Тоннели. Строительство

Тоннели начали строить в глубокой древности, преимущественно для подачи воды и для военных целей. Первый горный железнодорожный тоннель длиной 1190 м был построен в 1826—1830 гг. в Англии. Крупнейший в мире однопутный железнодорожный Симплонский тоннель длиной 19,78 км, соединивший Италию со Швейцарией, был построен в 1898— 1906 гг. Железнодорожные тоннели в России начали строить с 1859 г. За три года были построены двухпутные тоннели длиной 427 и 1280 м на Петербург- Варшавской железной дороге. До конца прошлого столетия сооружено большое количество тоннелей на железных дорогах Кавказа, Сибири, Урала. Самым крупным был Сурамский тоннель в Закавказье длиной 4 км, построенный в 1886—1890 гг. До Великой Октябрьской социалистической революции в нашей стране было сооружено несколько десятков крупных горных однопутных и двухпутных тоннелей на железных дорогах Дальнего Востока. После Великой Октябрьской социалистической революции построены крупные тоннели на линиях Казань — Свердловск, Мерефа — Херсон, на Черноморской железной дороге и ряд тоннелей на востоке страны. Железнодорожные тоннели строили различными способами с обделками, защищающими движущиеся поезда от обвалов горных пород, из каменной кладки на известковых растворах, а позднее из бетона. Первая линия метрополитена была построена в Англии в 1863г. в Лондоне. С этого времени сеть метрополитенов быстро росла. В России строительство метрополитенов, начатое в 1930 г., ведется непрерывно. На 1 января 1988 г. протяженность Московского метрополитена составляла уже 224 км.

left000Тоннель (рис.1) – протяженное подземное или подводное сооружение для пропуска через высотное или контурное препятствие транспортных средств, пешеходов, воды, инженерных коммуникаций и пр.

Тоннели имеют обычно два выхода на поверхность, а в особых случаях только один (тупиковый тоннель транспортного рис. 1. или специального назначения).

Нормальная эксплуатация тоннеля обеспечивается комплексом согласованно работающих подземных и наземных сооружений и устройств, состав которых зависит от назначения, протяженности и места расположения тоннеля.

Железнодорожные и автодорожные тоннели, равно как и метрополитены, кроме железнодорожного пути или полотна проезжей части, должны иметь водоотводные, вентиляционные, оградительные и защитные сооружения и устройства, обеспечивающие безопасность движения и обслуживающего персонала.

Водоотводные устройства необходимы для удаления из тоннеля воды, проникающей через обделку или поступающей из водопровода при уборочных работах. Выполняются они в виде продольных лотков или труб, прокладываемых посередине или сбоку тоннеля.

Вентиляционные сооружения предназначены для очистки воздуха в тоннелях. Конструкция и состав этих сооружений зависят от системы вентиляции и длины тоннеля. При искусственной вентиляции могут сооружаться вентиляционные стволы, подземные камеры или наземные здания для вентиляторов.

К оградительным и защитным сооружениям относятся порталы, облицовочные и поддерживающие стены вдоль откосов предпортальных выемок, улавливающие стены и надолбы с заградительными валами и траншеями на пологих склонах, галереи в припортальных полувыемках на крутых косогорах, где имеется опасность обвалов, осыпей и лавин.

К водозащитным сооружениям относятся водосборные и водоотводные канавы на склонах гор, прорезаемых тоннелем, поверхностные и подземные дренажи.

К устройствам, обеспечивающим безопасность движения, относятся электрическое освещение тоннелей, оповестительная и заградительная сигнализации, телефонная связь, противопожарные установки и т. п.

Метрополитены из всех типов тоннелей отличаются наиболее сложным комплексом сооружений и устройств. Основными сооружениями метрополитена являются перегонные тоннели, станции, вестибюли, тяговые и понизительные электроподстанции, вагонные депо.

Для нормальной эксплуатации перегонных тоннелей необходимы вспомогательные сооружения: камеры для водоотливных установок, вентиляционные камеры и тоннели, вертикальные стволы вентиляционных шахт. В местах выхода перегонных тоннелей на поверхность устраиваются рампы — открытые выемки с подпорными стенами.

Строительство тоннелей- довольно-таки трудоемкий и дорогостоящий вид работ.

1. Классификация тоннелей.

Область применения тоннелей настолько велика, что позволяет дать лишь самую общую их классификацию по назначению, месту расположения, глубине заложения и способу строительства (рис. 2).

Они различаются также длиной (от нескольких десятков метров до нескольких десятков километров), формой и размерами поперечного сечения, конструкциями, условиями эксплуатации и пр.

По назначению выделяют транспортные тоннели, предназначенные для пропуска средств автомобильного или железнодорожного транспорта, поездов или скоростного трамвая, специальных видов транспорта (поездов на магнитной или воздушной подушке). Существуют также совмещенные транспортные тоннели для нескольких видов транспортных средств и пешеходов, судоходные тоннели и др.

 Рис. 2.

В последнее время в ряде протяженных железнодорожных тоннелей осуществляется перевозка автомобилей на специальных платформах, что значительно экономит время, снижает экологическую нагрузку и стоимость проезда.

Гидротехнические тоннели сооружают в системе ГЭС, ГАЭС или АЭС для отвода и подачи воды к силовым агрегатам (энергетические и деривационные). К гидротехническим относятся также мелиоративные тоннели для осушения или орошения земель, тоннели для водоснабжения, а также лесосплавные тоннели.

Коммуникационные тоннели чаще всего располагают в городах для прокладки различных инженерных коммуникаций: электрических кабелей высокого или низкого напряжения, кабелей связи, теплосетей, водостока, водопровода, газопровода, канализации. Во многих случаях устраивают коллекторные тоннели для пропуска нескольких видов коммуникаций.

Горнопромышленные тоннели строят на горнодобывающих предприятиях, шахтах и рудниках. Они служат для транспортирования руды и породы, проветривания и осушения подземных выработок.

К тоннелям специального назначения относят подземные автостоянки и гаражи тоннельного типа, тоннели для научных исследований (например, ускорители заряженных частиц, тоннели для аэродинамических испытаний), газо- и нефтехранилища, подземные склады, тоннели оборонного характера.

По месту расположения транспортные тоннели подразделяют на горные, подводные и городские. ^ Горные тоннели сооружают преимущественно в горной местности для преодоления высотных препятствий: горных хребтов, отрогов гор, холмов, возвышенностей. Подводные тоннели располагают в месте пересечения контурных препятствий: рек, каналов, озер, водохранилищ, морских заливов и проливов. Городские автотранспортные и пешеходные тоннели служат для упорядочения движения транспорта и пешеходов на городских магистралях и улицах. Такое подразделение следует считать условным, поскольку горные и подводные тоннели могут располагаться и на участках городских территорий, разделенных высотными или водными препятствиями.

В зависимости от глубины заложения от поверхности земли различают тоннели глубокого[H>(2—3)В] и мелкого заложения [H< (2—3)B], где B—наибольший размер (пролет или высота) поперечного сечения тоннеля.

В соответствии со способом строительства выделяют тоннели, сооружаемые закрытыми, открытыми или опускными способами, каждый из которых имеет несколько разновидностей.

Закрытые способы (горный, щитовой, продавливание) предусматривают ведение работ без нарушения поверхностных условий, а открытые способы(котлованный, траншейный) — с предварительным вскрытием поверхности земли. Используя опускные способы (опускные колодцы, опускные секции подводных тоннелей), конструкции тоннеля изготавливают на поверхности земли, а затем погружают на проектную отметку.

