудности, ещё в 2015 году специалисты провели динамические и статические испытания оснований грунтов на таманском и керченском берегах при помощи свай. Исследования прошли в естественных условиях – на месте будущего строительства моста через Керченский пролив, на участках с наиболее сложными геологическими условиями. В ходе испытаний удалось проверить свойства и несущую способность коренных пород, на которые должны опираться сваи моста.
Например, на косе Тузла – участке с наиболее сложными геологическими условиями, был установлен испытательный стенд со сваей. Ее погрузили на определенную глубину. Через несколько дней начались динамические испытания дизель-молотом. После серии ударов по свае фиксировалась ее осадка, а также степень сопротивления грунта. Замеры проводились специалистами «НИИ диагностики» с помощью специальных приборов и закрепленных на свае датчиков – это лазерные высокоточные датчики с частотой опроса 1000 Гц и точностью 1 тысячная мм.
Далее сваю испытывали статическими нагрузками: сначала гидравлические домкраты давили на нее сверху, потом сваю выдергивали из грунта. На основании полученных данных проектировщики рассчитали оптимальные параметры фундаментов мостовых опор, которые должны обеспечить надежную работу моста в существующих природных условиях.
Несущая способность свай
Помимо проверки грунтов, М2М-технологии активно применяются в проверке несущей способности свай. В 2016 году в процессе строительства моста несущая способность свай, погружаемых на разную глубину, проверяется динамическим, акустическим и ультразвуковым методами. Например, на поверхность трубчатых свай устанавливаются датчики, которые фиксируют амплитуду и частоту колебаний металлических стволов в процессе их забивки в грунт гидравлическими молотами. На основе полученных данных контролируется фактическая несущая способность свай.
Трубчатые сваи частично заполняются тяжелым гидротехническим бетоном на глубину около 5 метров от поверхности грунта (или дна моря с учетом размыва) – так создается железобетонное ядро. В ходе натурных испытаний на специальном стенде, развернутом на строительной площадке, была проверена надежность контакта между бетоном и металлическим стволом. Для этого понадобилось более 100 датчиков.
Монолитность буронабивных свай проверяется с помощью ультразвукового излучателя и приемника, которые пропускаются по всей длине исследуемой сваи. Прочность и плотность бетона определяются по скорости и траектории распространения импульсов. Положительный результат испытаний свай подтверждает правильность действий проектировщиков и строителей и позволяет перейти на следующую ступень процесса строительства моста – монтажу ростверков и надземных элементов мостовых опор.
Даже сейчас каждая свая снабжена датчиком, и строители видят, как ведет себя опора, и какие нагрузки она испытывает. Все показания с датчиков передаются в базу данных, что позволяет в режиме реального времени, с экрана компьютера, видеть, что происходит со сваями: сжатие, растяжение, как свая реагирует на то, что сверху установлены домкраты и возрастает нагрузка.
Ещё одна сфера применения М2М при строительстве моста – метеонаблюдения. Со стороны Керчи и Тамани, а также на острове Тузла в Керченском проливе установлены три метеостанции, которые обеспечивают строителей моста оперативными прогнозами погоды. Приборы и датчики измеряют силу и направление ветра, температуру и влажность воздуха, атмосферное давление, количество выпавших твердых и жидких осадков. Информация поступает в штабы строительства на обеих берегах пролива. Актуальные метеосводки позволяют мостостроителям планировать работу в акватории с учетом погодных условий.
Активная фаза строительства
Более того, прежде чем приступить к погружению свай, весь проект был просчитан в лабораторных условиях. Была сделана компьютерная модель, которая учитывала погодные условия: в Керченском проливе часто бывают сильные ветра и волны. Как рассказал ранее заместитель начальника отделения гидроаэродинамики Крыловского научного центра Сергей Соловьев, специалистами рассматривалась вероятность появления ветра максимально большого значения, а также промежуток, когда он может появляться раз в 50 лет по статистике, раз в 100 лет — ураган. Расчетные данные закладываются именно на такой ветер.
