CC BY
43
Pavlov Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tambov, Tambov State Technical University,
Artemova Svetlana Valerievna, doctor of technical sciences, professor, SArte-mova@yandex. ru, professor, Russia, Moscow, MIREA - Russian Technological University,
Gribkov Aleksey Nikolaevich, doctor of technical sciences, head of the department, gribkovalexey@ya. ru, Russia, Tambov, Tambov State Technical University,
Belousov Oleg Andreevich, candidate of technical sciences, docent, jiour314@gmail. com, Russia, Tambov, Tambov State Technical University,
Belyaev Maksim Pavlovich, candidate of technical science, head of research department, belyaev_mp@mail. ru, Russia, Voronezh, Air Force Academy named after Professor N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarina,
Nagornova Irina Viktorovna, candidate of technical science, head of the department, irine. nagornova@yandex. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
УДК 681.518.2
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ, СВЯЗАННЫХ С ПРОИЗВОДСТВОМ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ, ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ЗДАНИЯ МЕТОДОМ «UP-DOWN»
Т.Х. Бидов, В.С. Коновалов, К.С. Байсякина
В данной статье проведен обзор способа возведения зданий методом «Up-Down». Представлен ряд технических процессов, связанных с поэтапным производством земляных работ при данном методе. Предложена научно-техническая гипотеза, состоящая в предположении о возможности повышения эффективности возведения подземной части здания по методу «Up-Down». Выявлены факторы, оказывающие влияние на принятие организационно-технических решений при строительстве. Сформирована научная база для формирования инструмента по комплексной оценке организационно-технологических решений при производстве подземной части здания по методу «Up-Down».
Ключевые слова: метод строительства «Up-Down», оптимизация строительных процессов, организационно-технологический потенциал.
На сегодняшний день, плотная застройка городов и дефицит свободного пространства вынуждает все больше осваивать подземное строительство. В крупных городах России объем подземной застройки возрастает с каждым годом, так как это наиболее эффективный способ устройства территорий. Одной из таких технологий является метод «Up-Down» (полузакрытый способ работ).
Зачастую задачи, связанные с возведением высотных сооружений, требуют рационального использования подземного пространства [18, 19]. По современным требованиям большинство офисных и жилых зданий должны иметь подземные парковки. В некоторых случаях, расположение отметки пола нижнего яруса может достигать глубины до -36 м от уровня «чистого пола».
Метод «сверху-вниз» заключается в том, что первоначально в грунте устраивают выемки и траншеи, в которых по технологии «стена в грунте» возводят стены подземного сооружения. При отрывке траншей применяют землеройные машины циклического действия — грейферы, фрезерные установки и т.д., они изымают грунт на поверхность и переносят за территорию строительной площадки. Так как в условиях плотной застройки вблизи возводимого сооружения расположены фундаменты уже существующих зданий, данные работы выполняются захватками.
Следующим этапом возведения подземного сооружения этим методом является поуровневая разработка грунта по всей ширине здания и бетонирование перекрытий распорками, которые в свою очередь обеспечивают дополнительную жесткость сооружения. При многоярусной застройке грунт под перекрытиями разрабатывается с помощью малогабаритных экскаваторов на гусеничном ходу, обычных бульдозеров или малогабаритных погрузчиков. На поверхность разработанный грунт извлекается посредством грейферного экскаватора, через заранее оставленные отверстия в перекрытии либо с помощью автосамосвалов [5].
Существуют три основных техники разработки грунта слоями и устройства железобетонных перекрытий.
1. Первый технологический прием заключается в первоочередном возведении перекрытий безопалубочным методом, после которого следует поярусная разработка грунта [2]. Этот способ имеет повышенную трудоемкость работ.
2. Второй метод включает в себя сначала поярусную разработку грунта, а затем последующее бетонирование перекрытий с помощью опалубки, опирающейся на разработанное основание [3]. Этот метод менее трудоемок, но при этом возникают большие горизонтальные усилия в ограждении.
3. Третий прием сочетает в себе как элементы технологии возведения первым способом (безопалубочным), так и с опиранием опалубки на разработанное грунтовое основание [4]. Комбинирование этих методов (на основании технико-экономического сравнения): верхние перекрытия устраивают по второму методу (с опережающей разработкой грунта), а нижние по первому (с опережающим возведением перекрытий) также широко применяется.
Буровые колонны и траншейные стены выполняют функции опорных элементов будущих конструкций верхнего строения. Башенный кран устанавливается стационарно в специально усиленной зоне на перекрытие
в уровне земли при достижении 75% прочности бетона самого перекрытия. При достижении 100% прочности бетона перекрытия начинается возведение последующих подземных этажей [6].
