Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Подводные туннели

Закрытый метод сооружения тоннелей


Закрытый метод сооружения тоннелей

К закрытому (подземному) методу сооружения тоннелей относятся принципиально различные горный и щитовой способы во многих разновидностях, а также эректорный способ, как их своеобразный гибрид.

Горный способ для подводных тоннелей применяется редко. Дело в том, что реки, для пересечения которых используются подводные тоннельные переходы, обыкновенно имеют ложе, образованное слабыми водоносными и водонасышен-ными породами аллювиального происхождения. В подобных местах горный способ, даже при использовании всех современных возможностей искусственного улучшения геологических и гидрогеологических условий, за редкими исключениями не может конкурировать с другими способами строительства тоннелей.

Попытки использовать горный способ для проходки подводных тоннелей в прошлом, как правило, заканчивались неудачно. К ним относится, в частности, известное предприятие русского розмысла 1 Василия Азанчеева, начавшего в 1657 г. строить подводный тоннель под Москва-рекой, а также работы на строительстве первого тоннеля большого поперечного сечения под Темзой в Лондоне, проводившиеся до применения щита Брюнеля (1807-1818 гг.).

В тех редких случаях, когда берега или все ложе водоток» на глубине сооружения тоннеля (с учетом необходимого защитного слоя над шелыгой обделки) образованы устойчивыми неводоносными породами, возможно и даже рационально' применение горного способа для отдельных участков тоннеля, а иногда — для всего сооружения в целом.

Характерными примерами строительства горным способом подводного тоннеля на большей части его протяжения являются железнодорожный (1885 г.) и автодорожный (1934 г.) — тоннели под р. Мереей (Англия), сооруженные вблизи ее устья между городами Ливерпуль и Биркенхед, а также двухъярусный (автодорожный вверху и пешеходно-велосипед-ный внизу) тоннель под морским проливом между японскими городами Симоносеки и Модзи на островах Хонсю (Кондо) и Кюсю (1958 г.).

Существенный интерес представляет также проходка горным способом подводного тоннеля небольшого поперечного сечения в виде овала, с шириной в свету 3,01 м и высотой 2,87 м, выполненная в 1959-1960 гг. под Вислой в Варшаве. Ввиду того, что тоннель прорезал преимущественно слабые водонасыщенные грунты, работы пришлось вести при давлении воздуха, повышенном до 1,8 ати, т.е. кессонным способом...

В последние годы с применением горного способа проходки построен автодорожный тоннель под р. Тайн в г. Ньюкасле (Великобритания). Работы производились под сжатым воздухом и на такой глубине., что над шелыгой обделки всегда оставался не меньше чем 15-метровый грунтовый слой, считая до дна реки, имевшей наибольшую глубину такого же порядка. Однако из указанной защитной толщи скальная порода составляла лишь около 1,5 м, остальное же приходилось на слабые водонасыщенные речные отложения.

Щитовая проходка до недавнего времени могла считаться самым распространенным способом строительства подводных тоннелей всех казна нений. Характерны два ее варианта. Один — глубокого заложения, с проходкой руслового участка тоннеля в коренных породах, иногда на глубине нескольких десятков метров под низшей точкой ложа водотока. Другой — малой глубины заложения. В этом случае русловая часть сооружается обычно в аллювиальных отложениях. Минимальная защитная толща грунта над тоннелем принимается примерно равной наружному диаметру обделки и может быть уменьшена только при условии выполнения специальных мероприятий по укреплению грунта ложа водотока.

В условиях Советского Союза оба варианта позволяют использовать хорошо освоенные практикой методы тоннельных работ, оборудование и конструкции. Но в полной мере это достоинство щитового способа может проявиться только при постройке тоннеля глубокого заложения и лишь на под-русловом участке его. Сооружение русловой части тоннеля на малой глубине, так же как и береговых подземных участков по обоим вариантам, если проходка ведется в неустойчивых грунтах, часто с большим количеством валунов или других включений, требует специальных щитов и оборудования, а также особых методов производства работ.



