Геобругг АГ // Дорожная держава, 34/2011
Обвалы, осыпи и камнепады неоднократно становились причиной остановки движения по горной дороге, ведущей к курортному местечку Валь д’Аннивьев в кантоне Вале (Швейцария). Для обеспечения ее безопасного функционирования на склонах установлены сотни метров гибких защитных конструкций. Здесь, впервые в мире, была сооружена «гибкая» противокамнепадная галерея-навес, рассчитанная на энергию удара до 2000 кДж!
Уникальное решение в рекордные сроки
Особенно опасной является ситуация в районе портала старого тоннеля, выходящего к крутому скальному склону. Прогнозы специалистов не исключают в этом месте возможности камнепадов с энергией до 2000 кДж. В то же время, более мелкие осыпи происходят здесь почти ежедневно.
Рис. 1. Скальный уступ над южным порталом тоннеля Понтис
Анализ вариантов решения проблемы на стадии предварительного проекта показал, что наиболее экономически эффективным является сооружение гибкой галереи на основе высокопрочной сетки как продолжения тоннеля. Строительство традиционной (бетонной) галереи либо изменение маршрута трассы обошлись бы гораздо дороже.
В 2006 г. власти кантона пришли к окончательному выводу о необходимости дополнительной защиты дороги в Валь д’Аннивье от камнепадов. Тогда же инженерная компания Nivalp приступила к разработке проекта гибкого навеса-галереи для защиты от камнепадов энергией до 1000 кДж. В качестве альтернативных решений рассматривались возможности изменения оси трассы либо сооружения бетонной галереи в продолжение тоннеля.
Проект по изменению маршрута автодороги не был отклонен окончательно, а лишь отложен на более дальнюю перспективу, тогда как защитные мероприятия необходимо было провести незамедлительно и в кратчайшие сроки.
Актуальные материалы изысканий и результаты моделирования 2008 г. показали, что энергия камнепадов может существенно превышать определенную ранее и достигать на данном участке 2000 кДж, что соответствует падению обломка размером 1–2,5 куб. м с высоты 100 м и более. Конструкция гибкой галереи, изначально рассчитанной на 1000 кДж, была адаптирована к новым требованиям проекта подрядчиком – компанией Gеоbrugg АG.
Ранее подобные галереи создавались с расчетом не более чем на четверть от прогнозируемого уровня энергии в 2000 кДж (например, галереи Эльсигбахграбен в кантоне Берн и тоннель Мози в кантоне Швиц рассчитаны на 500 кДж). Поэтому инженеры компании осознавали, что создание гибкой противокамнепадной галереи в Валь д’Аннивье требует неординарного и даже инновационного подхода. Дополнительных проблем добавили внезапно возникшие планы по расширению проезжей части. Особую трудность для проектировщиков представляли расчеты нагрузок на опоры специальной конструкции длиной до 11 м.
В Швейцарии все гибкие системы для защиты от камнепадов в обязательном порядке предварительно тестируются в масштабе 1:1 в соответствии с местными либо европейскими нормами. Однако, с учетом уникальности случая, провести полномасштабные тесты в столь краткий период времени не представлялось возможным: проекту был дан «зеленый свет» в феврале 2010 г., после завершения тендерных процедур и подписания контрактов на строительство. На все инженерные работы по проекту – от моделирования и расчетов нагрузок до рабочих чертежей конструкций – отводилось всего шесть недель!
В то же время Nivalp и строительная подрядная организация приступили к очистке склона от нестабильных обломков и выполнению детальной съемки участка. До расчистки склона выполнить точный расчет геометрии конструкции было невозможно. Поэтому уже во время работ по монтажу системы в проект постоянно вносились изменения. Строительство велось с полным перекрытием проезжей части. Утром и вечером технику убирали, чтобы жители и туристы могли проехать к месту работы или отдыха, а также обратно.
Рис. 2. Подготовительные работы
Хороший проект – половина дела
Спроектированная конструкция сравнима с большим навесом, укрывающим дорогу. Сеть из колец ROCCО® подвешена на двух рядах опор, соединенных несущими канатами. Ряды опор формируют две секции навеса, наклоненные под разным углом в сторону вниз по склону. Первая секция начинается непосредственно от скальной стенки и заканчивается приблизительно у нагорного края шоссе. Вторая секция присоединяется к ней, укрывая основную часть трассы. Работу системы требовалось полностью просчитать, используя компьютерное моделирование, так как возможностей для проведения крупномасштабных полевых испытаний не было. В итоге было выполнено моделирование реакции трехпролетного навеса на максимально возможные нагрузки.
На абсолютных высотах более 1000 м следовало учесть снеговые нагрузки и спроектировать систему таким образом, чтобы после снежного сезона не приходилось нести дополнительные расходы по ее обслуживанию.
Были просчитаны все нестандартные случаи, например, удары обломков в опоры или несущие канаты. Это позволило рассчитать максимальные нагрузки на элементы системы и должным образом адаптировать последние. Геометрия системы была проверена в модели 3DCAD, и на ее основе составлен рабочий проект. Одновременно были измерены нагрузки на анкера. После этого анкера требуемого типа и длины были доставлены к месту установки.
Рис. 3. Моделирование возможных камнепадов в районе гибкой галереи Понтис со следующими параметрами: размер обломка 1,0–2,5 м3, высота падения > 100 м, энергия E = 2000 кДж
Рис. 4. Модель галереи без дополнительной нагрузки (вверху) и после удара 2000 кДж в среднюю секцию (внизу)
Рис. 5. Трехмерная модель структуры системы без сетки
Рис. 6. Установленная система – вид из тоннеля
Табл. 1. Основные нагрузки на гибкую галерею-навес
Строительство на высоте
Работы по установке анкеров для несущих опор и канатов были начаты сразу после очистки склона. Несущие канаты крепились к анкерам на канатной арматуре длиной 6 м, а основания опор – на стержневых анкерах GEWI. Анкера рассчитаны на нагрузки до 350 кН.
После затвердевания цементного раствора на анкерах строители приступили к установке опор с помощью крана. Самая большая опора (длина 11 м, вес 1,8 тонны) доставила немало проблем не только при транспортировке по узким горным серпантинам, но и при установке. После того как все опоры были зафиксированы в нужном положении удерживающими канатами к вышележащему склону, были смонтированы горизонтальные несущие канаты.
В завершение со стороны долины были установлены так называемые V-анкера. Работы по монтажу выполнялись, в среднем, на высоте 10 м над землей с постоянной страховкой. Немаловажно, что полотна сетки были заранее вырезаны по трафаретам, подготовленным с помощью трехмерной CAD-модели. На сеть из колец были уложены два слоя дополнительной мелкоячеистой сетки для защиты от мелких обломков.
Рис. 7 (слева направо). Бурение с платформы. Установка самой длинной опоры (11 м). Монтаж сетки
Всего через два месяца после начала активной фазы строительства навес был смонтирован и дорога вновь открыта для постоянного движения. Таким образом, общее время выполнения проекта «под ключ» заняло 3,5 месяца! Власти кантона Вале с гордостью презентовали инновационный проект, сэкономивший бюджету 7 миллионов франков.
Рис. 8. Через 3,5 месяца после начала проекта дорога вновь открыта для движения
Д-р Аксель Фольквайн, Швейцарский государственный институт леса, снега и лавин, Бирменсдорф, Швейцария
Д-р Коринна Венделер, Геобругг АГ, Защитные системы, Романсхорн, Швейцария