На выбор наиболее эффективного комплекта машин для осуществления данных работ влияют многочисленные факторы: уровень сложности земляных работ, рельеф местности, дальность перевозки грунта, эффективность рабочего органа, а также геологические, гидрологические и климатические условия. По многофакторному анализу сегодня проведено большое количество исследований [20-29]. Но при возведении подземных сооружений методом «Up-Down» в условиях плотной застройки, сегодня, нет четкой системной модели, которая могла бы рассмотреть целый ряд факторов и предложить наиболее оптимальный вариант комбинаций данных параметров. Например, известно, что большой проблемой в данных условиях является невозможность размещения крупногабаритной техники на строительной площадке, поэтому при использовании метода «Up-Down» используются непосредственно малогабаритные строительные машины [1].
Однако, не только ограниченность площадей, выделенных для участка застройки, осложняет ситуацию возведения сооружений. Местная специфика и гидрогеологические условия зачастую делают задачу возведения подземных объектов очень непростой. Исходя из гидрогеологических условий подземного строительства крупных городов России, можно сделать вывод, что примерно в 20% случаев подземные сооружения возводятся на неустойчивых грунтах, имеющих низкие показатели коэффициента фильтрации. Такие условия в городе Москва составляют приблизительно 24% общего объема строительства под землей. В этих условиях необходимо использовать специальные способы производства работ [3].
При оценке рассматриваемого метода следует отметить, что при правильном использовании технологии его реализации в условиях плотной городской застройки, он вполне отвечает требованиям безопасности строительства. Метод позволяет строить подземные объекты вблизи сооружений, зданий и подземных коммуникаций. Анализируя метод строительства «Up-Down» в России, можно сделать вывод, что при несоблюдении технического регламента возведенные объекты будут иметь серьезные дефекты. Наиболее распространенной причиной сложившейся ситуации является отсутствие в некоторых случаях современных технических средств контроля за вертикальностью в процессе выемки грунта из траншей, не учет реальных гидрогеологических условий в процессе строительства, низкая квалификация и исполнительская дисциплина.
Также важно учесть технологические процессы для производства
грунта:
1. Для строительства протяженных сооружений, находящихся под землей, таких как железнодорожные и пешеходные тоннели, грунт разрабатывают с одной стороны портальных участков, имеющих один общий проем [4]. При этом используют следующую технику:
- породопогрузочные машины;
- малогабаритные экскаваторы;
- бульдозеры.
Разработанный грунт транспортируют конвейерным транспортом, в вагонетках или автосамосвалах [7].
2. Для многоэтажных подземных сооружений (подземные стоянки и т.п.) разработка грунта ведется слоями сверху вниз. Грунт извлекают на поверхность автосамосвалами либо бадьями через отверстия в перекрытии с использованием автокрана [8]. Сами межярусные конструкции возводят:
На рис. 1 снизу вверх (рис. 1) — после возведения несущих стен в траншее их закрепляют анкерами или расстрелами в одно и то же время с разработкой грунта. По завершению разработки грунта возводят многоярусные перекрытия по всей глубине сооружения, начиная со дна котлована [9].
Рис. 1. Последовательность работ при строительстве подземных сооружений снизу-вверх: I - возведение несущих стен; II - закрепление
стен анкерами и разработка грунта в котловане; III - возведение перекрытий; IV - засыпка котлована и восстановление поверхности
На рис. 2 сверху вниз (рис. 2) — когда несущие стены в траншее уже возведены, разрабатывают грунт на высоту яруса, а потом возводят перекрытие. При необходимости данный цикл может повторяться [10].
Проблема размещения крупногабаритной техники на строительной площадке при возведении подземного сооружения в условиях плотной застройки несет свои негативные последствия при строительстве.
На сегодняшний день нет четкого алгоритма, который позволил бы нам выбрать оптимальные параметры строительства при данном методе. Создание единого инструмента по комплексной оценке организационно-технологических решений позволило бы нам оптимизировать и повысить эффективность строительства по методу «Up-Down». В качестве такого инструмента предлагается использовать понятие «Потенциал организационно-технологических решений» [20].
II
Рис. 2. Последовательность работ при строительстве подземных сооружений сверху-вниз: I' - возведение несущих стен; II' - раскопка котлована и возведение перекрытия; III' - обратная засыпка и восстановление поверхности; IV ' - разработка грунта и возведение перекрытий
Организационно-технологические решения во многом зависят от целого комплекса взаимосвязанных друг с другом факторов [17]. Для полноценной оценки организационно-технологических решений необходимо использование следующих моментов:
в полной мере понимать поведение массива грунта под предполагаемым основанием;
производить постоянный мониторинг поведения грунта и деформационных характеристик застройки на протяжении всего строительства и на начальном этапе введения сооружения в эксплуатационный режим;
подобрать наиболее подходящих строительных машин с учетом условий, выявленных ранее;
организация труда рабочих и ИТР;
построение математической модели (количественная и качественная оценка).