В наиболее сложных инженерно-геологических условиях для предварительного закрепления или осушения грунтового массива ранее перечисленные способы применяют в сочетании со специальными способами работ: водопонижением, искусственным замораживанием, тампонажем или химическим закреплением грунтов.

Выбор того или иного способа строительства определяется главным образом инженерно-геологическими условиями, длиной тоннеля и размерами его поперечного сечения, а также технико-экономическими и экологическими соображениями.

Горные и подводные тоннели чаще всего строят горным и Щитовым способами, а городские тоннели мелкого заложения котлованным или траншейным способами.

Горный способ применяют преимущественно в скальных грунтах. При этом тоннельную выработку раскрывают за один прием или по частям, закрепляя ее временной крепью, а затем на некотором расстоянии от забоя возводят постоянную конструкцию ОбделкуВ мягких и слабых грунтах наиболее эффективен щитовой способ, основанный на использовании передвижной крепи замкнутого очертания -- щита, под прикрытием которого разрабатывают грунт и возводят обделку (рис. 3,б). При котлованном способе конструкции тоннеля возводят в предварительно устроенном котловане (рис. 3,в), а при траншейном способе вначале в траншеях сооружают стены, на которые опирают перекрытие, а затем разрабатывают грунт между стенами и бетонируют лоток тоннеля (рис. 3,г). Рис. 3. Схемы строительства тоннелей.

Тоннель — сложный для осуществления и дорогой вид искусственных сооружений, достаточно широко применяемый при строительстве железных и автомобильных дорог. По своим конструктивным формам, размерам и условиям строительства тоннели в транспортном строительстве отличаются от других видов подобных сооружений — гидротехнических, коммунальных, промышленных, горно-разведочных и специального назначения

. тоннели могут быть перевальными, сооружаемыми через высокие водоразделы; косогорными, прокладываемыми вдоль склонов гор; петлевыми и спиральными (рис. 4), сооружаемыми для развития трассы дорог в горных условиях. При пересечении трассой автомобильной дороги крупных водных преград, для обеспечения постоянной транспортной связи между берегами наряду с мостовыми переходами сооружают подводные тоннели. Для преодоления глубоких, но сравнительно узких водных преград эффективны подводные тоннели на искусственных дамбах, отдельных опорах (тоннели-мосты), а также «плавающие» тоннели, заанкеренные в дно тросовыми оттяжками или удерживаемые на плаву специальными плавающими опорами.

left000Горные

Автотранспортные тоннели в городах сооружают для развязки движения в разных уровнях на пересечениях, примыканиях или разветвлениях магистралей для увеличения или выравнивания пропускной способности отдельных участков магистралей, улучшения планировочной структуры улично-дорожной сети, охраны окружающей среды, создания подъездных путей к подземным автостоянкам и гаражам, торговым центрам и пр. В крупных городах в нашей стране с населением более 1 млн. жителей, сооружают метрополитены. Как наиболее удобный вид городского пассажирского транспорта тоннели метрополитенов прокладывают в городах по направлениям наибольших пассажиропотоков. 

При устройстве метрополитенов в пределах застроенных участков городов они прокладываются под поверхностью земли, иногда по геологическим и топорельефным условиям на большой глубине. На окраинах городов устраиваются наземные участки на так называемых «вылетных» линиях, предназначенных для связи метрополитенов с пригородными электрифицированными железными дорогами. Городские пешеходные тоннели сооружают в местах интенсивного уличного движения для обеспечения движения потоков городского транспорта и пешеходов в разных уровнях и для повышения безопасности движения.

 2.Типы обделок тоннелей.

Процесс проходки тоннеля заключается в разработке грунта по очертанию и размерам проходимой выработки, удалении (выдаче) его на поверхность и закреплении выработанного пространства временной или постоянной крепью. -11430112522000Пространство, образовавшееся после разработки грунта и его удаления, называют горной выработкой (рис. 7). В зависимости от назначения горная выработка может называться: штольневой (при проходке штолен), тоннельной (при проходке тоннеля на полное сечение), калоттной (при проходке верхней части тоннеля горным способом) и др. Рабочее место, где ведут разработку грунта,— это забой выработки. Поверхность разрабатываемого грунта называют лбом забоя. В процессе производства работ забой по мере продвижения выработки перемещается вперед. 

Конструкцию, устраиваемую для закрепления тоннельной выработки на период производства работ, называют временной крепью, а конструкцию, служащую для постоянного закрепления выработки,— обделкой.

Временная крепь предназначена для удержания от обрушений и вывалов грунта кровли, боков и лба забоя выработки, под ее защитой возводят постоянную обделку из бетона, железобетонных или чугунных тюбингов. Временные крепи бывают деревянные, металлические, деревометаллические и реже — железобетонные. Необходимость крепления кровли, боков, лба забоя и подошвы выработки и конструкция временной крепи устанавливаются проектом производства работ. При щитовом способе проходки временная крепь используется только для крепления лба забоя, а крепление кровли, боков и подошвы обеспечивается элементами конструкции щита, под защитой оболочки которого возводят постоянную обделку.

Обделка тоннелей может иметь различное очертание (рис. 8). Обделки подковообразного очертания обычно используют при строительстве камер, раструбов, транспортных тоннелей. Круг овые обделки имеют тоннели метрополитенов, сооружаемые закрытым способом. Обделки прямоугольной формы используют для тоннелей открытого способа работ. Различают следующие элементы конструкции обделки. Верхняя часть — свод — в подковообразных и круговых обделках и перекрытие в прямоугольных. Боковая часть обделки — стены, нижняя часть, обратный свод (плоский лоток). Сборные обделки кругового очертания собирают из отдельных элементов — тюбингов

Горное давление. В нетронутом грунтовом массиве грунты находятся в состоянии равновесия и залегают в виде горизонтальных или наклонных пластов. При ведении проходческих работ равновесие грунта нарушается. Вокруг выработки появляются деформации грунта, проявляющиеся в виде разрыхления, оседания, вывалов отдельных кусков и целых глыб, которые давят на тоннельную крепь. Силы, вызванные нарушением равновесия горных пород в результате проходки выработки и действующие на ее крепь, называют горным давлением. Горное давление может быть вертикальным и боковым (рис. 9), хотя чаще оно бывает вертикальным и направлено сверху вниз.или блоков

. В монолитных скальных породах выработки без крепления могут сохраняться длительное время. В песчаных неустойчивых грунтах необходимо немедленно подводить временную или постоянную крепь.

На устойчивость кровли выработки влияют ее форма и размеры. Более устойчива кровля выработок сводчатой формы и небольшого пролета (ширины). При обрушении плоской кровли в ней образуется естественный свод, который называют сводом обрушения (сводом давления).

Гидростатическое давление. Проходка горной выработки или разработка котлована нарушает естественный водный режим в грунтовом массиве. Особенно сильно это проявляется в водоносных грунтах. Грунтовые воды из окружающей породы оттекают к выработке, откуда их необходимо откачивать на поверхность. Это приводит к понижению уровня 1 грунтовых вод в грунтовом массиве (рис. 10). В этот период обделка почти не испытывает давления от грунтовых вод. Для предотвращения поступления воды в построенный тоннель выполняют гидроизоляционные работы: делают контрольное нагнетание цементного раствора за обделку, зачеканивают швы, устраивают наружную оклеечную или внутреннюю гидроизоляцию. После выполнения этих работ поступление воды в тоннель прекращается, она начинает заполнять трещины и пустоты в окружающих тоннель породах и насыщать их водой. Уровень грунтовых вод начинает постепенно повышаться и через некоторое время достигает своего первоначального положения 2 (см. рис. 10). Над тоннелем образуется слой воды, а обделка начинает испытывать давление от напора грунтовых вод, которое называют гидростатическим давлением.

