§ 69. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ПОДВОДНЫХ ТОННЕЛЯХ И ОСОБЕННОСТЯХ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ч. 2
Продольный профиль подводных тоннелей (рис. 228) имеет 2 ската, обычно представленных цепной линией и направленных к подрусловой части (см. рис. 228, а). Сопрягающий участок обычно имеет минимальный односкатный уклон 3—5 ‰ обеспечивающий естественный водосток к пониженной точке профиля.
В некоторых случаях в зависимости от рельефа дна русла сопрягающую часть целесообразно располагать на двускатном профиле с минимальным уклоном каждого ската 2—3 ‰ от середины русла к берегам (см. рис. 228, б). В этом случае достигается меньшее заглубление трассы, а следовательно, и ее укорочение.
Общие требования и нормативы технических условий на проектирование продольного профиля железнодорожных и автодорожных магистралей полностью распространяются и на участки подводных тоннельных трасс.
В отличие от горных тоннелей смягчение продольного уклона в подводных железнодорожных тоннелях осуществляется только в пределах тоннеля. Это объясняется тем, что при выходе локомотива за пределы тоннеля по вогнутому профилю полностью реализуется касательная сила тяги локомотива. Требуемое смягчение уклона в пределах тоннеля определяется по общим правилам, приведенным в первом разделе.
Выбор вариантов очертания продольного профиля и привязка его точек, перелома выполняются с учетом местных условий рельефа дна и берегов. Оптимальным следует признать вариант, который обеспечивает лучшие тягово-эксплуатационные условия при минимальных объемах строительных работ.
При установлении величины уклонов в автодорожных тоннелях необходимо учитывать некоторые особенности движения в этих тоннелях:
- – тоннель, исключая короткие входные участки, закрыт от осадков;
- – температурный режим в тоннеле более ровный и в целом более благоприятный, чем на открытых участках дороги;
- – постоянный ток воздуха способствует быстрому просыханию проезжей части после попадания на нее случайной влаги;
- – при значительной общей стоимости тоннеля оправдано применение в нем покрытий усовершенствованных типов, обеспечивающих благоприятные условия сцепления и отличающихся другими высокими эксплуатационными качествами.
Правильный учет указанных особенностей позволяет повысить максимальный уклон в тех случаях, когда его определяют в зависимости от силы тяги, ограниченной по сцеплению.
В составе подводного тоннеля двускатного вогнутого профиля можно выделить следующие главные элементы (рис. 229): подходные участки L1 и L2 и подводную часть Lп . Границами между этими участками служат горизонтальные проекции уреза поверхности воды пересекаемого водотока (или водоема) при меженном уровне.
В составе подходных участков можно выделить так называемую рампу — огражденную снизу и с боков железобетонную конструкцию, отделяющую собственно тоннель от земляного полотна дороги.
Подходным участкам железнодорожных тоннелей обычно придают максимально допустимые уклоны imax = (0,7÷0,9) iрук , постепенно смягчаемые ступенями Lрук /2 по мере приближения к подрусловой части, что и создает цепную линию. Последней в зависимости от рельефа дна русла и длины перехода придают односкатный или двускатный профиль с минимальным уклоном от 2 до 5 ‰.
В автодорожных тоннелях уклоны необходимо сопрягать при помощи вертикальных кривых. Величину радиуса сопряжения определяют из требования, чтобы водитель всегда видел проезжую часть на расстоянии пути торможения. При больших значениях биссектрисы вертикальных углов (более 15 см) тоннель замкнутой конструкции на участках сопряжений необходимо осуществлять по вертикальным кривым, что и следует учитывать при проектировании продольного профиля.
Общая длина тоннельного перехода Lтопределяется как сумма горизонтальных проекций длин всех элементов продольного профиля между нулевыми точками, т.е. LT = L1 + L2 + Lп .
Сокращение общей длины подводного перехода может быть достигнуто путем выхода на пойменную насыпь, уменьшением глубины заложения тоннеля, применением герметических щитов или использованием специальных способов сооружения тоннеля.
Выход на пойменную насыпь применяется при благоприятном рельефе места перехода (см. рис. 229). В этом случае соответствующая подходная часть тоннеля может быть расположена в зоне низкого берега и вынесена на пойменную насыпь, что приведет к смещению нулевой точки и, следовательно, к укорочению перехода.
Чтобы отыскать оптимальное решение, необходимо разработать все конкурирующие варианты и сопоставить их в технико-экономическом отношении.