Рис. 1. Сооружение подводного тоннеля на большом уклоне щитовым способом с комплексной механизацией работ под сжатым воздухом:
1 — зона нормального давления; 2 — зона сжатого воздуха; 3 — участок тоннеля увеличенного сечения; 4 — шлюзовая перемычка; 5 — людской шлюз- «- материальные шлюзы; 7 — камера для откаточных лебедок; 8 — механизированный щит планетарного действия- 9 — двурукий тюбипгоукладчик; 10 — рольганг; и - транспортер внутри полого вала эректора; 12 — погрузочный транспортер; 13 — транспортная эстакада; 14. — тяговые лебедки концевой Откатки; 15 — шлагбаум; 16 — подвесные толкатели; 17 — электровоз; — аварийный мостик- 19 — спасательный экран; 20 — станок ПР-100 для бурения передовых разведочных скважин


Среди большого количества подводных тоннелей, построенных щитовым способом, заслуживают особого внимания шесть тоннелей Ленинградского метрополитена, пройденные под Невой в 1956-1957, 1961 — 1962 и 1965-1966 гг. Все они сооружались в кембрийские глинах при большой глубине заложения. Комплексная механизация работ (рис. 1), включая использование механизированных щитов планетарного действия, и несколько повышенное давление воздуха в тоннеле обеспечили получение высоких технико-экономических показателей и отличное качество сооружений.

Примером мелкого заложения могут служить два автодорожных тоннеля под Темзой близ Лондона, пройденные немеханизированными щитами в аллювиальных отложениях. Один из них — между городами Дертфорд и Перфлит (1957- 1962 гг.) потребовал местами предварительного искусственного укрепления грунтов, которое производилось с дневной поверхности (рис. 2), другой — между районами Поплар и тоннеля различие длин перехода соответственно увеличивается.



Рис. 2. Поперечный разрез тоннеля Дертфорд-Перфлит на участке щитовой проходки с искусственным укреплением грунтов:
а — ил с прослойками торфа; б- песок и гравий с галечниковыми и валунными включениями; в - меловые отложения; 1 — основной тоннель; 2 — пилот-тоннель: 3 — подмости для бурения и нагнетания; 4 — инъекционные колонки; 5 — создаваемая противофильтрационная завеса


К достоинствам открытого метода относится также характерная для него прямоугольная форма поперечного сечения сооружаемого тоннеля. Она допускает размещение в одном тоннеле всех железнодорожных путей или полос автомобильного движения, что целесообразно как по условиям строительства, особенно подходных участков, так и по соображениям эксплуатации тоннельного перехода. При использовании же щитового способа практически невозможно разместить в сечении одного, например, подводного автодорожного тоннеля больше двух полос. Это подтверждается, в частности, всей мировой практикой тоннелестроения (см. приведенные выше таблицы подводных тоннелей).



Рис. 3. Сравнение отметок проезжей части при сооружении автодорожного тоннеля способами:
а — щитовой проходки; б — погружения готовых тоннельных секций


Способ подводного котлована (рис. 4) применяется при пересечении незначительных водотоков с малыми скоростями течения и неглубоко расположенным слоем водоупорных пород. Работы ведутся последовательно на участках, длины которых выбираются так, чтобы не слишком нарушить нормальный режим водотока (гидрологический, судоходный и пр.).

Сначала разрабатывается подводный котлован. Глубина его должна быть достаточна, чтобы вместить конструкцию перекрытия и обеспечить необходимую толщину защитной отсылки над ним. Потом забиваются, с углублением в водоупор, металлические шпунтовые стенки. Шпунт срезается под водой на отметке чуть выше дна котлована и на срезы стенок укладывается доставляемое на плаву перекрытие, временного или постоянного типа. Затем под водой производится тщательнейшее уплотнение всех щелей и зазоров между элементами стен и перекрытия.