Учет нагрузок, действующих на тоннельную обделку. Обделки тоннелей и станций метрополитена должны иметь прочные, устойчивые и долговечные конструкции. Выполнение этого важнейшего требования проверяют расчетом обделок на нагрузку, действующие как: во время строительства, так и во время эксплуатации. 

Нагрузки, действующие на тоннельные обделки, делят на постоянные и временные. К постоянным нагрузкам относятся горное и гидростатическое давления, вес зданий и других наземных сооружений, собственный вес конструкций, к временным — нагрузки от движущихся поездов в тоннелях, от наземного транспорта (при мелком заложении тоннелей), а также нагрузки, возникающие в процессе ведения проходческих работ (давление от нагнетания раствора за обделку, при щитовой проходке — давление от гидроцилиндров и др.). В практике проектирования тоннелей в нашей стране для определения силы горного давления принята теория проф. М. М. Протодьяконова, по которой горное давление определяют исходя из предположения, что над тоннелем образуется свод давления (свод обрушения), внутри которого порода разрыхлена и давит на обделку. Вес породы, расположенный вне этого свода, не оказывает давления на обделку.

При проходке тоннелей метрополитенов на сравнительно небольших глубинах в переслаивающихся песчано-глинистых грунтах свода обрушения над тоннелем не образуется, и осадка может доходить до поверхности. В этом случае вертикальное горное давление вызывается весом столба породы, заключенным между кровлей выработки и земной поверхностью.

Давление воды принимают соответствующим высоте напора, определенной для пласта грунта, в котором заложен тоннель. 

Для тоннелей, сооружаемых открытым способом в котлованах, вертикальная нагрузка слагается из веса грунта, засыпанного над тоннелем, и воздействия движущегося наземного транспорта. 

Временные нагрузки, которые могут действовать на обделку во время строительства или эксплуатации, определяют на основании нормативных документов. Для тоннелей, сооружаемых в сейсмических районах, учитывается и сейсмическое воздействие. 

Кроме постоянных и временных нагрузок, при выборе материала и конструкции тоннельных обделок учитывают инженерно-геологические и гидрогеологические условия, при этом обделку рассчитывают на самое неблагоприятное сочетание нагрузок.

Обделка является постоянной конструкцией, предназначенной для закрепления внутренней поверхности горной выработки и придания ей правильного, соответствующего проекту очертания. Обделка тоннеля должна воспринимать горное давление по контуру выработки (т. е. давление окружающих выработку пород), гидростатическое давление подземных вод, временные нагрузки, передаваемые с поверхности земли (при мелком заложении тоннеля), сейсмические воздействия и другие нагрузки. Обделка является несущей конструкцией, она должна обладать достаточной прочностью, устойчивостью и водонепроницаемостью. Поэтому при выборе конструкции и материалов обделок тоннелей метрополитенов учитываются: геология и гидрогеология участка строительства, глубина заложения тоннелей, габарит приближения строений, климатические и сейсмические условия, эксплуатационные требования, способы производства работ, трудоемкость возведения обделок и их стоимость. Для устройства обделки тоннелей метрополитенов используют сборные чугунные или железобетонные элементы, а также монолитный бетон и железобетон. Эти материалы достаточно прочны и долговечны и позволяют вести работы индустриальными методами

Для перегонных тоннелей широко применяют сборные обделки из железобетонных блоков, а в осложненных гидрогеологических условиях строительства (при неустойчивых обводненных грунтах, большом гидростатическом напоре воды и большом горном давлении) — сборные обделки из чугунных тюбингов.

Обделки тоннелей мелкого заложения, сооружаемых открытым способом, выполняют из сборных железобетонных крупноразмерных конструкций.

Обделки из монолитного бетона и железобетона устраивают при сооружении выработок больших поперечных размеров — односводчатых станций, камер съездов, раструбных участков. Для перегонных тоннелей монолитный бетон применяют для обделок, возводимых из прессованного бетона. 

Обделки тоннелей, сооружаемых закрытым способом. Сборные обделки состоят из отдельных элементов заводского изготовления. Обделки кругового очертания состоят из ряда колец, собранных из отдельных блоков или тюбингов. Блоком называют элемент сплошного сечения с гладкими поверхностями, тюбингом — элемент с ребристой внутренней поверхностью. Грани блоков и тюбингов, по которым они соединены в кольцо (направленные параллельно оси тоннеля), называют продольными, или радиальными, а грани, соединяющие отдельные кольца между собой (перпендикулярные оси тоннеля),— поперечными, или кольцевыми (круговыми).

Сборная чугунная обделка тоннеля (рис. 11) представляет собой ряд соединенных в трубу широких колец, каждое из которых собрано из отдельных элементов — тюбингов (называемых иногда сегментами).

Чугунный тюбинг (рис. 12) имеет вид ребристой коробки, дно которой — спинка тюбинга — выполнено по круговой кривой, соответствующей радиусу кольца обделки тоннеля. Тюбинг имеет два радиальных (продольных) борта, плоскость которых образует продольные стыки (швы) в готовой обделке, а также два кольцевых (поперечных) борта, которые в готовой обделке образуют кольцевые стыки (швы). Края бортов тюбинга, обращенные внутрь кольца обделки, имеют специальные выемки — фальцы, которые при сборке обделки образуют так называемые чеканочные канавки. Внутри тюбинга, между радиальными и кольцевыми бортами, расположены упрочняющие перегородки — ребра жесткости: кольцевое и 2-3 (в зависимости от конструкции тюбинга) радиальных (узкий ключевой, или замковый, тюбинг радиальных ребер жесткости не имеет). Болтовые отверстия в бортах тюбинга служат для соединения смежных тюбингов в кольцо, а колец — в обделку тоннеля. В спинке тюбинга имеется завинчивающееся металлической пробкой отверстие для нагнетания за обделку специальных уплотняющих и гидроизолирующих растворов.Кольцо обделки собирают из тюбингов разных типов (см. рис. 11). Нормальные тюбинги 1 имеют радиально направленные продольные борта. Верхний ключевой (замыкающий) тюбинг 5, которым замыкают кольцо (изнутри тоннеля) при его сборке, имеет скошенные продольные борта, придающие тюбингу клиновидную форму. Два тюбинга 2, смежных с ключевым, имеют по одному скошенному борту. Тюбинги, поступающие с завода, имеют маркировку: нормальные — Н, смежные — С, и ключевые — К. Число элементов в кольце зависит от его диаметра и конструкции обделки. Для перегонных тоннелей метрополитена приняты стандартные размеры колец из чугунных тюбингов: ширина (измеряется вдоль тоннеля) 1 м, наружный диаметр 5,5 м, внутренний диаметр 5,1 м, высота бортов 0,2 м.

Размеры отверстий для болтов, скрепляющих тюбинги, для облегчения сборки приняты на 4-6 мм больше диаметра болтов. Для обделок наружным диаметром 5,5 м применяют болты диаметром 27 мм и длиной 120 м, а для обделок наружным диаметром 6м — болты диаметром 30 мм и длиной 130 мм. 

На кривых участках пути (как в плане, так и в профиле) при сборке тюбинговых колец тоннеля применяют чугунные клиновидные прокладки с отверстиями, которые позволяют собирать кольца переменной ширины. 

