Опалубка погружаемого кессона: ключевое оборудование для безопасного строительства подземных сооружений 

1. Основное определение и принцип работы опалубки погружаемого кессона

Опалубка погружаемого кессона — это специализированное оборудование, применяемое в строительстве подземных сооружений. Она представляет собой замкнутую или полузамкнутую камерную конструкцию, изготавливаемую на заводе или собираемую непосредственно на строительной площадке. Под действием собственного веса, противовесов или внешних сил опалубка погружается на заданную глубину в грунт, обеспечивая временное или постоянное крепление котлована, тоннеля, линии метрополитена и других подземных объектов.

Основное назначение данной системы заключается в изоляции давления грунта и подземных вод, контроле осадки окружающих слоёв, защите наземных зданий и инженерных коммуникаций, а также создании устойчивого и безопасного рабочего пространства для выполнения арматурных, бетонных и других строительных работ внутри подземного сооружения.

С точки зрения принципа действия, опалубка погружаемого кессона изготавливается, как правило, из листовой стали и профильного металла, обладающих высокой прочностью, устойчивостью к боковому давлению и герметичностью. На строительной площадке сначала выполняется сборка или предварительное изготовление опалубки, после чего она с помощью подъёмного оборудования устанавливается в проектное положение. Далее применяется один из способов погружения — с водооткачкой, без водооткачки или с вибрацией — в зависимости от условий грунта и конструкции.

В процессе погружения опалубка за счёт собственной прочности противостоит боковому давлению грунта и гидростатическому напору подземных вод, формируя замкнутую строительную камеру. После выемки внутреннего грунта и завершения строительных работ подземной части сооружения опалубка может быть оставлена как элемент постоянной конструкции или демонтирована для повторного использования в других проектах.

2. Основные области применения опалубки погружаемого кессона

(1) Гидротехническое строительство: «Подводный барьер» против давления воды и грунта
В гидротехнических сооружениях опалубка погружаемого кессона благодаря высокой герметичности и несущей способности служит ключевым элементом при укреплении русел рек, строительстве портов, причалов, плотин и водохранилищ.
Например, при расширении русла реки или проведении дноочистительных работ для предотвращения обрушения откосов и вымывания грунта вдоль берегов устанавливаются кессонные опалубки, погружаемые по обе стороны строительной зоны. Они формируют временную водо- и грунтозащитную стенку, обеспечивая безопасность подводных земляных и бетонных работ.
В строительстве фундаментов портовых причалов крупногабаритные предварительно изготовленные кессонные опалубки используются в качестве внешнего корпуса постоянных конструкций. Путём буксировки, подъёма и погружения они формируют несущую основу причала, значительно повышая его устойчивость к волновым нагрузкам и долговечность.
При возведении противофильтрационных сооружений в водохранилищах кессонные опалубки применяются для устройства подземных противофильтрационных стен, эффективно предотвращая просачивание подземных вод и обеспечивая безопасность хранения воды.

(2) Транспортное строительство: «Инструмент эффективности» при сложных геологических условиях
Транспортное строительство — одна из основных сфер применения опалубки погружаемого кессона, особенно при возведении метрополитенов, тоннелей и мостов, где требуются повышенная точность и безопасность работ в сложных грунтовых и городских условиях.
В строительстве котлованов станций метрополитена в центральных районах городов, где плотная застройка и насыщенность подземными коммуникациями, традиционная открытая выемка может вызвать осадку поверхности. Применение кессонной опалубки в качестве опорной конструкции позволяет реализовать принцип «одновременного погружения, выемки и бетонирования», что минимизирует воздействие на окружающие здания и сети и значительно сокращает сроки строительства.
При строительстве устьев подводных тоннелей, часто расположенных в мягких грунтах или в районах с высоким уровнем грунтовых вод, кессонная опалубка быстро формирует замкнутую опорную систему, противостоящую давлению воды и риску обрушения. Это обеспечивает безопасные условия для запуска или приёма проходческого щита.
В строительстве мостовых фундаментов, особенно при пересечении рек и озёр, опалубка погружаемого кессона применяется в качестве подводного основания опор. Погружённая ниже дна русла и залитая бетоном, она образует прочное и устойчивое основание моста, подходящее для глубоководных и геологически сложных условий.

(3) Прочие инфраструктурные объекты: «Надёжная опора» для расширения подземного пространства
Помимо гидротехнических и транспортных объектов, кессонные опалубки широко используются при строительстве городских подземных инженерных коллекторов, подземных парковок, очистных сооружений и других инфраструктурных комплексов.
При строительстве подземных инженерных коллекторов, объединяющих линии электроснабжения, связи, водоснабжения и канализации, необходимо обеспечить сохранность дорог и коммуникаций. Кессонная опалубка используется в качестве опорной конструкции котлована, что позволяет применять щадящие методы строительства типа «мелкое заложение — скрытая проходка», минимизируя влияние на транспортное движение.
В строительстве подземных парковок в центральных районах городов, где ограничена площадь и повышены требования к окружающей застройке, технология кессонной опалубки позволяет вести вертикальную выемку и эффективно использовать подземное пространство без ущерба для соседних сооружений.
В сооружениях очистных станций — резервуарах, отстойниках и других подземных емкостях, требующих высокой водонепроницаемости, кессонная опалубка применяется как внешняя форма бетонных стен. После заливки она становится частью постоянной конструкции, совмещая функции опоры и гидроизоляции, что повышает устойчивость и герметичность сооружений.

3. Технические особенности и тенденции развития кессонной опалубки
Широкое применение опалубки погружаемого кессона в подземном строительстве объясняется её техническими преимуществами:

1. Высокая адаптивность — конструкция может проектироваться в различных размерах и формах, применима для мягких, песчаных и скальных грунтов.

2. Безопасность — замкнутая камера эффективно изолирует давление воды и грунта, контролирует осадку и обеспечивает безопасность персонала и окружающих объектов.

3. Высокая эффективность строительства — благодаря высокой степени предварительного изготовления возможна заводская сборка и быстрая установка на площадке, что значительно сокращает сроки работ.

4. Экономичность и экологичность — отдельные элементы кессонной опалубки могут использоваться повторно, снижая материальные затраты и воздействие на окружающую среду, соответствуя концепции «зелёного строительства».

   С ростом масштабов освоения подземного пространства технология опалубки погружаемого кессона также непрерывно развивается и совершенствуется. В будущем данное оборудование будет двигаться в направлении укрупнения, интеллектуализации и экологизации.

   С одной стороны, для удовлетворения потребностей сверхглубоких и крупнопролётных подземных сооружений будут разрабатываться кессонные опалубки больших размеров и повышенной прочности, способные выдерживать большие нагрузки и погружаться на значительную глубину.

   С другой стороны, интеграция технологий BIM, систем автоматического управления и цифрового мониторинга позволит реализовать точное позиционирование, интеллектуальное управление процессом погружения и мониторинг в реальном времени, что существенно повысит точность и безопасность строительства.

   Одновременно с этим широкое применение экологически чистых материалов и энергосберегающих технологий в производстве и монтаже кессонных опалубок будет способствовать снижению энергопотребления и загрязнения окружающей среды, направляя развитие подземного строительства в сторону «зелёного» и низкоуглеродного развития.