Структура рынка и объем потребления проходческих щитов в России

Щитовая проходка применяется при устройстве коллекторов и тоннелей, предусматривает разработку грунта под прикрытием щита и закрепление коллектора или тоннеля сборными чугунными, железобетонными тюбингами или монолитным бетоном, а также керамическими блоками. Щитовую проходку ведут обычно с помощью проходческого щита, изготовленного в виде металлической оболочки, диаметр которой равен наружному диаметру сооружаемого тоннеля.

Щит состоит из трех основных частей:

- передней — режущей клиновидой формы с козырьком или без него;

- средней — опорной, где размещаются домкраты;

- задней — хвостовой.

Щит вдавливается в грунт гидравлическими домкратами, а грунт перед щитом разрабатывают ручным или механическим способом. Сооружение обделки (стенок) коллектора выполняют в хвостовой части щита.

Щитопроходческие работы выполняют обычно в три стадии.

На первой (подготовительной) устраивают монтажную или начальную шахту для опускания щита в забой, подводят электроэнергию, устраивают вентиляцию и т.п. Прокладывают также пути для откатки грунта, оборудуют шахтный двор, т. е. стройплощадку. В начальной шахте устраивают свайный упор и монтируют на проектной отметке проходческий щит.

На второй стадии начинают проходку - передвижку щита, включающую разработку грунта в забое, продвижение щита, монтаж блочной или возведение монолитной обделки.

На третьей стадии, если тоннель используется как самотечный трубопровод (канализационный коллектор), внутри него устраивают лоток.

Для разработки крепких пород применяют отбойные молотки либо взрывной метод.

При щитовой проходке в особо сложных горно-геологических условиях находят применение специальные способы закрепления пересекаемых пород непосредственно из забоя и через скважины, пробуриваемые с поверхности:

- водопонижение;

- искусственное замораживание;

- кессон;

- химическое закрепление.

При сооружении подводных тоннелей методом щитовой проходки иногда используют щиты с закрытой призабойной частью, внедряемые в слабоустойчивый грунт путём вдавливания с частичным отбором грунта (либо без него).

Проходческие щиты имеют подразделения на щиты механического действия и немеханического действия. Немеханизированный щит практически не выгоняет никаких функций, кроме того, что служит так называемым защитным от разрушения средством, в то время, пока рабочие выполняют все физические работы самостоятельно, посредством применения отбойных молотков.

К данному виду можно отнести щиты проходческие оснащенные кессонном. Они используются в водонасыщенных местах. На данном щите вмонтирована специальная заслонка, куда происходит скопление воздуха под высоким давлением, посредством чего происходит откачка воды из грунта.

К механизированным типам проходческих щитов относится такой вид технических устройств, при использовании которых применение человеческого тяжелого труда практически не требуется. Здесь имеется в виду уже практически готовый комплекс. При разработке тоннелей часто используются проходческие комбайны.13

Объём рынка проходческих щитов в России в 2012-2014 г. нельзя назвать стабильно растущим. Его объём крайне зависим от состояния отраслей-потребителей (в основном, конечно, от объёмов инвестиций их в развитие).

Структура рынка крайне неоднородна в натуральном и стоимостном выражениях. К примеру, для строительства метрополитена или железнодорожного тоннеля за год возможна покупка нескольких щитов, что в структуре рынка по количеству единиц оборудования может составлять около 5%, в денежном же выражении покупка этих щитов может обеспечить 80-90% исследуемого рынка. Поэтому объём и динамику рынка в РФ следует рассматривать как в количественном, так и в стоимостном выражении.

Таблица 11. Объём рынка проходческих щитов в РФ в 2012-2014 гг., шт. [28]

Щиты (по назначению выработок)	Средние диаметры, м	2012 г.	2013 г.	2014 г. (п)
Для проходки тоннелей метрополитена	6; 6,15; 6,25 м	20,0	12,0	10,0
Для строительства автодорожных тоннелей и ж/д тоннелей	от 7 до 12 м	11,0	2,0	-
Коммунальное строительство	до 4 м	46,0	50,0	20,0
Для угольных шахт, рудных шахт, калийных солей	от 4 м	-	-	-
Всего	77,0	64,0	64,0	30,0

Ёмкость рынка проходческих щитов также имеет некоторые особенности. В части строительства таких подземных сооружений как тоннели метрополитенов, транспортные тоннели, подводные тоннели объём рынка равен ёмкости. Иначе говоря, если проект предполагает применение проходческого щита, то щит будет закуплен и применён.

А вот в части строительства коллекторов ёмкость рынка превышает его объём. С учётом средних темпов проходки таких тоннелей (данные, конечно, варьируются, но большинство экспертов говорят о 12 м в сутки)15 ёмкость составляет 100-140 единиц оборудования в год.