Сборная железобетонная обделка, так же как и чугунная, состоит из ряда колец. Каждое кольцо собирают из отдельных железобетонных элементов (тюбингов или блоков), которые могут быть сплошного или ребристого сечения. В первом случае обделка имеет гладкую внутреннюю поверхность. Размеры кольца такой обделки аналогичны размерам кольца обделки из чугунных тюбингов. 

Обделку из железобетонных блоков монтируют без перевязки швов. Сопряжение блоков в кольце из элементов сплошного сечения осуществляют по цилиндрическим поверхностям: в одном случае она выпуклая, в другом — вогнутая. Кольца друг с другом в продольном направлении не соединяют. Во избежание просадок колец лотковые блоки смежных колец соединяют двумя металлическими штырями по кольцевому борту. Конструкция обделки с элементами ребристого сечения более удобна для сборки. Кольцевые борта таких блоков имеют отверстия для установки монтажных шпилек, обеспечивающих соединение монтируемых колец друг с другом в продольном направлении. Существует также конструкция железобетонных тюбингов с плоскими стыками и болтовыми связями.

Для исключения трудоемких работ по очистке лотковой (нижней) частей тоннеля взамен тюбинга ставят плоский железобетонный лотковый блок с чугунной плитой. При сооружении тоннелей из сборных железобетонных обделок на кривых участках применяют специальные угловые кольца или железобетонные угловые прокладки, состоящие из отдельных элементов.

При традиционном способе сооружения тоннелей сборные обделки могут обжиматься нагнетанием песчано-цементного раствора в зазор между наружной поверхностью обделки и внутренней поверхностью выработки, пройденной в породе. 

В определенных условиях (в устойчивых, обладающих достаточной прочностью грунтах) может быть применен и другой способ — обжатие обделки в грунт. Плотное прижатие блоков обделки к контуру выработки исключает процесс первичного нагнетания, уменьшает или исключает осадки земной поверхности, улучшает устойчивость породного массива. Для обжатия обделки в породу необходимо, чтобы выработка имела правильный контур, совпадающий с наружным контуром обделки. Такой контур выработки получают при использовании проходческих механизированных щитов в плотных устойчивых грунтах.

Обделку собирают из блоков сплошного сечения с цилиндрическими стыками по продольным бортам. Разжимающие устройства могут располагаться в своде, на горизонтальном диаметре или в лотковом блоке. Разжатие блоков можно осуществлять с помощью гидравлических домкратов, рычажных устройств или вдавливанием клиновидного блока. Заделка и фиксация разжатых стыков производятся разными способами: заполнением зазоров монолитным бетоном, забивкой клиньев, установкой вкладышей.

Сборная унифицированная железобетонная сейсмостойкая обделка с блоками сплошного сечения, предназначенная для применения в районах с высокой сейсмичностью, имеет повышенную жесткость в продольном и поперечном направлениях. Сопротивляемость обделки сейсмическим воздействиям обеспечивают расположенные по всем четырем углам каждого блока узлы связи. Бетонные монолитные обделки тоннеля сооружают из монолитного бетона с использованием переставной опалубки. Для перегонных тоннелей метрополитена принято круговое очертание таких обделок с внутренним диаметром 5,5 м. Созданы технология и оборудование для возведения монолитно-прессованной бетонной обделки тоннеля при щитовой проходке. Бетонирование ведут в жесткой металлической переставной опалубке одновременно по всему поперечному сечению конструкции, затем бетонную смесь прессуют с помощью специальных домкратных устройств. Прессованный бетон имеет повышенные прочность, плотность и водонепроницаемость. Применение такой конструкции исключает работы по нагнетанию растворов за обделку и чеканке швов. Конструкции обделок тоннелей открытого способа работ. Возводимые в котлованах обделки выполняются из сборного железобетона прямоугольного очертания рамной конструкции. Они могут быть одно-, двух— и многопролетными. Монолитные обделки применяются редко: на участках камер съезда, раструбах, в местах сопряжения различных типов обделок. Сборная обделка тоннеля открытого способа работ (рис. 13) состоит из укрупненных блоков (стенового 1, перекрытия 2 и лоткового 4), которые монтируют в тоннельную секцию с помощью крана, расположенного на земной поверхности. Отдельные блоки соединяют путем сварки выпусков арматуры, стыки между блоками и швы между секциями омоноличивают или зачеканивают расширяющимся цементом.

 ^ Рис. 13. Обделка однопутного перегонного тоннеля открытого способа работ из сборного железобетона: 1- стеновой блок; 2- блок перекрытия; 3- бетонное основание под путь; 4- лотковый блок

Заводы железобетонных изделий Главтоннельметростроя выпускают и готовые секции (рис. 14) железобетонные прямоугольные рамные конструкции. Их длина 1,5 м, высота 5 м, ширина 4,4 м, масса 13,3 т. Из таких секций монтируют обделку как однопутных, так и двухпутных тоннелей. Рис. 14. Обделка перегонных тоннелей открытого способа работ из цельных секций: а- для однопутного тоннеля; б- для двухпутного тоннеля.

Секции устанавливают в котловане на подготовленное основание свободно вплотную друг к другу и образуют один или два тоннеля прямоугольного очертания. В продольном направлении секции друг с другом соединяют при помощи стяжных болтов или стальных полос, привариваемых к металлическим закладным деталям секций. В местах поворота тоннеля в плане или профиле ставят угловые секции, имеющие скошенные по периметру края.При строительстве тоннелей горным способом широкое распространение получили облегченные обделки из набрызг-бетона. Обделку из набрызг-бетона возводят безопалубным способом, вследствие чего примерно в 2 раза сокращаются трудоемкость и стоимость работ.Места въездов и выездов из тоннелей должны быть надежно закреплены и архитектурно оформлены. Ограждающие и несущие конструкции устраивают в горных, подводных и некоторых городских автотранспортных тоннелях.В крепких скальных грунтах, когда откосы подходной выемки достаточно устойчивы и имеют значительную крутизну, устраивают оголовки, представляющие собой выступающие из плоскости лобового откоса усиленные звенья тоннельной обделки. Головное звено обделки длиной 4-6 м обычно усиливает дополнительным армированием или увеличивают толщины свода и стен для восприятия давления грунта со стороны горного склона.Торцовая поверхность оголовка может быть вертикальной илииметь наклон, совпадающий с уклоном горного склона, и облицовывается естественным камнем. Верхнюю часть оголовка снабжаютпарапетом.

В большинстве случаев в местах перехода от открытой выемки к тоннелю возводят порталы — архитектурно оформленные несущие конструкции, закрепляющие лобовой, а иногда и боковые откосы подходной выемки. Порталы не только обеспечивают устойчивость откосов выемки, но и защищают полотно проезжей части от падения отдельных обломков породы, а также отводят воду, стекающую с горного склона. Место расположения портала назначают исходя из минимальных нарушений естественного равновесия горных склонов. В устойчивых грунтах порталы делают «врезными», располагая их вплотную к горному склону.

3. Шахтные стволы.Проходка шахтных стволов составляет небольшую долю в общем объеме работ при строительстве тоннелей, однако быстрое и успешное ее проведение сокращает общие сроки строительства, поскольку через шахтные стволы осуществляется разворот основных подземных работ.Рис. 15. Шахтный ствол: 1- воротник; 2- вертикальный ствол; 3- сопряжение ствола с околоствольными выработками; 4- зумпф.

По назначению различают рабочие шахтные стволы и вентиляционные. Рабочие шахтные стволы служат только для строительных целей. После окончания строительства их забучивают (заполняют кладкой, засыпают грунтом). Вентиляционные стволы являются постоянными сооружениями метрополитенов. 