В настоящее время Крымский мост строится одновременно на суше и в акватории. На сухопутных участках уже готово 10 опор: 5 для автомобильной и 5 для железной дорог. Погружено более 650 свай разного типа. К работам привлечено более 2 тысяч работников из разных регионов России, включая Крым и Краснодарский край.
Крымский мост через Керченский пролив
Крымский мост через Керченский пролив состоит с 2 параллельных мостовых переходов под пропуск автомобильного и железнодорожного транспорта с русловым пролетом 227 м.
Строительство Крымского моста через Керченский пролив
Параметры автодорожного Крымского моста
| № п/п | Основные технические показатели |
| 1 | Проектное назначение — транспортный переход через Керченский пролив |
| 2 | Тип пролетного строения (центральный русловой пролет) — Арка |
| 3 | Высота арки — 45 м |
| 4 | Судоходный габарит: 185 м — ширина, 35 м — высота. |
| 5 | Русловой пролет — 227 м |
| 6 | Количество полос движения — 4 |
| 7 | Максимальный продольный уклон 40 ‰ |
| 8 | Сейсмика — до 9 баллов |
| 9 | Длина железнодорожного мостового перехода 16857,28м |
| 10 | Количество мостовых опор — 288 шт. (более 2500 свай) |
Параметры железнодорожного Крымского моста
Мостовой переход, соединяющий Таманский и Керченский полуострова, имеет длину около 19 км и является самым протяженным в Европе. По автомобильному мосту с дорогой категории 1Б предполагается пропускать порядка 30 тысяч единиц автотранспорта.
По железнодорожному мосту с линией категории II — 36 пар пассажирских поездов и 15 пар грузовых, а также планируется организация пригородного сообщения Анапа — Керчь с 5-6 парами электричек в сутки.
Трасса мостового перехода начинается на Таманском полуострове, затем проходит через так называемое «озеро» потом по знаменитой «Тузлинской косе», затем через «протоку», по острову Тузла, затем соответственно через Керченский пролив, пересекая Керчь-Еникальский фарватер и выходит на Керченский берег.
Мост через Керченский пролив представляет собой два параллельных моста с расстоянием между осями порядка 50 м на большой длине и на подходе к Керчи с расстоянием 36 м. Автодорожная часть моста по большой длине моста перекрыта большими пролетными строениями с пролетами по 55 м и 63 м. Количество мостовых опор — 595 шт.
Участки моста, проходящие над сушей (коса Тузла, остров Тузла) перекрыты неразрезными сталежелезобетонными пролетными строениями 4 × 58 м, разделенными, под каждое направление движения автотранспорта. Участок моста над «протокой» перекрыт разрезными сталежелезобетонными пролетными строениями, разделенными под каждое направление движения с пролетами по 55 м.
Участок моста, пересекающий соответственно «морскую» часть Керченского пролива перекрыт неразрезными балочными цельнометаллическими пролетными строениями, разделенными под каждое направление движения с пролетами 4 × 63м.
Участок моста, пересекающий Керчь-Еникальский канал перекрыт арочными пролетным строением с гибкими «вантовыми» подвесками с ездой понизу с пролетом 227 м, что обеспечивает возможность устройства судоходного габарита 185 м — шириной и 35 м — высотой.
Железнодорожная часть моста на всем протяжении, за исключением фарватерной части перекрыта балочными разрезными цельнометаллическими пролетными строениями под два железнодорожных пути с ездой поверху на балласте с пролетами 55 м над участками суши и с пролетами 63 м над морской акваторией. Участок моста над Керчь–Еникальским каналом, как и у автодорожного моста перекрыт арочными цельнометаллическими пролетными строениями с пролетом 227 м.
Условия строительства мостового перехода
Во-первых, это условия морского пролива
Технология строительства Крымского моста через Керченский пролив
Все конструктивные и технологические решения мостового перехода выбраны в результате детального технико-экономического сравнения вариантов на основании полного комплекса инженерных изысканий. Строительство двух параллельных мостов экономичнее других вариантов, как по расходам основных строительных материалов, так и эффективнее по технологии сооружения
Разделение совмещенного мостового перехода на два параллельных моста позволило вписаться в директивные сроки строительства мостового перехода.