Для нашей страны, к сожалению, это всегда было большой проблемой. Сведения о подземных коммуникациях не сводились системно в единый документ, а зачастую и вообще не сохранялись. За последние десятилетия ситуация еще больше обострилась, так как многие архивные документы утеряны или находятся в непотребном состоянии, потому что хранилища архивов постоянно «теснили», сдавая в аренду их помещения.18

В настоящее время на базе РОБТ и ОАО ЦНИИС Научно-исследовательский центр «Тоннели и метрополитены» (НИЦ «Тоннели и метрополитены») планируется создание профессионального экспертного совета, куда бы входили представители крупнейших институтов и ведущие специалисты, способные оценивать разрабатываемые технические стандарты и отвечать на возникающие вопросы в процессе внедрения бестраншейных технологий.19

В части же «крупного» строительства (метрополитены, ж/д и автотоннели, добыча полезных ископаемых существует две основных тенденции:

1. Повышение экономичности оборудования. При повышении надёжности проходческих щитов, увеличении скорости их суточной проходки, срока бесперебойной работы и улучшении прочих эксплуатационных характеристик стоимость применения не должна возрастать многократно. Лучше если изменение будет невелико и сопоставимо с положительным эффектом от их применения.

2. Повышение безопасности и экологичности используемого оборудования

На 2015 г. представителями метрополитенов заявлены довольно амбициозные планы по проходке и строительству новых тоннелей и станций. Также планируется строительство некоторых автомобильных тоннелей (г. Москва, Новосибирск, Пермь) и железнодорожных тоннелей (в основном, на БАМе). Угледобывающие компании также пока не планируют снижение темпов добычи, а следовательно – проходки в шахтах. Поэтому в 2015 г. планируется рост рынка проходческих щитов в России.

Таблица Объем рынка щитов в РФ [29]

Щиты (по назначению выработок)	Средние диаметры, м	Объём рынка, шт	Объём рынка, млн. $
Для проходки тоннелей метрополитена	6; 6,15; 6,25 м	20,0	60,0
Для строительства автодорожных тоннелей и ж/д тоннелей	от 7 до 12 м	-	-
Коммунальное строительство	до 4 м
Для угольных шахт, рудных шахт, калийных солей	от 4 м
Всего		44,0	67,2

В натуральном выражении рост рынка составит около 46%. Он будет обеспечен за счёт планируемых закупок оборудования метрополитенами и застройщиками объектов «коммуналки». В денежном выражении рост составит около 80%. Рост обеспечен за счёт покупки оборудования для строительства метро (оборудование это намного дороже, чем оборудование для строительства коллекторов). Такие высокие темпы роста рынка связано с низкой базой расчёта.

Представители добывающих компаний закупать проходческие щиты в 2015 г. не планируют. В основном, в планах закупка проходческих комбайнов. Компании, ведущие строительство транспортных тоннелей на 2015 г. закупку проходческих щитов также не планируют. Применяется техника приобретенная ранее. По мнению аналитиков Megaresearch, такая ситуация связана с нестабильной экономической и политической ситуацией в России. Большинство строительных компаний пока «придерживают» инвестиции и «выжидают».

Вступление России в ВТО и последующее введение экономических санкций против неё способствовало активизации отечественных производителей проходческого оборудования.

В СССР проходческие щиты конструировались и производились отечественными предприятиями. Импорт такого важного оборудования почти отсутствовал. В конце 90-х годов производство было почти полностью остановлено из-за кризисных явлений в экономике нашей страны. С 2000-х годов проходческие щиты закупаются у зарубежных производителей. Сейчас в России большинство оборудования (особенно щитов крупных диаметров от 6 м) – зарубежного производства. Россия попала в ситуацию, когда она крайне зависима от импорта. Поэтому формирующаяся тенденция к переходу на использование оборудования отечественного производства является положительной. Правда, пока что разработки касаются небольших щитов (диаметром до 4 м).

К примеру, был разработан микротоннелепроходческий комплекс МТПК-1550 «Бирюза».21 Разработка эта не новая (впервые МТПК был смонтирован в 2006 г.), но активно продвигать на рынок эту разработку начали с появлением РОБТ и пропагандой импортозамещения.

Микротоннелепроходческий комплекс МТПК-1550 «Бирюза», предназначен для сооружения тоннелей методом продавливания железобетонных, полимербетонных и стальных труб в смешанных, в том числе водонасыщенных грунтах с коэффициентом прочности до ƒ < или = 6 по шкале М.М. Протодьяконова при гидростатическом давлении до 0,3 МПа.

Комплекс состоит из следующих основных частей:

1. Щитовой проходческой микромашины диаметром 1550мм, включающей режущую головку с управляемой поворотной головной частью, оснащенной ротором в герметичной камере с конической дробилкой, центральной и хвостовой части с адаптером для размещения технологического оборудования.

2. Силовой домкратной установки, включающей опорную раму, силовые гидродомкраты, каретку и нажимную плиту.

3. Промежуточной домкратной установки с гидродомкратами.

4. Контейнера управления с размещенным в нем оборудованием управления, контроля и пультом оператора комплекса.