В больших вертикальных выработках на внешние нагрузки лучше работают обделки кругового очертания. Шахтные стволы, используемые при эксплуатации метрополитенов как вентиляционные, находятся в условиях знакопеременных температур, и их обделки требуют особо надежной гидроизоляции. Этим определяется преимущественное применение для шахтных стволов обделок из чугунных тюбингов. Типовой наружный диаметр стволов при строительстве метрополитенов принят равным 6 м. 

Шахтный ствол (рис. 15) состоит из верхней части — устья (форшахты) с воротником, основной части — вертикальной протяженной закрепленной выработки, сопряжения ствола с околоствольными выработками и нижней части — зумпфа.

Воротник представляет собой конструкцию кругового очертания из бетона или железобетона, которая надежно закрепляет верхние кольца ствола в грунте и воспринимает часть веса обделки. В воротнике иногда размещают специальное оборудование, используемое при проходке ствола. Он ограждает устье ствола от стока поверхностных вод. 

Сопряжение ствола с околоствольными выработками выполняют в виде бетонного раструба. 

Зумпф ствола располагают на 2-3 м ниже уровня подошвы околоствольного двора. Он служит временным водосборником.

Комплекс размещенного в стволе оборудования, необходимого для обслуживания подземных работ в продолжение всего периода строительства, и поддерживающих его устройств называют постоянным армированием ствола. Сечение ствола разделяется на клетьевое, лестничное и лесоспускное отделения, а также отделения для размещения трубопроводов и кабелей (рис. 16). В состав постоянного армирования ствола входят расстрелы — основные поддерживающие устройства клетьевого подъема и обшивки отделений ствола, проводники — направляющие для клетьевого подъема, оборудование лестничного и лесоспускного отделений, одна или две вентиляционные трубы, трубопроводы для водоотлива, сжатого воздуха и воды, а также постоянные силовые, сигнальные и осветительные электрокабели. Расстрелы устанавливают по высоте ствола через каждые 3 м и крепят непосредственно к обделке. Деревянные проводники прикрепляют к расстрелам болтами. Трубопроводы крепят к обделке ствола при помощи хомутов, а электрокабели — посредством специальных кронштейнов и скоб. Ускорить подготовку ствола для ведения дальнейших подземных работ позволяет выполнение возможно большей части работ по его армированию в процессе проходки. Шахтные стволы пересекают обычно разнородные грунтовые напластования, в том числе слабые неустойчивые и обводненные грунты. Поэтому при проходке стволов используют разные способы и часто применяют специальные способы работ: замораживание грунтов, цементацию и другие виды закрепления грунтов, искусственное водопонижение.

Стволы сооружают с последовательным монтажом колец обделки в призабойной части выработки (подводкой колец снизу) или способом опускной крепи с наращиванием колец сверху. Способ подводки колец снизу (обычный) применяют при сооружении стволов в природно-устойчивых или искусственно закрепленных грунтах. Способ опускной крепи применяют при проходке стволов в слабых неустойчивых грунтах. Одной из разновидностей способа является проходка с задавливанием крепи. В этом случае обделку устья ствола, имеющую несколько больший диаметр, используют в качестве неподвижной опорной части, а опускную крепь собирают в пределах нижнего ее участка. Чтобы не допустить обнажений вертикальных стенок выработки и выпуска грунта в забое, в нижней части опускной крепи делают ножевое кольцо из листовой стали. Крепь погружают, вдаливая гидравлическими домкратами, которые устанавливают на верхние фланцы тюбингов очередного собранного кольца обделки с упором в пакеты из двутавровых балок, раскрепленных в обделку устья ствола.Рис. 16. Сечение шахтного ствола: 1 — лестничное отделение; 2 — лесоспуск: 3 — клетевое отделение (на две клети); 4 — отделение для трубопроводов и кабелей; 5 — вентиляционная труба

Способ опускной крепи получил дальнейшее развитие в виде способа погружения крепи в тиксотропной оболочке. Сущность его состоит в том, что в процессе погружения зазор между крепью и грунтом заполняют тиксотропным раствором, резко снижающим сопротивление трения. Тиксотропный раствор готовят из специальных видов глин. Он обладает способностью сохранять длительное время свои свойства, т. е. не расслаивается: в нем не выделяется осадок и не отделяется вода. Оказывая давление на стенки выработки, он предотвращает их обрушение или оползание. Применение тиксотропной оболочки коренным образом усовершенствовало способ опускной крепи, обеспечило необходимую его надежность, снизило затраты времени на сооружение стволов, уменьшило трудоемкость работ, повысило производительность и улучшило условия труда проходчиков. Необходимым условием применения опускной крепи является наличие водоупора под толщей проходимых неустойчивых грунтов. Стволы с наращиванием обделки сверху на полную глубину обычно не проходят: преодолев толщу слабых неустойчивых грунтов, дальнейшую проходку в плотных грунтах ведут обычным способом с монтажом обделки подводкой колец снизу. Из специальных способов по предварительному закреплению грунтов наибольшее распространение при сооружении стволов получило искусственное замораживание грунтов. Оно эффективно при проходке стволов в водонасыщенных песках, слабых глинистых грунтах и плывунах. Этот способ успешно применяют при ведении проходческих работ вблизи от зданий и сооружений, позволяя обеспечить их сохранность и безопасность работ. Цементацию и глинизацию применяют при проходке стволов в сильнотрещиноватых скальных грунтах, хорошо проводящих воду, и в крупнообломочных (например, гравелистых) грунтах с большим притоком воды в забой. Искусственное понижение уровня грунтовых вод для снижения притока воды при проходке стволов ведут при помощи пробуриваемых с поверхности скважин и глубинных насосов.

Вентиляция.

Для длительной безопасной эксплуатации автотранспортных и пешеходных тоннелей необходимо создание в них целого комплекса различных устройств и оборудования, обеспечивающих требуемую чистоту, температуру и влажность воздуха, условия видимости, своевременное удаление воды, предотвращение льдообразования, противопожарную защиту.

В тоннелях должно быть организовано удобное и безопасное движение автотранспортных средств с расчетными скоростями, однородные условия движения, соблюдение принципа зрительной ориентации водителей, необходимое сцепление шин автомобилей с проезжей частью. Кроме того, должны быть предусмотрены меры по предотвращению и быстрому устранению возможных нарушений или аварий.

Для этих целей все крупные автотранспортные тоннели оборудуют системами искусственной вентиляции, освещения, водоотвода, сигнализации, контрольными, противопожарными и другими устройствами, которые должны быть связаны с общей системой наблюдения и регулирования движения на прилегающих дорогах и магистралях.

Необходимость применения тех или иных эксплуатационных устройств зависит от вида тоннеля, длины и размеров поперечного сечения, места его расположения, интенсивности движения с учетом его перспективного роста.

Для создания в тоннелях нормальных атмосферных условий устраивают искусственную вентиляцию, периодически подавая свежий воздух и удаляя загрязненный.