Наличие двух параллельных мостов обладает неоспоримыми преимуществами при последующей их эксплуатации разными балансодержателями.
Фундаменты опор
Фундаменты опор автодорожного и железнодорожного мостов свайные, объединенные железо бетонными монолитными ростверками. Сваи представляют собой металлические забивные трубы с толщиной стенки 16-20 мм (для опор под арочными пролетными строениями).
В верхней части трубы для объединения с монолитными железобетонными ростверками имеют железобетонные сердечники, имеющие длину от низа ростверка до отметки на 1 м ниже линии местного размыва у опоры.
Конструкция трубчастых свай
Стальные трубчатые сваи с железобетонным ядром на глубину от 5 метров поверхности грунта.
Формируют фундаменты опор по всем участкам строительства моста кроме участка Керчь и Озеро
Кондуктор для погружения свай моста через Керченский пролив
Конструкция призматических свай
Призматические сваи в строительстве Крымского моста
Конструкция буронабивных свай
Устройство буронабивных свай моста
Сваи на разных участках погружаются как вертикально, так и под наклоном, что делает опоры более устойчивыми к восприятию нагрузок
Конструкция промежуточной опоры
Конструкция промежуточной опоры была рассчитана на все основные сочетания нагрузок и воздействий, которые были отражены в СТУ (специальные технические условия на проектирование данного мостового перехода).
Определяющими воздействиями на промежуточные опоры под балочным пролетным строением явилось сочетание с сейсмикой и сочетание со льдом, для фарватерных опор, так же определяющим воздействием явился навал судна.
| Опора под автомобильный транспорт | Опора под железнодорожный транспорт |
 |  |
При проектировании опор моста произвел комплекс работ по оценке коррозии в условиях Керченского пролива для разработки раздела «Системы защиты от коррозии» и основные положения их были внесены в СТУ на проектирование объекта.
Конструкция пролетных строений
Мостовой переход состоит из двух параллельных мостов – автомобильного и железнодорожного.
Пролетное строение автомобильного моста
Пролетные строения под автомобильную дорогу — балочные сталежелезобетонные разрезные и неразрезные индивидуальной проектировки над акваторией Керченского пролива пролетные строения металлические с ортотропной плитой.
Пролетное строение Крымского моста через Керченский пролив
Пролетное строение под пропуск автомобилей
Расчетный пролет от 54,21 до 64,20 м пролетные строения выполнены раздельными под каждое направление движения. В поперечном сечении пролет представляет собой две двутавровые главные балки, объединенные поперечными балками и системой вертикальных и горизонтальных связей.
Пролетные строения под железнодорожные пути
Пролетные строения под железнодорожные пути — разрезные цельнометаллические, с ортотропной плитой, с ездой на балласте расчетный пролет от 54,6 до 62,56 м.
Пролетное строение под пропуск железнодорожного транспорта
Пролетные строения раздельные под каждый путь, объединены на опорах домкратными балками главные балки пролетного строения коробчатого сечения, расчлененные по высоте на два блока исходя из условия транспортировки.
Арочные пролетные строения
Арочные пролетные строения, расчетным пролетом –227 м, располагаются над Керчь–Еникальским каналом и обеспечивают подмостовой габарит 185 на 35 м
Погружение металлических свай
Другой альтернативной технологией является погружение металлических свай со стационарных рабочих мостов РМ 1,2,3 с пристроенных рабочих площадок. Ростверки и тело промежуточных опор сооружались с рабочих площадок, пристроенных к рабочим мостам РМ 1,2,3.
Технология сооружения пролетных строений
Технология сооружения пролетных строений на участках морской акватории заключается в продольной надвижной конвейерно-тыловой сборке со стапелей расположенных или на береговой части, или в морской акватории (при этом сам стапель сооружался в акватории с рабочего моста).
Монтаж пролетного строения с применением плавсредств
Наиболее сложной и ответственной процедурой при строительстве мостового перехода является передвижка на плаву железнодорожной и автодорожной арок фарватерного участка моста с подъемом их в проектное положение с помощью фермоподъемников.