Рис. 4. Способ подводного котлована:
1 - шпунтовая стенда; 2 — перекрытие; 3 — уплотнение; 4 — водопонизительная установка; 5 — кривая депрессии; 6 — распорка; 7- обделка тоннеля


В образованном замкнутом пространстве осуществляется разработка породы и сооружение обделки, включая гидроизоляцию, причем для отжатая воды, проникающей извне через оставшиеся неплотности, применяется сжатый воздух (кессонирование). Этим способом построено несколько под-водных тоннелей под небольшими водотоками, в частности, в Германии под р. Шпрее и под р. Гарлем в США.

Открытый способ на строительстве подводных тоннелей использовался до настоящего времени лишь в одной модификации, как способ открытого котлована. Однако а известных условиях не исключается возможность применения других его разновидностей, указанных в классификационной схеме.



Рис. 5. Сооружение открытым способом руслового участка подводного тоннеля:
1 — котлован: 2 - шпунтово-земляная перемычка; 3 — водопонизительная установка верхнего яруса с центробежными насосами: 4 — то же, нижнего яруса с глубинными насосами


Являясь единственным для сооружения подходных рамп, открытый способ часто применяется также на береговых участках тоннеля с относительно небольшой глубиной заложения. (Мы намеренно, ограничиваемся этой неопределенной характеристикой заложения, так как давать более точные, цифровые рекомендации без учета и технико-экономического анализа всего комплекса конкретных местных условий здесь, как и в ряде других подобных случаев, было бы неправильно).

Известно несколько подводных тоннельных переходов, где открытый способ был успешно применен для постройки русловых участков. Пересекаемые водотоки, как правило, имели медленное течение и допускали временное заграждение перемычками отдельных частей русла.

Высокого технического уровня достигло применение открытого способа работ в сочетании со сборными железобетонными конструкциями тоннелей на Московском метрострое, откуда можно заимствовать много интересных примеров, освещающих современные методы сооружения береговых закрытых участков и подходных рамп.

Наиболее характерными цз построенных за последние 15 лет целиком этим способом являются следующие подводный переходы: четырехполосный городской тоннель под р. Альмендарес в Гаване (Куба, 1953 г.); автодорожный тоннель для четырех полос движения под каналом Гарвей около т. Нью-Орлеана (США, 1956 г.) и два параллельных тоннеля — двухпутный железнодорожный и четырехполосный автодорожный — под Североморским каналом у г. Вельзен (Голландия, 1958 г.).

Способ установки готовых секций имеет, как отмечено выше, две разновидности. Сущность первой — погружения тоннельных секций — заключается в том, что тоннель собирается из отдельных пространственных элементов — готовых секций, погружаемых в подводную выемку-траншею соответствующей глубины на подготовленное основание. Отсюда название — «погружные секции». Оно представляется более точным, чем термины «спускные» или, тем более, «заводные» секции, также употребляемые в технической литературе.

Способ погружения секций большей частью применяется в условиях, когда поверхность земли над сооружаемым тоннелем постоянно или временно покрыта водой достаточной глубины для транспортировки секций на плаву. Поэтому рассматриваемый способ вместе с рядом других некотсЗ-рыми авторами выделяется в особую группу «специальных» способов сооружения тоннелей.

В современной практике способ погружения готовых секций применяется довольно широко и, как показывают проектные и исследовательские разработки вопросов сооружения подводных тоннелей, выполненные на кафедре «Мосты и тоннели» ЛИИЖТа, имеет много оснований для использования в Советском Союзе.

Большое распространение способ погружения секций получает не только потому, что им достигается наименьшая глубина заложения и, следовательно, минимальная длина тоннеля по сравнению с подземными способами. Этот способ, как самый «крупноблочный» из всех методов не только соружения тоннелей, но и производства вообще всех строительных работ, наиболее полно отвечает современным тенденциям развития принципа сборности в строительстве. Применение его обеспечивает значительное сокращение сроков строительства по сравнению с другими методами сооружения тоннелей. Так, например, постройка крупного современного тоннеля под проливом в Гаване, имеющего длину между порталами 733 м, продолжалась только 30 месяцев. Столько же времени потребовалось для сооружения другого большого тоннеля — под р. Фрейзер.