В соответствии с действующими нормами искусственную вентиляцию предусматривают в горных, подводных городских автотранспортных тоннелях, длина которых превышает 400 м. Тоннели длиной 150-400 м следует оборудовать искусственной вентиляцией только в случае недостаточного естественного проветривания, что возможно при расположении тоннелей на кривых в плане, наличии крутых и затяжных уклонов, значительной интенсивности движения. Автотранспортные тоннели длиной до 150 м проветриваются за счет естественной тяги воздуха, которая создается потоком движущихся автомобилей, а также под действием ветрового, теплового и барометрического давлений. Одной из главных задач искусственной вентиляции является удаление вредных газов, выделяемых двигателями автомобилей. При движении автомобилей по тоннелю в воздух попадают различные газы и соединения свыше 100 наименований. Искусственное проветривание тоннелей производится за счет воздухообмена путем подачи свежего воздуха (приточная схема), удаления загрязненного (вытяжная схема) или одновременной подачей свежего и вытяжкой отработанного воздуха (приточно-вытяжная схема). В зависимости от длины тоннеля подачу и вытяжку воздуха осуществляют через порталы (портальная схема) или шахтные стволы (шахтная схема). В некоторых случаях воздухообмен производят одновременно через порталы и шахтные стволы (портально-шахтная схема). Для подачи и вытяжки воздуха применяют продольную поперечную или комбинированную систему вентиляции, отличающиеся друг от друга характером воздухообмена, направлением движения воздуха, наличием или отсутствием приточных и вытяжных каналов.

При продольной системе воздух подается и удаляется по всему сечению тоннеля вентиляционными установками, располагаемыми у порталов или по трассе тоннеля (рис. 3.2 а) При этом движение воздуха происходит в осевом направлении при отсутствии радиальных составляющих (пульсаций) потока или приих небольших значениях. Продольная система не требует создания специальных вентиляционных каналов, что обуславливает минимальную площадь поперечного сечения выработки и сравнительно невысокую строительную и эксплуатационную стоимость реализации такой системы.left000Рис. 17. Продольная система вентиляции: 1-вентиляционная установка; 2-направление движения воздуха; 3-шахтный ствол. В тоннелях длиной более 1 км продольную систему можно применять с устройством промежуточного шахтного ствола для удаления загрязненного воздуха. При этом в тоннеле устанавливается встречное движение воздуха, что снижает стабильность проветривания. Более эффективно создание двух шахтных стволов или устройство в одном стволе приточного и вытяжного каналов (рис. 17, б). Наличие по трассе тоннелей глубоких шахтных стволов значительно увеличивает силу естественной тяги воздуха. 

В последние годы в автотранспортных тоннелях находит применение продольно-струйная система вентиляции, являющаяся разновидностью продольной системы. Сущность ее заключается в том, что размещенные на стенах или потолке тоннеля через определенные интервалы реверсивные осевые вентиляторы создают высокоскоростной (до 30-40 м/с) поток воздуха, который возбуждает, вторичный воздушный поток в тоннеле, вовлекая в движение основную массу воздуха (рис.18). При этом часть воздуха снова попадает к вентиляторам и выбрасывается ими с большой кинетической энергией в общий поток. Соотношение между вторичным и основным потоками воздуха составляет от 1:10 до 1:50.

Для продольно-струйной системы характерно превалирующее действие поршневого эффекта над потерями давления за счет трения и местных сопротивлений, а также инерционность системы при изменении объема газовыделений. Продольно- струйную вентиляцию устраивают в тоннелях длиной до 1 км при встречном и до 3 км при одностороннем движении транспортных средств.

Рис. 18. Продольно-струйная система вентиляции (а) и схемы размещения вентиляторов (б—г):

1 — струйные вентиляторы; — направление движения воздуха; — направляющие, 4 —корпус; 5 — электрокабель; 6 — элементы крепления

Основные недостатки продольно-струйной системы вентиляции связаны с сильным шумом, создаваемым осевыми вентиляторами, и выбросом в виде факела загрязненного воздуха на предпортальные участки тоннеля. Поперечная и комбинированные системы вентиляции. Для автотранспортных тоннелей большой протяженности целесообразна поперечная система вентиляции. При этом воздух подается и удаляется по специальным каналам, расположенным за пределами габарита приближения строений и оборудования (Рис. 19, а) В тоннелях кругового поперечного сечения приточный канал располагают под проезжей частью, а вытяжной над ней. В тоннелях сводчатого очертания приточный и вытяжной каналы размещают чаще всего над проезжей частью, причем возможна как односторонняя (рис. 19,б), так и двусторонняя (рис. 19, в) подача воздуха. В последнем случае, хотя и увеличивается количество вентиляционных каналов и перегородок, достигается более равномерное проветривание транспортной зоны.

 Рис. 19. Поперечная система вентиляции (а) и схемы расположения вентиляционных каналов (б—г) 1 — вентиляционная установка; 2 — направление движения воздуха; 3 вытяжной канал;4 отверстие в вентиляционной перегородке; 5 — приточный канал; 6 — поперечный канал.В тоннелях прямоугольного поперчного сечения каналы наиболее целесообразно размещать сбоку от проезжей части (рис. 19,г), чтобы не увеличивать высоту тоннеля.В некоторых случаях может оказаться рациональной полупоперечная система искусственной вентиляции. При этом свежий воздух подается по каналу, а загрязненный удаляется по транспортной зоне тоннеля за счет «поршневого эффекта» и естественной тяги воздуха. Находит применение и полупродольная система, при которой свежий воздух подается по тоннелю, а удаляется по вытяжному каналу. Комбинированные (полупоперечная и полупродольная) системы искусственной вентиляции сочетают в себе достоинства и недостатки продольной поперечной систем и применяются в тоннелях длиной до 1,2-1,5 км. Однако использование полупоперечной системы сопряжено с выбросом загрязненного воздуха непосредственно в воздушный бассейн.

Вентиляционные установки размещают непосредственно у порталов или по трассе тоннелей, а также в подземных камерах. При проветривании горных тоннелей вентиляционные установки располагают чаще всего над головным звеном тоннеля, выступающим за пределы лобового откоса подходной выемки (рис. 20, а). Для этого в конструкции портала предусматривают помещение, снабженное проемами с жалюзийными решетками и отверстиями для подачи воздуха в тоннель. Иногда вентиляционное помещение размещают рядом с порталом и соединяют с тоннелем вентиляционными каналами. При проветривании подводных тоннелей вентиляционныездания располагают на берегах пересекаемого водного препятствия (рис. 20, б) и используют их не только для установки вентиляционного оборудования, но и для устройства в них диспетчерских и других служебных помещений, необходимых для эксплуатации тоннеля. 

Рис. 20. Схемы портально-шахтной (а) и шахтной (б) вентиляции при проветривании горного и подводного тоннелей: 1-портальная вентиляционная установка; 2-вентиляционная установка над шахтным стволом; 3-шахтный ствол; 4-тоннель; 5-направление движения воздуха.

5.Электроосвещение тоннелей.

Все автодорожные тоннели длиной более 300 м на прямой в плане и более 150 м на криволинейной трассе, а также все городские автотранспортные и пешеходные тоннели независимо от их длины должны иметь круглосуточное искусственное освещение, обеспечивающее адекватную и комфортную видимость для всех, кто проезжает по тоннелю в любое время суток. Создание эффективной системы освещения в тоннелях способствует увеличению их пропускной способности и повышению безопасности движения.

Выбор той или иной системы освещения зависит от длины тоннеля, климатических, топографических и градостроительных условий, расположения тоннеля в плане, и профиле, формы и размеров его поперечного сечения, типа облицовки, ориентации порталов, интенсивности и скорости движения. Различные сочетания указанных факторов предопределяют необходимость устанавливать индивидуальную систему освещения в каждом конкретном случае.

