Как возводят дымовые трубы

Самая высокая дымовая труба в мире была построена в 1987 году в СССР, а находится ныне на территории Казахстана. На высоту 420 м она отводит выбросы Экибастузской ГРЭС-2, вырабатывающей электроэнергию из местного высокозольного угля. Этой трубе немного уступает по высоте канадская Inco Superstack с ее 385 м, возведенная в 1971 году.

В XXI веке ничего подобного уже не строилось — сегодня ставка делается на очистные сооружения, которые серьезно снижают токсичность выбросов. Это, однако, не означает, что трубы утратили свою актуальность — просто появилась возможность строить их ниже, но не так чтобы намного: трубы выше 200 м возводятся и сегодня. Они не столь зрелищны, как небоскребы, но многие инженерные проблемы, которые приходится решать при строительстве сверхвысоких зданий, присутствуют и в работе трубокладов — да-да, именно так называют строителей дымовых труб.

Классическим и самым первым материалом для строительства дымовых труб был кирпич. Пока трубы оставались невысокими, все было отлично, но по мере увеличения их высоты выяснилось, что кирпич имеет свои прочностные пределы и недостаточно хорошо работает на сжатие. Впрочем, если подобрать кирпич покрепче и связующие растворы с особыми качествами, то рекорды возможны и в этой области. Еще в 1919 году американской компанией Custodis Chimney в городе Анаконда, штат Монтана, была возведена самая высокая в мире кирпичная труба для отвода газов от множества медеплавильных печей. Труба имеет коническую форму (диаметр 23 м у основания и 18 у вершины) и уходит в небо на 178,3 м. Толщина ее кирпичных стен у основания составляет 180 см.

У этого рекордсмена не было последователей. В грядущие десятилетия самым популярным конструкционным материалом стал железобетон. Железобетонные трубы возводят и поныне, хотя уже существуют альтернативы в виде металла и пластика. Чтобы узнать, что представляют собой современные гигантские дымовые трубы, «ПМ» отправилась в Санкт-Петербург, где расположилась штаб-квартира ЗАО «Корта». Эта компания проектирует и строит высокие дымовые трубы, градирни, а также занимается их ремонтом и обслуживанием в 40 регионах России.

«Видео в интернете, на которых жаждущие адреналина молодые люди прыгают с высоких труб с тарзанок и с парашютами, в нашей профессиональной среде воспринимаются без восторга, — говорит Алина Смирнова, генеральный директор ЗАО "Корта". — Эти сорвиголовы рискуют ради риска, а работа трубоклада сопряжена с риском по необходимости. До сих пор работа на высоте — это тяжелый, по преимуществу ручной труд, где невнимательность и пренебрежение техникой безопасности может стоить жизни». Кубометр бетона, залитый вблизи земли, и кубометр бетона, залитый на высоте 150 м, колоссально отличаются по стоимости — так нам говорят специалисты. Чтобы убедиться в справедливости этого утверждения, стоит разобраться, как устроена и как строится современная железобетонная дымовая труба.

Все, конечно, начинается с фундамента, и тут аналогии с небоскребом напрашиваются сами собой. Подобно ядру высотного здания, дымовая труба — это стержень, консольно защемленный в основании. Как под будущей трубой, так и под будущим небоскребом заливается бетонная плита. Плита может опираться на сваи, а может и не опираться, но в последнем случае придется значительно увеличить ее площадь. Поскольку дымовые трубы строятся, как правило, в стесненных условиях промышленных территорий, сваи обычно используют. Над плитой устанавливается так называемый стакан — круглое основание будущей трубы.

Сооружение трубы в чем-то сходно с монолитным строительством зданий — она поэтапно растет вверх. Разница лишь в том, что в распоряжении трубокладов не просторные этажи, а пространство, ограниченное диаметром трубы — всего несколько метров. Существует два основных метода сооружения труб — подъемно-переставной опалубки и скользящей опалубки. Первый метод технологически проще, дешевле, но уступает второму в скорости работ и в качестве железобетонного ствола трубы.

Если трубу возводят методом подъемно-переставной опалубки, то на фундаменте (внутри будущей трубы) устанавливают наращиваемую решетчатую конструкцию — «шахтный подъемник». Он используется для подъема наверх строительных материалов (арматуры, бетона), а также служит опорой для электромеханического подъемного механизма — «подъемной головки». К головке подвешивается круглая площадка, с которой свисает внешняя часть опалубки. Внутренняя (переставная) часть опалубки монтируется дополнительно. Опалубка собрана, закреплена, в ней установлена арматура, туда заливают бетонный раствор. После того как бетон застывает и обретает конструктивную прочность, головка поднимает площадку на 2,5 м. Все повторяется снова. Таким образом труба нарастает кольцами, и каждое из этих колец имеет внутренний выступ, так называемую консоль. Зачем она?

Дело в том, что помимо внешнего ствола железобетонной трубы есть еще и внутренняя оболочка, так называемая футеровка. Она выполняется, как правило, из огне- и кислотоупорного кирпича. Футеровка (в отечественных конструкциях) тоже состоит из отдельных колец, каждое из которых опирается на свою консоль. В западных трубах футеровка представляет собой обычно цельный отдельный ствол, который устанавливается внутри основного. Между футеровкой и железобетонным стволом делается теплоизолирующая прослойка из минеральной ваты, а то и просто ничем не заполненной пустоты.