5. Оборудования по тоннелю, оборудования в шахтном стволе и надшахтного оборудования: трубопроводов для подачи воды в забой и откачки пульпы из забоя, гидроциклона для отделения грунта от

воды, эстакады для кантования секций труб сооружаемого тоннеля, установки для приготовления и подачи бентонитового раствора, передвижной электростанции, силовых кабелей, кабелей управления и т. д.

6. Системы ведения щитовой микромашины по трассе, включающей лазерную установку в шахтном стволе и фотоприемное устройство на щитовой микромашине.

7. Гидро- и электрооборудования.

Изготовление и испытание основных узлов МТПК-1550 осуществил Сызранский завод тяжелого машиностроения. Комплектацию, настройку и испытание с реальными нагрузками провел ЦНИИАиГ на специальном стенде. Пульт управления и программное обеспечение функционирования комплекса разработаны ООО «ПЛК системы». Окончательную сборку, настройку и заводские испытания комплекса были проведены ООО «Альянс К». В создании комплекса МТПК -1550 так же приняли участие ОАО «Гидромаш» г. Нижний Новгород, ООО «Пневмостроймашина» г.Екатеринбург, ООО «ЭКУ» г. Москва, ООО «Ресурс и к» г, Новосибирск, ООО «Метроник» г. Москва, ООО «Техноцентр редуктор» г. Ижевск, ООО «Блокформа» г. Владимир.

Фирма «Горизонталь» вывела на рынок свои разработки МТА-320 и МТА-1020. Микрощиты серии МТА выпускаются диаметром 320, 420 и 1020 мм. Бурение происходит с пригрузом бентонитовым раствором. Агрегатами МТА комплектуются все модели горизонтальных бурошнековых установок серии УГБ фирмы Горизонталь.

Появился такой игрок как ЗАО «Энерпром-Инженерные решения», предлагающий проходческие щиты диаметром до 4 м.

Пока что примеры единичные. Но, возможно, в ближайшем будущем рынок проходческих щитов перестанет быть зависимым от импортного оборудования.

Основные факторы, влияющие на рынок строительства подземных выработок (сооружений) с их оценкой приведены в таблице.

Таблица 14. Факторы, влияющие на рынок проходческих щитов в России [27,29]

Факторы	Оценка влияния в баллах
Реализация программ градостроительства в крупных городах РФ
Объём инвестиций в коммерческое строительство
Объём инвестиций в жилищное строительство
Успешная реализация программ жилищного строительства
Объём инвестиций в основной капитал промышленных компаний
Разработка строительных норм и правил для ведения бестраншейного строительства
Реализация программ комплексного градостроительного освоения подземного пространства городов РФ
Реализация энергетической стратегии РФ до 2030 г.
Инвестиционная активность угледобывающих компаний
Инвестиционная активность ОАО «Уралкалий»
Инвестиционная активность метрополитенов (7 городов)
Реализация транспортной стратегии РФ
Инвестиционная активность ОАО «РЖД»
Рост (или «НЕ снижение») объёмов инвестиций в ЖКХ
Реализация проектов к ЧМ по футболу 2018 г.
Отмена или ужесточение экономических санкций против России
Производство проходческих щитов российскими предприятиями
Развитие схем лизинга
Размер кредитных ставок
Курс валют
Общая экономическая ситуация
Внедрение «зелёного» строительства в городах РФ (на законодательном уровне)
Разработка карт подземного пространства городов
Разработка карт гидрогеологических условий

Как наиболее важные, экспертами были выделены: уровень инвестиций в жилищное строительство (особенно, в сфере ЖКХ), освоение инвестиций метрополитенами, уровень инвестиций угледобывающих компаний и реализация проектов к ЧМ по футболу 2018 г.

Освоение инвестиций и рост их объёмов в указанных отраслях будет способствовать стабильному состоянию рынка, а также увеличению его объёмов.

Одним из значимых факторов является разработка карт подземного пространства городов. Многие эксперты рынка отмечают то, что из-за отсутствия объективной информации о структуре почв и пород под городами, инженерных условий и о наличии уже существующих объектов (некоторые сооружения существуют со времён ВОВ) затрудняет подготовку планов освоения этого пространства и проектирования соответствующих сооружений.

Оценка факторов, влияющих на рынок проходческих щитов в России

Табл. 14 и построенная по ее данным диаграмма – Многоугольник факторов, влияющих на отечественный рынок проходческих щитов, являются по существу, ключевыми в теме магистерской диссертации. Здесь сосредоточены современные вызовы, потребность в Российских горно-проходческих машинах: щитах, комбайнов и прочее.

Учитывая многообразие потребностей: горные отрасли, метрополитены, тоннели РЖД и даже подземные выработки на спортивных объектах ЧМ2018 по футболу, следует один важный вывод, что приоритеты остаются за технологиями и оборудованием для проведения этих работ, а именно за отечественными – ноу-хау, которые смогли бы заменить иностранную технику, почти на 100% работающую на подземном рынке Российской Федерации.