Тунелі гірського типу
Тунелі гірського типу Будівництво транспортних комунікацій в гірській місцевості пов'язане з необхідністю перетину глибоких ущелин, вододілів, гірських хребтів та інших перешкод, що вимагає пристрою різних штучних споруд. У залежності від висоти перешкоди, його конфігурації і розмірів у плані, місця розташування, крутизни схилів, кліматичних, інженерно-геологічних, економічних та екологічних умов існують кілька можливий рішень. Один з можливих варіантів - обхід перешкоди у плані - призводить до подовження і ускладнення траси дороги, значна частина якої буде розташовуватися на кривій в плані. Інше рішення - перевальне дорога - перетин перешкоди по верху з пристроєм відкритої виїмки. Цей варіант може застосовуватися при досить спокійному гірським рельєфі і невеликій висоті перетинаються перешкоди. У високогірних умовах прокладка перевальних дороги супроводжується перетинанням крутих укосів, зсувних зон і ущелин. Для цього влаштовуються високі насипи, підпірні стіни, віадуки, напівмости, балкони, глибокі виїмки, снігозахисні та протиобвальні галереї і т.п.
Таким чином, значно підвищується вартість експлуатації дороги, виникає необхідність припинення руху при небезпеці снігових заметів, лавин, селів та ін. Транспортні тунелі гірського типу використовуються для подолання трасою висотних перешкод (гір, пагорбів, інших гірських районів). Вони дозволяють перетнути цю перешкоду по найкоротшому шляху, розташувати трасу дороги на прямій в плані і забезпечити сприятливі умови руху транспорту. Тунельні перетину на транспортних шляхах, що проектуються в гірській місцевості, найбільш доцільні в наступних випадках: обхід контурних і подолання висотних перешкод; трасування лінії в умовах, коли допустимі радіуси кривих у плані не дозволяють вписатися в існуючі форми рельєфу; штучне розвиток лінії; забезпечення розрахункової довжини траси на ділянці подолання значного висотного црепятствія. Тунельні перетину на транспортних комунікаціях мають забезпечувати: безпечний і безперебійний пропуск транспортних засобів (потягів, автомобілів та ін.) Із заданими осьовими навантаженнями і швидкостями; необхідну пропускну здатність. Перший міжнародний конгрес з тоннелестроенію, що пройшов в 1912 році в Цюріху, рекомендував при будівництві двоколійних залізниць віддавати перевагу двоколійному тунелю перед двома однопутними.
Вся подальша світова практика транспортного тоннелестроенія базувалася на цій концепції, чим і пояснюється зберігся до теперішнього часу пріоритет транспортних тунелів у двоколійному виконанні. У деяких випадках можливе влаштування одного одноколійного тунелю. Це, з одного боку, дозволяє істотно знизити капіталовкладення і прискорити введення тунелю в експлуатацію, але при цьому, для забезпечення необхідної пропускної здатності, потрібно пристрій роз'їздів і складної системи регулювання руху. Гірські тунелі поділяються на: вершинні (рис. 2.66, а), що мають мінімальні довжину і будівельну вартість з використанням більш протяжних підходів, в основному, при невеликій інтенсивності руху; базисні, або підошовні (рис. 2.66, а), що мають більш низьку вартість експлуатації; використовуються при значній вантажонапруженості траси; вершинні і базисні тунелі можуть називатися перевальними; петльові (рис. 2.66, б), розташовані на кривій при куті повороту близько 180 °, і спіральні (рис. 2.66, в), при куті повороту 360 °, - використовуються для швидкого набору висоти всередині гірського масиву; Мисове (рис. 2.66, г), що скорочують трасу дороги, що перетинає косогори. Вибір місця розташування тунелю гірського типу залежить від характеру розташування доріг і магістралей на підхідних ділянках, ступеня стійкості укосів і схилів висотного перешкоди, інженерно-геологічних та гідрогеологічних умов території, вартості будівництва та експлуатації цієї ділянки.
Висотне положення мисовий тунелів визначається подовжнім профілем траси на підходах. Висота розташування петльових і спіральних тунелів, які забезпечують штучне розвиток лінії, диктується умовами рельєфу. Значно більш складним завданням є визначення висотного положення перевального тунелю, який може бути як вершинним, так і базисним. У цьому випадку необхідно враховувати такі основні фактори: 1) тунель має вписуватися в план і поздовжній профіль траси, забезпечуючи єдину плавну просторову лінію на всьому перевальних ділянках дороги, 2) характер схилів перетинаються гірського масиву: порівняльно невеликі зсуви базисного тунелю можуть значно скоротити його довжину і, навпаки, зниження позначки вершинного тунелю може практично не позначитися на його довжині; 3) можливість природного провітрювання тунелю; 4) інженерно-геологічні умови; 5) гідрометеорологічні умови. Остаточний вибір висотного положення перевалочного тунелю визначається техніко-економічним розрахунком. Характерним прикладом вибору висотного положення є обгрунтування перетину Північно-Муйського хребта Байкало-Амурської магістраллю. Хребет розташований між оз. Байкал і басейном р.. Витим. Важкі інженерно-геологічні умови, зумовлені вічної мерзлотою і наявністю численних зон тектонічних розломів, складні для трасування підходи до сідловини, викликані великою крутизною схилів, осипами й каменепадами, висока сейсмічність району (більше 9 балів за шкалою Ріхтера) у сукупності призвели до необхідності опрацювання близько 30 варіантів перетинання хребта. При проектуванні тунелю Бампроектом в 1942 році, за даними попередніх вишукувань 1936/37 років, був прийнятий варіант перетинання хребта в самому низькому ділянці Ангараканского сідла. Пізніше, в 1970 році, на цій ділянці були проведені додаткові інженерно-геологічні вишукування, за результатами яких були розроблені 18 варіантів траси з тунельним перетином (рис. 2.67) і прийнятий варіант перетину Північно-Муйського хребта базисним тунелем довжиною 15,3 км. Проте до початку будівництва, для обгрунтування довжини тунелю за обраним напрямом траси, були розглянуті ще 11 варіантів перевальних тунелів довжиною від 7,8 км до 12,2 км.