Задача футеровки и теплоизоляции — сберечь железобетонный ствол от действия отводимых газов. Во-первых, газы бывают очень горячими, на стеклопроизводстве, например, их температура достигает порой 400°. Но более того, отводимые газы обладают еще и агрессивными свойствами. В них чаще всего присутствуют соединения серы. «Если труба спроектирована неправильно или изменены условия ее эксплуатации, — объясняет Алина Смирнова, — то может произойти очень неприятная вещь: прямо в стволе трубы на определенной высоте появится зона "точки росы" и газообразные отходы начнут конденсироваться. Надо понимать, что в присутствии водяного пара, который в трубе есть всегда, соединения серы могут дать серную кислоту, и прямо в трубе пойдет кислотный дождь». Агрессивный конденсат, стекающий по футеровке, представляет большую опасность. При сильном перепаде температуры газов внутри трубы и воздуха снаружи происходит миграция влаги: конденсат проникает внутрь железобетонного ствола и разъедает арматуру и камень.

Иногда он выступает на наружной поверхности трубы в виде белесых пятен, а в зимний период превращается в огромные сосульки. Тогда говорят: труба плачет. Чтобы исключить такие явления, футеровку покрывают специальными составами, снижающими ее проницаемость для конденсата. А вот в трубах, отводящих газы при сжигании угля (в России много угольных разрезов и много ТЭЦ при них), защита футеровки возникает естественным образом: образующийся налет прекрасно защищает кирпич.

В 1960-е годы в Швеции была разработана более прогрессивная технология строительства железобетонных труб — метод скользящей опалубки. В этом случае рабочая площадка с опалубкой двигается от нулевой отметки, поднимаясь на домкратных стержнях, которые остаются в теле бетона. Высота опалубки 1,2 м, но укладка бетона происходит слоями по 20−30 см. Как только слой обретает конструктивную прочность 5 МПа, укладывается следующий. Метод скользящей опалубки позволяет наращивать строящуюся трубу на 3 м и более в сутки, процесс идет практически непрерывно, и нет необходимости разбирать и собирать опалубку.

«Однако это сложная и дорогая технология, — говорит директор по производству ЗАО "Корта" Андрей Кузнецов. — Оборудование для строительства труб методом скользящей опалубки производят только две фирмы в мире, и его эксплуатация настолько сложна, что нам приходится использовать его только под контролем иностранных супервайзеров, представляющих производителя. Строить же конические сооружения этим методом умеют только австрийцы. Кроме дороговизны, в России метод скользящей опалубки имеет еще два недостатка. Во-первых, его практически нельзя применять при минусовых температурах (из-за постоянной подачи жидкого раствора, который может замерзнуть), а во-вторых, технология предполагает бесперебойный подвоз раствора в течение, скажем, двух месяцев, и далеко не в каждом регионе нашей страны производственные мощности такое позволяют».

Но какой бы сложной ни была технология опалубки, работа на высоте предъявляет людям высокие требования. Если строящаяся труба не оснащена лифтовым оборудованием (а до определенных высот оно не устанавливается), только забраться на высоту 100−150 м — это приличная затрата времени и сил. Работа на высоте нелегка и психологически — страх высоты заложен в человеке с рождения. Как нам рассказали, некоторые трубоклады, успешно работающие на 120-метровых трубах, отказываются наотрез от работы на 200-метровых. Страшно! Наверху на небольшой площадке нет места для тяжелой техники — для заливки раствора в опалубку рабочие используют тачки и много разного ручного инструмента. Куб бетона, залитый на высоте, «золотым» делает еще и необходимость обеспечивать безопасность трубокладов, а это стоит больших денег. «Экономия на безопасности позволяет некоторым компаниям предлагать низкие цены, — говорит Андрей Кузнецов, — но в итоге это может привести к трагическим последствиям, вроде гибели трех рабочих во время ремонта трубы Конаковской ГРЭС в мае этого года. Люди сорвались вниз вместе с люлькой, которая, очевидно, не прошла положенных испытаний».

Впрочем, железобетонным трубам с их трудоемкими технологиями есть альтернатива — металлические конструкции. Металлические трубы бывают отдельно стоящими (в этом случае металла нужно много) или закрепленными в несущем портале, имеющем вид решетчатой фермы. Возведение таких труб технологически проще, они более ремонтопригодны, но менее долговечны.

«Выбор в пользу металлической трубы должен основываться на экономических расчетах, — поясняет Андрей Кузнецов. — Если железобетонная труба наращивается, то металлическую надо собирать из кольцевых элементов с помощью кранов. Краны, способные поднять детали трубы на высоту 150 м, — это уникальные машины, аренда которых может обходиться в миллион рублей в день и выше. Чтобы удешевить процесс, мы сейчас экспериментируем с другой технологией. На всю высоту трубы выстраивается решетчатая легкосборная ферма, а затем внутри нее монтируется труба из металлических колец. Она наращивается либо сверху (тогда секции поднимаются вверх с помощью лебедки), либо снизу (тогда построенная часть трубы поднимается на домкратах). В данном случае тяжелые краны не нужны».