Для реализации требуемого качества выполнения строительных работ необходимо, чтобы возможные отклонения от проекта соответствовали установленным допускам [11-15]. Для практического применения качественных характеристик необходимо располагать количественными показателями (критериями), которые позволяют отнести реальные строительные условия к той или иной группе сложных условий при использовании математического инструмента, позволяющего аналитическим способом оценить параметры рассмотренных факторов.
С помощью метода бинарной логистической регрессии можно исследовать зависимость переменных, имеющих только два возможных значения. Как правило, речь идёт о некотором событии, которое может произойти или
не произойти; бинарная логистическая регрессия в таком случае рассчитывает вероятность наступления события в зависимости от значений независимых переменных [16].
Ниже представлена множественная линейная регрессия, в которой зависимая переменная является линейной функцией независимых переменных,
у = Ъх • хх + Ь2 ■ х2 + Ь3 ■ х3 + ••• + Ъп ■ хп + а, (1)
где хг - значения независимых переменных; Ъг - коэффициенты, расчёт которых является задачей бинарной логистической регрессии; а - некоторая константа.
Вычислив стандартные коэффициенты регрессии, можно оценить вероятность исхода события.
Также для решения данной проблемы можно применить следующее регрессионное уравнение:
где р - вероятность того, что произойдет данное событие или нет; е - основание натуральных логарифмов; у-стандартное уравнение регрессии [16].
Множество факторов зависит от возможностей строительных организаций: наличие финансов на приобретение наиболее эффективной техники, обучение высококвалифицированных кадров, наиболее точный и добросовестный мониторинг строительной конструкции и т.п. Соблюдение предложенного алгоритма поможет оптимизировать процессы, связанные с производством земляных работ при устройстве здания методом «Up-Down».
Выводы: проведенный анализ дал возможность установить проблему отсутствия единого подхода при возведении зданий методом «Up-Down». Формирование системы организационно-технологических решений, связанных с производством земляных работ, при строительстве здания таким методом позволит оптимизировать технико-экономические показатели, что является сегодня актуальной задачей. Принимая во внимание отечественный и зарубежный опыт, необходимо подойти к решению данной задачи комплексно, с использованием современных подходов и механизмов, которые позволят оптимизировать процессы, связанные с производством земляных работ при возведении зданий методом «Up-Down». В дальнейшем планируется проведение экспертного опроса, для выявления наиболее значимых параметров, которые были определены в данной работе, и формирование, на основе полученных значений, математической модели.
Список литературы
1. Копотилова A.C. Особенности строительства в условиях плотной городской застройки // Молодой ученый. 2017. С. 116-118.
2. Ильичев В.А., Голубев Г.Е., Замараев A.B., Скачко А.Н., Игнатова О.И., Буданов В.Г., Короткова О.Н. Руководство по комплексному освоению подземного пространства крупных городов // Москомархитектура, 2004. С. 70-73.
3. Шуплик М.Н. Анализ специальных способов строительства подземных сооружений в городских условиях // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2013. С. 524-525.
4. Конюхов Д.С. Строительство городских подземных сооружений мелкого заложения. Специальные работы. М.: Архитектура-С, 2005. С. 7-80.
5. Картозия Б. А., Корчаков А.В. Классификация и критерии оценки сложных горно-геологических условий при строительстве подземных сооружений // Горный информационно-аналитический бюллетень, 1996. С.15-23.
6. Сопегин Г.В., Сурсанов Д.Н. Перспективы применения технологии строительства методом «Top-Down» в условиях города Перми // Вестник ПНИПУ, 2016. С. 148-151.
7. Ткаченко А.И. Технология строительства методом «Top&Down» // Томский государственный архитектурно-строительный университет, 2018. С. 821-823.
8. Казакова Н.Е. Повышение квалификации как фактор обеспечения компетентности персонала при строительстве телекоммуникационных объектов и сооружений связи // Электронный научный журнал «Век Качества», 2016. №3. С.3-4.
9. Юркевич П.Б. Возведение монолитных железобетонных перекрытий при полузакрытом способе строительства подземных сооружений // Подземное пространство мира, 2002. №1. С. 13-22.
10. Топчий Д.В., Кочурина Е.О., Залманов А.А. Технология «Top and down» // Международный центр по развитию и внедрению механизмов саморегулирования, 2016. С. 7-10.
11. Айгумов М.М., Снарский В.И., Снарский С.В. Технология возведения подземных сооружений // Издательство Саратовский государственный технический университет, 2009. С. 24-30.
12. Chang-Yu Ou. Deep Excavations. Theory and Practice // London: Taylor & Francis, 2006. С. 459-498.
13. Ершов М.Н., Лапидус А.А., Теличенко В.И. Технологические процессы в строительстве. Книга 2. Технологические процессы переработки грунта // Издательство ACB, 2016. С. 41-57.