Рис. 6. Способ погружения готовых тоннельных секций:
1- подводная выемка; 2 — проектное положение погружной секции:.3 — фундаментная плита; 4 — погружаемая секция; 5 - понтоны, поддерживающие секцию на плаву; 6 — устройство для намыка песчаной постели под секцией; 7 — командная вышка


В нашей стране организации, ведущие строительство подземных и гидротехнических сооружений, обладают в достаточной мере как кадрами, так и технической базой для выполнения всех специальных работ, необходимых при сооружении тоннеля способом погружения секций.

Способ опускания тоннелей-кессонов отличается от предыдущего тем, что установка готовых отрезков тоннеля в проектное положение связана с одновременным удалением породы из-под дна опускаемой секции и засыпкой ее сверху. Разработка породы ведется в рабочей камере кессона под сжатым воздухом. Наибольшее давление воздуха при кессонных работах Правилами безопасности на строительстве метрополитенов и тоннелей предусматривается не свыше 3,9 ати, что соответствует максимальной глубине ножа кессона от рабочего горизонта воды 39 м.



Рис. 7. Способ опускания тоннелей-кессонов


Способ работ накладывает существенный отпечаток на конструкцию секции тоннеля-кессона. Полная высота ее увеличивается за счет кессонной камеры с массивным потолком на 3-3,5 м сравнительно с погружной секцией. Внутренние размеры должны иметь значительные запасы по отношению к требованиям габарита приближения строений, необходимые для компенсации перекосов и отклонений от проектного положения в плане и в профиле, которые возможны при опускании тоннеля-кессона через породу. Длина кессонной секции по условиям опускания ограничивается четырех- пятикратной шириной ее. Большое разнообразие возможных в ходе работ схем опирания кессона и сочетаний действующих на него нагрузок требует существенного увеличения прочности всей конструкции по сравнению с секциями, погружаемыми в воду. Соответственно возрастает расход материалов и вес тоннелей-кессонов. Поэтому в ряде случаев исключается возможность доставки их каким-либо способом (например, на плаву) от места постройки и возникает необходимость изготовления секций непосредственно на месте опускания, что резко ухудшает основные технико-экономические характеристики данного способа.

Если еще учесть большие строительные затраты на подготовительные работы, стоимость сжатого воздуха и обслуживающих процессов, неблагоприятные условия и высокую стоимость труда кессонщиков, работающих сокращенную смену в зависимости от давления воздуха (например, при максимальном давлении 3,9 ати время пребывания в кессонной камере не должно превышать 1 ч 3 мин), то становится ясным, что опускание тоннелей-кессонов относится к самым дорогим и сложным в осуществлении способам тоннельных работ. Его использование поэтому ограничивается теми случаями, когда не подходят другие способы. Это, прежде всего, сооружение г. неблагоприятных геологических условиях стыковых участков между зонами применения различных методов работ (закрытого и открытого) и разных типов тоннельных конструкций. Именно такие обстоятельства привели к опусканию трех двухпутных тоннелей-кессонов общим протяжением 100 м на стыке открытого котлованного и закрытого горного способа работ между станциями Комсомольская и Красные Ворота (ныне пл. Лермонтова) 1-ой очереди Московского метро (1933 г.). Далее можно назвать подземные камеры различного назначения, например для монтажа и демонтажа проходческих щитов, вентиляционные камеры, камеры съездов и т. п. Если в силу каких-либо местных условий их нельзя построить в открытом котловане или горным способом, приходится прибегать к опусканию камер-кессонов, как это было сделано на Московском метрострое при необходимости начать щитовую проходку сразу в двух направлениях с участка, чрезвычайно неблагоприятного для сооружения монтажных камер. Известно также небольшое число примеров использования способа опускания тоннелей-кессонов для сооружения всего подводного тоннеля. Среди них — отмеченный ранее пешеходный тоннель под р. Шпрее в Берлине (Фридрихсгафен) и двухпутный тоннель метрополитена под Сеной в Париже.



Похожие статьи:
Примеры подводных тоннелей разного назначения

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Подводные туннели

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум