XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Создание инфраструктуры для высокоскоростных магистралей представляет собой комплекс уникальных инженерных задач, где традиционные подходы к строительству зачастую оказываются несостоятельными как по срокам, так и по экономической эффективности. Высокие требования к геометрии пути, долговечности конструкций и минимизации будущих эксплуатационных затрат делают массовое применение искусственных сооружений – мостов, виадуков и тоннелей – неизбежным. Однако их возведение «мокрым» способом непосредственно на трассе сталкивается с непреодолимыми ограничениями: зависимостью от погодных условий, длительным циклом набора прочности бетона, трудностями контроля качества в полевых условиях и колоссальными логистическими издержками. Именно эти вызовы превращают модульное, или заводское, строительство из одной из возможных технологий в основополагающий принцип реализации проектов ВСМ. Сущность данного подхода заключается в радикальном изменении парадигмы: максимальный объем работ переносится со строительной площадки в контролируемые условия специализированных производственных предприятий. На заводе, в цеху, создаются стандартизированные элементы – балки пролетных строений, блоки опор, сегменты обделки тоннелей. Это позволяет добиться недостижимого на стройплощадке уровня точности, однородности материала и контроля каждого технологического этапа. Процессы таким образом разделяются и идут параллельно: пока на трассе ведутся земляные работы и сооружаются фундаменты, на заводе в непрерывном режиме изготавливаются элементы будущих конструкций. В результате на самой магистрали работы сводятся к точному монтажу готовых модулей с помощью высокопроизводительной техники, что напоминает сборку сложного, но предсказуемого конструктора. Такой индустриальный подход кардинально меняет экономику проекта. Основной источник экономии – беспрецедентное сокращение сроков строительства. В условиях крупного инфраструктурного проекта каждый день простоя или задержки оборачивается колоссальными финансовыми потерями, связанными с обслуживанием кредитов, арендой оборудования и содержанием персонала. Модульные технологии, позволяя вести работы параллельно и в любых погодных условиях, способны сократить общее время возведения объектов на 40–60%. Для протяженной трассы ВСМ это означает не месяцы, а годы экономии, что напрямую снижает бюджетную нагрузку и ускоряет окупаемость. Второй фундаментальный аспект – снижение совокупной стоимости владения на всем жизненном цикле объекта. Капитальные вложения в создание завода-изготовителя и оснастки, будучи значительными, распределяются на сотни и тысячи однотипных элементов, снижая удельную стоимость каждого. Но главный экономический эффект проявляется позже. Заводское качество бетона, точное соблюдение технологии предварительного напряжения, защита от коррозии, заложенная на этапе производства, – все это на порядки повышает долговечность и надежность конструкций. Срок службы мостовых пролетов и тоннельных обделок, изготовленных по такой технологии, может уверенно прогнозироваться на уровне 100 лет и более с минимальными затратами на обслуживание. Для оператора ВСМ это означает радикальное снижение ежегодных эксплуатационных и ремонтных издержек на протяжении всего периода эксплуатации, что является решающим фактором для долгосрочной экономической модели магистрали.

В области мостостроения для ВСМ модульность нашла воплощение в широком применении сборных предварительно напряженных балок, чаще всего коробчатого сечения. Их изготовление на стационарных стендах позволяет с высочайшей точностью контролировать параметры предварительного напряжения и геометрию, что критически важно для обеспечения плавности хода высокоскоростного поезда. Знаковым технологическим прорывом стало внедрение сверхвысокопрочного бетона (UHPC). Этот материал, обладающий прочностью на сжатие более 150 МПа и улучшенными характеристиками по трещиностойкости благодаря дисперсному армированию стальной фиброй, позволяет создавать более легкие и прочные конструкции. Снижение собственного веса балки на 30–40% при сохранении несущей способности дает каскадный положительный эффект: упрощается транспортировка крупногабаритных элементов, снижаются требования к грузоподъемности монтажной техники, уменьшаются нагрузки на опоры и фундаменты, что в итоге ведет к общей экономии материалов. Методы монтажа также эволюционировали в сторону повышения скорости и минимизации воздействия на окружающую среду. Помимо классической установки мощными кранами, для ВСМ особенно актуальны две технологии. Надвижка пролетного строения – метод, при котором пролет собирается на одном берегу препятствия или на специальном стапеле, а затем с помощью системы гидравлических домкратов постепенно перемещается на проектные опоры. Этот способ незаменим при пересечении действующих автотрасс, железных дорог, водных артерий или глубоких ущелий, так как не требует остановки движения нижележащего транспорта и сооружения временных дорогостоящих эстакад. Балочно-укосинный способ, или монтаж с помощью пусковой фермы (Launching Girder), представляет собой еще более совершенный механизм. Специальная самоходная ферма, опираясь на уже возведенную часть эстакады, захватывает очередную балку, перемещает ее вперед и точно устанавливает на следующие опоры. Этот процесс цикличный и высокопроизводительный, идеально подходящий для строительства длинных эстакад в сложных географических условиях.