14. Штоль Т.М., Теличенко В.И., Феклин В.И. Технология возведения подземной части зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1990. С. 99-142.
15. Леденев В.В., Ярцев В.П. Обследование и мониторинг строительных конструкций зданий и сооружений. Тамбов: Издательство ТГТУ, 2017. C.115-180.
16. Жилина Е.В. Использование бинарной логистической регрессии для оценки качества адаптивного теста // Вестник Томского государственного университета, 2010. С. 106.
17. Бидов Т.Х. Организационно-технологические и управленческие решения использования методов неразрушающего контроля при возведении монолитных конструкций // Научное обозрение, 2017. № 13. С. 54-57.
252
18. Бидов Т.Х., Аветисян Р.Т. Формирование производственно-технологических модулей // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 496-498.
19. Бидов Т.Х., Аветисян Р.Т. Разработка организационно-технологической модели потенциала устройства временного крепления стенок выемок при производстве работ нулевого цикла // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 427-431.
20. Лапидус А. А. Потенциал эффективности организационно-технологических решений строительного объекта // Вестник МГСУ. 2014. № 1. С.175 - 180.
21. Лапидус А. А., Бидов Т.Х. Формирование производственно-технологических модулей, обосновывающих использование методов неразру-шающего контроля при возведении монолитных конструкций гражданских зданий // Наука и бизнес: пути развития. 2019. №1. С. 31-36.
22. Хаев Т.Э., Аветисян Р.Т. Факторы, влияющие на принятие организационно-технологических решений при выборе конструктивных методов креплений стенок выемок и котлованов // Наука и бизнес: пути развития, 2019. С. 85-87.
23. Хубаев А.О. Описание эксперимента при расчете потенциала производства зимнего бетонирования // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 247-252.
24. Хубаев А.О., Бидов Т.Х. Организационно-технологический потенциал использования методов неразрушающего контроля при производстве бетонных работ в зимний период // Наука и бизнес: пути развития -2018. №4. С. 101-104.
25. Хубаев А.О., Бидов Т.Х. Организационно-технологический потенциал использования методов неразрушающего контроля при производстве бетонных работ в зимний период // Наука и бизнес: пути развития, 2018. С. 101-104.
26. Lapidus A., Bidov T., Khubaev A. The study of the calibration dependences used when testing the concrete strength by nondestructive methods // MATEC Web of Conferences. 2017. V. 117. P. 00094. DOI: https://doi.org/ 10.1051 /matecconf/201711700094.
27. Lapidus A., Khubaev A., Bidov T. Organizational and technological solutions justifying use of non-destructive methods of control when building monolithic constructions of civil buildings and structures // MATEC Web of Conferences. 2019. V. 251. P. 05014.
28. Lapidus A., Khubaev A., Bidov T. Development of a three-tier system of parameters in the formation of the organizational and technological potential of using non-destructive testing methods // E3S Web of Conferences. 2019. V. 97. P. 06037. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/20199706037.
29. Lapidus A., Kangezova M., Bidov T. Systematization of organizational and technological aspects of scientific technical support of buildings and constructions over 100m high // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. V. 698. P. 022091.
Бидов Тембот Хасанбиевич, старший преподаватель, tembotO7@,bk.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет,
Коновалов Владимир Сергеевич, студент, mr.konovalovl999amail.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет,
Байсякина Ксения Сергеевна, студент, xeniva-baya yandex. ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
OPTIMIZA TION OF PROCESSES ASSOCIA TED WITH THE PRODUCTION OF EARTHWORKS DURING THE CONSTRUCTION OF A BUILDING USING THE
« UP-DO WN» METHOD
T.Kh. Bidov, V.S. Konovalov, K.S. Baysyakina
The article provides an overview of the method of building construction using the « Up-Down» coostructioo methhd.A numbee of techhical processes related to the phased production of earthworks using this method are presented. A scientific and technical hypothesis is proposed, which consists of a proposal to improve the efficiency of the construction of the underground part of the building using the «Up-Down» meehod. The factors that influence the adoption of organizational and technical decisions during construction are identified. The scientific base for forming a tool for a comprehensive assessment of organizational and technological solutions in the production of the underground part of the building using the «Up-Down» method has been formed.
Key words: «Up-Down» codutructiod method. odtimizalion of construction processes, organizational and technological potential.
Bidov Tembot Khasanbievich, senior lecturer, tembotO 7@bk. ru, Russia, Moscow, National research Moscow state University of civil engineering,
Konovalov Vladimir Sergeevich, student, mr.konovalovl999amail.ru, Russia, Moscow, National research Moscow state University of civil engineering,
Baysyakina Ksenia Sergeevna, student, xeniva-bava^^andex.ru, Russia, Moscow, National research Moscow state University of civil engineering