Переход от яркого дневного света на поверхности к пониженному освещению при въезде в тоннель приводит к внезапному ослеплению водителей, что может явиться причиной аварии. Время проезда автомобиля по тоннелю длиной около 1 км со скоростью 60 км/ч составляет не более 1 мин. За это время зрение водителя должно приспособиться к резкому снижению уровня освещенности при въезде в тоннель и увеличению его при выезде из тоннеля.В автодорожных тоннелях применяют разнообразные системы искусственного освещения открытого, рассеянного или яркого света с имитацией суточного изменения уровня освещенности и яркости. Освещение создается светильниками, установленными на перекрытии или стенах через определенные интервалы. Применяют различные светильники, отличающиеся светотехническими и конструктивными особенностями, коэффициентом полезного действия, потребляемой мощностью, сроком службы и др. Светильники должны обеспечивать достаточный световой поток для равномерного освещения перекрытия, стен, проезжей части автотранспортных и чистого пола пешеходных тоннелей. Кроме того, они должны быть компактными, безопасными в обращении, иметь пыле и влагонепроницаемый корпус, который легко очищать и мыть.

Применяемые в качестве источников света в тоннелях тепловые и газоразрядные лампы в неодинаковой, степени удовлетворяют указанным требованиям. В большинстве случаев для освещения тоннелей применяют газоразрядные лампы низкого (40—140 Вт) и высокого (60—1000 Вт) давления. Наиболее экономичны дуговые ртутные, ксеноновые, ртутные с металлогалоидными добавками. Получает распространение система встречного освещения, при которой световой поток направлен к въезду в тоннель (рис. 21). В связи с этим попадающие в поле зрения водителей другие автомобили и находящееся в тоннеле оборудование становятся хорошо различимыми темными предметами, резко контрастирующими со светлой проезжей частью. Такой эффект достигается установкой на потолке тоннеля трубчатых светильников с флуоресцентными содовыми лампами высокого давления.

Применяют также обратно-лучевые светильники с параболическими рефлекторами, которые направляют световой поток на проезжую часть в направлении, противоположном движению автотранспортных средств. Постепенное повышение или снижение уровня освещенности в пределах переходной и выездной зон тоннеля достигается за счет изменения шага светильников или установкой светильников разной мощности.

Рис. 21. / — обратно-лучевые светильники; 2 —тоннель.

Сплошные световые полосы (ленты) обеспечивают более равномерное распределение яркости, снижают ослепление водителей и создают хорошую оптическую перспективу в тоннеле. Повышение уровня освещенности на отдельных участках может быть достигнуто установкой нескольких рядов светильников или включением различного количества ламп в отдельных светильниках.

Помимо общего освещения транспортной зоны, предусмотрено более интенсивное местное освещение отдельных зон автотранспортных тоннелей: камер, ниш, уширений, поперечных сбоек. Изменение режима освещенности в автотранспортных тоннеляхв зависимости от уровня освещенности на поверхности земли может обеспечиваться автоматически, с использованием телеуправления.Для измерения яркости дневного света на припортальных участках тоннеля устанавливают специальные датчики (например, вентильные селеновые элементы), в соответствии с показаниями которых автоматически регулируется уровень освещенности в тоннеле, а также могут включаться или выключаться дополнительные источники освещения на подходах к тоннелю при помощи фоторелейных выключателей. На случай внезапного отключения освещения при аварии или падении напряжения в осветительной сети во всех тоннелях должно быть предусмотрено аварийное освещение. Оно должно обеспечивать уровень освещенности в тоннеле не менее 10—12 лк. Обычно для этой цели применяют лампы накаливания мощностью 15—30 Вт, устанавливая их примерно через 10 м на прямых и через 5 м на криволинейных в плане участках тоннеля. Сеть аварийного освещения напряжением 24—36 В питается от установленных в тоннеле аккумуляторных батарей. Освещение в пешеходных тоннелях создают газоразрядными лампами низкого давления типа ДРЛ или ЛБ, помещенными в кор-пусы светильников прямого или рассеянного света круглой, квадратной или прямоугольной формы с матированными или молочными рассеивателями. Светильники подвешивают непосредственно к потолку или стенам тоннеля, а также в углубления ребристых блоков (в один ряд при ширине тоннеля до 4 м и в два ряда при большей ширине). При этом шаг светильников вдоль тоннеля 3—5 м. Светильники устанавливают и в наземных павильонах над сходами в тоннель, включая их в вечернее время. Освещение в пешеходных тоннелях регулируется автоматически в соответствии с изменением уровня освещенности на улицах. Предусматривается аварийное освещение пешеходных тоннелей от установленных в подсобных помещениях аккумуляторов.

В связи с тем что осветительные устройства и оборудование в тоннелях потребляют значительный расход электроэнергии, в настоящее время предпринимаются попытки использовать для освещения тоннелей солнечную энергию. Установленные на поверхности земли солнечные батареи аккумулируют тепловую энергию и, преобразуя ее в электрическую, питают осветительные устройства. Так, в Японии в тоннеле длиной 121 м 64 натриевых светильника мощностью по 90 Вт получают питание от блока солнечных батарей мощностью 15,6 кВт с напряжением 200 В. В тоннеле Зуммерегг (Швейцария) длиной ПО м размещены 312 модулей, работающих от солнечных батарей мощностью 16,5 кВт напряжением 390—420 В.

6. Водоотвод и специальное оборудование.

В процессе эксплуатации тоннелей необходимо отводить из них воду, которая может проникать через порталы, лестничные или пандусные сходы в виде атмосферных осадков, просачиваться через конструкцию из грунтового массива (в случае повреждения гидроизоляции), скапливаться внутри тоннеля вследствие конденсации водяных паров, а также при мытье облицовки, проезжей части, полов, тушении пожаров. Расход стоков, попадающих в тоннель от дождя и снега, определяют в соответствии с периодом однократного превышения дождя (снега) расчетной интенсивности для данной местности. В зависимости от вида тоннеля, района его расположения, глубины заложения и гидрогеологических условий применяют различные системы водоотвода. В горных тоннелях, имеющих одно- или двускатный продольный профиль выпуклого очертания, отвод воды осуществляется самотеком. В подводных и городских автотранспортных тоннелях, продольный профиль которых имеет вогнутое очертание, предусматривают принудительный отвод воды. Образующийся на рамповых участках сток перехватывается дождеприемниками в виде закрытых лотков, проложенных поперек оси рампы. Расстояния между дождеприемниками в зависимости от продольного уклона рамп принимают от 70 до 80 м. Первые дождеприемники устанавливают у начала продольного уклона рамп, в месте сопряжения с открытым участком дороги. При такой расстановке дождеприемников слой воды на проезжей части рампы во время дождя не превышает 6—7 см, что обеспечивает безопасность движения автотранспортных средств. Для предотвращения или уменьшения проникания воды с рамповой части в тоннель в конце рампы перед тоннелем установлен ряд дождеприемников, перекрытых решетками.

Для отвода воды в горных, подводных и городских автотранспортных тоннелях устраивают дренажную систему. Обычно проезжая часть в тоннелях имеет поперечный уклон, и вода стекает в сторону тротуаров, попадая в водозаборные приямки, расположенные через каждые 50—100 м вдоль тоннеля и перекрытые чугунными решетками — трапами. Из приямков вода по перепускным трубам диаметром 150 мм поступает в магистральный трубопровод диаметром 400—600 мм, проложенный по оси двухполосного тоннеля или вдоль каждого из отсеков многополосного тоннеля.

Обычно магистральный трубопровод помещают в дренажный лоток, обкладывают гранитным щебнем и покрывают песчаной отсыпкой. Между звеньями трубопровода оставляют промежутки (или делают отверстия в трубах) для приема стоков. Через каждые 50 м устраивают смотровые колодцы. В горных тоннелях вода из магистрального трубопровода отводится в кюветы предпортальной выемки, а в подводных и городских тоннелях — в центральную дренажную перекачку. Она представляет собой камеру, расположенную рядом с тоннелем в наиболее пониженной его части, где размещаются насосное оборудование и водосборники — зумпфы для приема и аккумуляции сточных вод.