В тоннелестроении требования ВСМ к минимальному радиусу кривых, точному соблюдению габарита и гладкости внутренней поверхности для снижения аэродинамического сопротивления делают щитовую проходку с обделкой из сборных элементов фактически безальтернативной. Здесь модульность достигает своего апогея в виде сегментных обделок. Тюбинги, изготавливаемые на высокоточных виброформах с допусками в доли миллиметра, представляют собой сложные железобетонные изделия трапециевидной формы. После доставки в забой тоннелепроходческого комплекса (ТПК) они оперативно собираются в замковое кольцо непосредственно за хвостовой частью щита. Применение фибробетона или UHPC для сегментов позволяет уменьшить толщину обделки при повышении ее прочности, что увеличивает эффективный диаметр тоннеля или снижает объем разработки грунта. Успех такой технологии целиком зависит от безупречной организации логистики. Завод по производству сегментов, как правило, размещается в непосредственной близости от портала, создавая непрерывный конвейер: изготовление – выдерживание – транспортировка – монтаж. Любой сбой в этой цепочке останавливает всю проходку, поэтому синхронизация процессов становится критической задачей, решаемой с помощью современных систем планирования.

Интегральным инструментом, связывающим воедино все этапы – от проектирования и изготовления до монтажа и эксплуатации, – выступает информационное моделирование (BIM). Создание детальной цифровой модели будущего объекта позволяет на виртуальном прототипе отработать все технологические стыки, смоделировать процессы монтажа, оптимизировать логистику и выявить потенциальные коллизии до начала реального строительства. BIM-модель становится единым источником правды для всех участников проекта: проектировщиков, производителей, строителей. В дальнейшем она трансформируется в цифрового двойника сооружения, аккумулируя данные о его состоянии на протяжении всего жизненного цикла, что позволяет перейти от планово-предупредительного к прогнозному техническому обслуживанию, минимизируя простои и непредвиденные затраты. Несмотря на очевидные преимущества, внедрение модульных технологий сталкивается с рядом барьеров. Это высокие первоначальные инвестиции в создание производственной базы, необходимость пересмотра нормативной документации, часто не адаптированной под индустриальные методы, потребность в переподготовке кадров и кардинальное ужесточение требований к точности проектирования и геодезического сопровождения. Однако мировой опыт – от японских синкансэнов и европейских линий типа Crossrail до современных китайских ВСМ – однозначно доказывает, что эти барьеры преодолимы, а достигаемый эффект в виде ускорения строительства, снижения стоимости жизненного цикла и повышения качества инфраструктуры делает модульное строительство не просто технологией, а стратегическим императивом для успешной реализации проектов высокоскоростных магистралей.

Список литературы

1. Бадьин, Г. М. Индустриальные методы в транспортном строительстве / Г. М. Бадьин. — М.: Издательство АСВ, 2018. — 456 с.

2. Евдокимов, С. Н., Коробов, В. Г. Скоростное строительство мостовых сооружений с применением сборного железобетона / С. Н. Евдокимов, В. Г. Коробов // Транспортное строительство. — 2021. — № 5. — С. 12–17.

3. Капранов, В. В. Применение сверхвысокопрочных фибробетонов в мостах / В. В. Капранов // Бетон и железобетон. — 2020. — № 3. — С. 48–55.

4. Леонович, С. Н. Анализ мирового опыта строительства высокоскоростных железнодорожных магистралей / С. Н. Леонович // Железнодорожный транспорт. — 2019. — № 7. — С. 34–41.

5. Мангушев, Р. А., Ольховский, А. А. Современные технологии тоннелестроения / Р. А. Мангушев, А. А. Ольховский. — СПб.: Издательство Политехнического университета, 2019. — 512 с.