Вопрос о выборе мест расположения порталов при проектировании подводных тоннелей имеет такое же существенное значение, как и для горных тоннелей. От расположения порталов зависит длина подводной части перехода, а следовательно, объемы, сроки и стоимость строительства. От этого фактора зависят такие эксплуатационные показатели перехода, как время пробега поезда (или автомобиля), расходы электроэнергии (или топлива), стоимость вентиляции, освещения и водоотлива.
Следует различать два возможных случая устройства подходов к подводным тоннелям: непосредственно от выемки к тоннелю и с устройством промежуточной рампы.
Первый случай соответствует незатопляемым береговым участкам, когда открытая выемка непосредственно примыкает к порталу тоннеля. Место перехода может быть определено из технико-экономического сопоставления 1 пог. м выемки и тоннеля с учетом всех дополнительных факторов, рассмотренных в разделе II.
Практический диапазон глубин выемки в зависимости от устойчивости пород находится в пределах от 12 до 15 м.
Второй случай (рис. 230) характерен для затопляемых береговых участков, а также для городских условий.
Рампа 1 представляет собой железобетонную корытообразную конструкцию переменной высоты, предохраняющую головную часть тоннеля от затопления. Отметка верха торцовой и боковых частей рампы и отметка лотка в нулевой точке рампы должны превышать высший исторический уровень воды не менее чем на 1 м (с учетом ледохода и высоты волны). Рампа в пределах от нулевой точки до портала имеет нарастающую высоту, что может быть выполнено при монолитном железобетоне в виде плавного перехода, а при сборном железобетоне — в виде ступенчатого. Если высота рампы превышает габарит приближения строений, целесообразно применять распорки 2.
Место перехода от рампы к тоннелю может быть определено из технико-экономических соображений с учетом дополнительных факторов, а также по конструктивным условиям (предельно допустимая высота рампы). В месте сопряжения с тоннелем устраивают водосборник 3 для перехвата дождевых вод и насосную установку.
Волков В.П., Наумов С.Н., Пирожкова А.Н., Храпов В.Г. Тоннели и метрополитены
Источник
ТОННЕ́ЛЬ
В книжной версии
Том 32. Москва, 2016, стр. 282-283
Скопировать библиографическую ссылку:
ТОННЕ́ЛЬ, туннель (англ. tunnel, от франц. tonnelle – круглый свод), протяжённое подземное (подводное) сооружение для пропуска транспортных средств, пешеходов, воды, прокладки инж. коммуникаций и др. По назначению различают транспортные Т. (см. Автодорожный тоннель, Железнодорожный тоннель , Метрополи тен), пешеходные тоннели , гидротехнические туннели , а также коммунальные (в т. ч. канализационные, кабельные, для тепло- и газоснабжения), горнопромышленные (для удаления породы и руды, вентиляционные, дренажные) и специальные (напр., оборонного характера, для науч. исследований); по месту расположения – горные тоннели , подводные тоннели и городские тоннели . Т. начали строить в глубокой древности для прохода людей, добычи полезных ископаемых и пропуска воды. В 2180 до н. э. в Вавилоне под р. Евфрат построили пешеходный Т. длиной 920 м; в 6 в. до н. э. на о. Самос в Эгейском м. – гидротехнич. Т. для водоснабжения длиной 1600 м. В сер. 19 в. началось строительство ж.-д., а в нач. 20 в. – автодорожных Т.; первый метрополитен сооружён в Лондоне в 1863. К сер. 2010-х гг. в мире проложено Т. общей протяжённостью св. 1,5 млн. км (см. также табл.).
Источник
Назначение тоннелей и их виды. Тоннели мелкого и глубокого заложения. Основные элементы
Тема 1.5. Тоннели. Основные сведения.
Тоннелем называют горизонтальное или наклонное подземное искусственное сооружение, имеющее значительную протяженность, предназначенное для транспортных целей, пропуска воды, прокладки городских коммунальных сетей или размещения производственных предприятий. Тоннели на путях сообщения служат средством для преодоления различного рода препятствий или для развития пути под землей с использованием ограниченного уклона
Классификация транспортных тоннелей определяется признаками, положенными в их основу. Так, по местонахождению можно разделить тоннели на горные, подводные и городские тоннели. На автодорогах могут быть сооружены тоннели:
— горные, прокладываемые через горные хребты или возвышенности (рис. 31,а);
— подводные, устраиваемые под реками, морскими проливами и заливами вместо мостового перехода (рис. 31,б);
— городские, предназначенные для пропуска транспортных потоков или пешеходов в городах (рис. 31,в,г).
Рис. 31. Схемы автотранспортных (а—в) и пешеходного (г) тоннелей:
1-портал; 2— тоннель; З -проезжая часть; 4 -рампа; 5 -лестничный сход; б -павильон
В зависимости от глубины расположения от поверхности земли различают тоннели глубокого (Н>10-15м) или мелкого заложения (Н
Горные тоннели. В зависимости от характера грунтов, через которое проходит тоннель, конструкция его, называемая тоннельной обделкой, бывает различной. При проходе крепких скальных пород тоннель может быть оставлен без всякой обделки. Если есть опасность выветривания поверхностного слоя породы в тоннеле, то устраивают легкую его облицовку. При необходимости поддерживать горную породу применяют несущую тоннельную обделку, обычно в виде свода. Очертание свода перекрытия должно быть по возможности близким к кривой давления от действующей на него нагрузки. В настоящее время обделку горных тоннелей делают преимущественно бетонной или железобетонной. Раньше обделку всегда делали монолитной. В настоящее время получают распространение сборные конструкции обделки. В крепких скальных породах, не оказывающих бокового давления, можно применить тоннельную обделку в виде свода, опирающегося пятами на породу (рис.32,а).
Рис.32. Основные виды горных обделок и схема горного тоннеля
1 — обделка; 2 — обратный свод обделки; 3 — портал; 4 — горный тоннель.
В менее крепких породах обделка должна укреплять также и боковые стены тоннеля. Тогда ее делают в виде свода, поддерживаемого боковыми вертикальными стенками (рис.32, б).
При слабых породах, оказывающих большое давление как сверху, так и с боков, а иногда и снизу, обделке придают криволинейное очертание, устраивая внизу так называемый обратный свод (рис.32, в).
Для защиты от проникания грунтовых вод тоннельную обделку покрывают гидроизоляцией.
На концах тоннель имеет порталы (рис.32, г), обеспечивающие устойчивость лобового откоса выемки подхода и служащие также для отвода воды и предохранения от падения камней с горного склона.
Тоннельную обделку рассчитывают на горное давление, действующее на свод и боковые стенки тоннеля и зависящее от характера окружающих тоннель пород.
Горные тоннели сооружают, постепенно разрабатывая породу и укрепляя ее в случае необходимости временными деревянными или металлическими (реже железобетонными) крепями. Мягкие породы разрабатывают механизированными щитами или инструментом, а скальные — буро-взрывным методом.
К маркшейдерским работам относят все подземные геодезические работы.
Устройство подводного тоннеля оказывается целесообразным при необходимости пересечения автомобильной дорогой крупной реки, морского залива или пролива, когда постройка моста нежелательна из-за стеснения судоходства или других соображений. Различают тоннель, проходящий в толще естественного грунта под руслом реки (рис.33, а), тоннель, уложенный по выровненному дну или подводной дамбе (рис.33, б) и тоннель-мост, опирающийся на отдельные подводные опоры (рис.33, в).
Рис.33. Схемы подводных тоннелей
1 — рамповый участок; 2 — подводный участок; 3 — дамба; 4 — опоры тоннеля.
Для преодоления глубоких, но сравнительно узких водных преград эффективны подводные тоннели на отдельных опорах (тоннели-мосты) (рис. 34, а), а также «плавающие» тоннели, укрепленных оттяжками, закрепленными анкерами в дно или удерживаемые на плаву специальными плавающими опорами (рис. 34, 6, в).
Такие тоннели располагаются на сравнительно небольшой глубине от поверхности воды (15. 20 м), необходимой для пропуска судов. Таким образом, значительно сокращается длина тоннельного перехода и улучшаются эксплуатационные показатели трассы.
Подводные автодорожные тоннели сооружают для пропуска в
одном уровне 2-, 4-, б-полосного движения; возможно строительство и двухъярусных тоннелей.
Рис. 34. Виды (а—в) подводных тоннелей:
1 — вентиляционное здание; 2 — тоннель; З — свайные опоры; 4 — тросовые
отгяжки; 5 — маяк; б — плавающие опоры.
Подводные тоннели, проходящие в толще грунта, чаще всего делают кругового очертания из чугунных (рис.34, а) или железобетонных тюбингов — блоков (рис.34, б), из которых образуется обделка тоннеля. Тюбинги соединяют между собой болтами, обеспечивая герметичность сопряжений.
Подводные тоннели, укладываемые по дну водного препятствия, в большинстве случаев делают железобетонными, часто прямоугольного сечения (рис.34, в). Такие тоннели сооружают, опуская на дно подведенные наплаву готовые секции и объединяя их между собой подводным способом. Аналогично возводят и мосты-тоннели.
Рис.34. Схемы подводных тоннелей
1 — дамба; 2 — тюбинг тоннельной обделки.
Источник