У підсумку був прийнятий варіант перевального ділянки з базисним тунелем довжиною 15,3 км, як найбільш повно відповідає вимогам до експлуатаційних показників проектованої лінії, а також надійності і безпеки перевезень в умовах високої сейсмічності. Мережа мисовий тунелів побудована на Крутобайкальской залізниці - одному з найбільш складних ділянок Транссибірської магістралі. Західне узбережжя Байкалу представляє собою скелясту гряду висотою до 400 м над рівнем озера. Звивиста берегова лінія розділена на бухти високими скелястими мисами. На ділянці узбережжя довжиною менше 100 км були збудовані 39 двоколійних мисовий тунелів загальною довжиною 7283,2 м. При будівництві ділянки Байкало-Амурської магістралі, що проходить по північному узбережжі Байкалу, були споруджені 4 двоколійних мисовий тунелю загальною протяжністю 5100 м. Розташування траси тунелю в плані проектується цілком або частково на прямих або криволінійних ділянках. Викривлення траси в плані обумовлено умовами плавного сполучення траси з магістралями, необхідністю обійти порушену зону в масиві гірських порід і збереженням існуючої забудови. При розташуванні тунелів, особливо залізничних, на кривих збільшується габарит наближення будівель і, отже, площа поперечного перерізу тунелю. Криволінійні в плані тунелі намагаються розташовувати на кривій одного радіуса або на кривих, близьких за значенням радіусів, що дозволяє використовувати однотипне устаткування для зведення монолітної бетонної оброблення. Радіуси кривих у залізничних тунелях повинні бути не менше 600 м, автодорожніх - 250 м. При відповідному техніко-економічному обгрунтуванні, в особливо складних умовах, допускаються радіуси кривих 400 і 150 м відповідно. Поздовжній профіль тунелю, в залежності від його призначення та умов трасування, може проектуватися одно-або двосхилим. Односхилий профіль рекомендується влаштовувати при довжині тунелю менше 400 м. Профіль тунелю намагаються не проектувати горизонтальним, тому що при цьому виникають несприятливі умови поздовжнього водовідведення. Мінімальний ухил поздовжнього профілю повинен становити 3% о. У межах розділових елементів допускається приймати величину мінімального ухилу 2% о. Горизонтальна розділова майданчик між ділянками з ухилами різних знаків не повинна перевищувати 400 м [СНіП 32-04-97]. Місця розташування порталів при проектуванні тунелів гірського типу визначаються хорошими умовами видимості при в'їзді, конфігурацією рельєфу і геологічною будовою схилів. Від глибини передпортальної виїмки h залежить міцність і стійкість порталу та пов'язаного з ним передпортальної ланки оброблення, а також остаточна довжина тунелю L (рис. 2.68). У цілому, визначення раціональної глибини передпортальної виїмки здійснюється на основі техніко-економічного порівняння варіантів. На попередніх етапах проектування можна скористатися наступними рекомендаціями, виробленими практикою будівництва: у слабких глинистих грунтах глибина виїмки у порталів не повинна перевищувати 12-15 м, у скельних породах - 20 м [Копиленко, Ципін, 1999]. Тунелі гірського типу споруджуються, в більшості випадків, закритим способом і мають склепінчасте або круговий обриси. Розміри і форма поперечного перерізу визначаються місцем розташування тунелю та інтенсивністю руху транспорту. Габарит наближення будівель повинен забезпечувати вільний простір, достатній для пропуску транспортних засобів, проходу людей, розміщення пристроїв та обладнання.
Рисунок 2.69. Південний портал Мацестінскіе автодорожнього тунелю) Для безперебійного забезпечення знаходяться в тунелі людей свіжим повітрям і організації нормальних умов праці обслуговуючого персоналу влаштовується система вентиляції, яка зменшує вологість у тунелі, що знижує концентрацію шкідливих домішок, що виділяються транспортними засобами, до допустимих меж, що підтримує температуру повітря на рівні, відповідному санітарно-технічним нормам. У грудні 2000 року здано в експлуатацію Мацестінскіе автодорожній тунель довжиною 1316 м, що перетинає вододіл між річками Мацеста і Агура і входить до складу реконструйованої дороги Джубга-Сочі (рис. 2.69). Автодорожній тунель складається з власне тунелю, по якому здійснюється рух автотранспорту, і дренажної штольні, використовуваної для обслуговування тунелю на період експлуатації, а також для евакуації людей з тунелю в разі пожежі та інших аварійних ситуацій (рис. 2.70). Проходка тунелів велася одночасно з трьох вибоїв: з боку Північного і Південного порталів і дренажної штольні. Розробка забою з боку Північного порталу велася прохідницьким комбайном з робочим органом виборчої дії, з боку Південного порталу - буровибуховим способом. Дренажна штольня проходилася щитовим комплексом з одночасним зведенням постійної обделки із залізобетонних блоків. Для забезпечення нормальної та безпечної експлуатації тунель обладнаний автоматизованими системами управління, вентиляції, освітлення і телеспостереження (рис. 2.71).