По мере поступления воды её откачивают грязевыми насосами по напорному трубопроводу в городской водосток или непосредственно в пересекаемое тоннелем водное препятствие (в подводных тоннелях). В некоторых случаях устраивают местные дренажные перекачки у порталов городских и подводных тоннелей для перехвата стока рамповых участков тоннеля.

7620508000

Рис. 22. Схемы водоотводных устройств в автотранспортных тоннелях:а—продольный разрез; б — план; в,г - поперечные сечения; 1,2 - станции дренажной перекачки у порталов; ^ 3 - стадия перекачки в тоннеле; 4 - водоприемники; 5-7 - водосборники; 8 - коллектор ливнестока 9 - напорный трубопровод 10 - насосы 11 - смотровой колодец; 12 - перепускная труба; 13 - решетка; 14 - водоотводная труба.

Во избежание загрязнения водоемов и подземных вод удаляемые из тоннеля сточные воды должны предварительно очищаться в соответствии с санитарными нормами. Для этого в камерах дренажных перекачек перед входом в приемно-регулирующие резервуары насосных станций устанавливают решетки с ручной очисткой, а в ряде случаев — грязеотстойники, бензомаслоуловители, фильтры. Размеры водоотводных лотков и труб, расстояния между водосборниками и приямками, а также тип насосного оборудования выбирают на основе гидравлических расчетов водоотводной сети. Контроль за уровнем воды в водосборнике, а также управление насосными агрегатами в большинстве случаев автоматизированы. По мере необходимости насосы могут включаться и отключаться автоматически. Уровень воды в зумпфах регулируется при помощи датчиков с поплавковым реле, передающих сигналы в центральное диспетчерское помещение.

Для отвода воды, попадающей в пешеходные тоннели через открытые лестничные или пандусные сходы, устраивают приямки глубиной до 1,5 м на всю ширину пешеходного тоннеля и длиной не менее 2,5 м, перекрываемые решетками. Иногда такие приямки делают и под разделительными площадками лестничных маршей. Если предусматривается обогрев лестничных сходов и разделительных площадок, устраивают приямки шириной 0,5 м.

Для перехвата подземных вод под днищем пешеходного тоннеля устраивают лоток, в который укладывают асбоцементные, железо-бетонные или чугунные водопроводные трубы диаметром 100—300 мм. В эти трубы поступают также талые и поливочные воды стекающие с пола пешеходного тоннеля.

В соответствии с уклоном пола вода попадает вначале в лотки, устроенные вдоль стен тоннеля, а затем через приямки, расположенные через 30—40 м вдоль тоннеля, сбрасывается в дренажный трубопровод. Далее по перепускной трубе сточные воды попадают в зумпф дренажной перекачки, расположенной обычно в подлестничном помещении, откуда их откачивают насосом в коллектор городского ливнестока (рис. 23). В транспортных и пешеходных тоннелях, предусматривать утепление дренажных лотков, труб и насосного оборудования, чтобы не допускать замерзания в них воды и образования наледей на проезжей части автотранспортных и на полу пешеходных тоннелей.

1411236258100

Рис. 23. Схема водоотводных устройств в пешеходном тоннеле:

/ — тоннель; 2 — лестничный сход; 3 — колодец; 4 — коллектор ливнестока; 5 — напорный трубопровод; 6 — насос; 7 — зумпф; 8 — перепускная труба; 9 — коллекторная труба; 10 — решетка

7.Устройства, обеспечивающие безопасность движения.

При эксплуатации автотранспортных тоннелей одними из наиболее важных являются вопросы обеспечения условий безопасного движения автомобилей. Столкновения транспортных средств, наезды на элементы конструкций и другие аварии в тоннелях особенно опасны. В связи с этим все крупные автотранспортные тоннели оборудуют различными контролирующими системами, регистрирующими габариты автомобилей, а также их скорость и расстояние между движущимися автомобилями. Кроме того, необходимо своевременно обнаруживать места заторов, внезапных остановок автомобилей, аварий и т. п.

Контроль за габаритной высотой провозимых по тоннелям грузов необходим, поскольку проезд негабаритных по высоте автомобилей может привести к нарушению эксплуатационного оборудования, повреждению элементов конструкций и вызвать аварийную ситуацию в тоннеле. Для своевременного обнаружения таких автомобилей применяют различные устройства.

На подходных участках ряда тоннелей устанавливают специальные оптические устройства, испускающие луч света на высоте, соответствующей верху габарита. При пересечении этого луча раздается предупредительный сигнал. Применяют также натянутую перед порталом нейлоновую нить, при обрыве которой раздается предупредительный сигнал. Однако при этом требуется периодически заменять оборванную нить, что затруднительно в условиях интенсивного автодвижения. В некоторых случаях применяют одновременно нейлоновую нить и световой луч, причем последним пользуются только во время замены оборванной нити. Иногда для обнаружения негабаритных грузов в портальной части тоннеля на требуемой высоте закрепляют гибкие шланги, заполненные сжатым воздухом. Проезд автомобилей с негабаритными грузами вызывает деформацию шлангов, причем при повышении давления сжатого воздуха приводится в действие сигнальное устройство. Вне зависимости от конструкций контрольных устройств сигнал тревоги вызывает включение световых указателей, останавливающих движение.

Общее визуальное наблюдение за автодвижением в крупных тоннелях производят с применением промышленного телевидения. Телевизионные камерыустанавливают на подходах к тоннелю и внутри него (рис. 24), причем расстояние между камерами зависит от характера плана и продольного профиля тоннеля и уровня освещенности в нем. Телекамеры обычно располагают со стороны служебного прохода в верхней части тоннеля, чтобы улучшить обзор. Изображение передается на телеэкраны, установленные в диспетчерском помещении. Телекамеры могут включаться периодически, передавая информацию о характере движения по тоннелю, а также в случае необходимости при нарушении условий движения, что регистрируется специальными приборами.

Для определения скорости движения автомобилей по тоннелю применяют специальные устройства в виде стационарных радаров, магнитных детекторов, емкостных фотоэлектрических или пневматических контурных датчиков.

Датчики скорости размещаются через 80—100 м под проезжей частью тоннеля и включают предупредительный световой сигнал при превышении автомобилем допустимой скорости движения. В некоторых случаях устанавливают аппаратуру для фотографирования автомобилей, превышающих 026801300допустимую скорость.

Рис. 24. Схема размещения телекамер и радаров в автотранспортном тоннеле:/—телекамеры радары Датчики скорости размещаются через 80—100 м под проезжей частью тоннеля и включают предупредительный световой сигнал при превышении автомобилем допустимой скорости движения. В некоторых случаях устанавливают аппаратуру для фотографирования автомобилей, превышающих допустимую скорость.

Для упорядочения движения у порталов и по длине тоннелей устанавливают световые сигналыпри помощи которых осуществляется автоматическое регулирование транспортных потоков. Светофоры у порталов включаются отдатчиков, регистрирующих количество автомобилей на подъездных участках тоннеля. Кроме того, трехцветные светофоры при въезде в тоннель указывают на возможность проезда по отдельным полосам и позволяют закрывать для проезда один из отсеков тоннеля в случае возникновения неполадок или во время ведения ремонтных работ. Через каждые 100 м по длине тоннеля также устанавливают двусторонние трехцветные светофоры, которые позволяют закрывать для движения отдельные, кратные 100 м, участки тоннеля и переводить транспортные средства из одного отсека в другой.

Кроме того, у порталов и по длине тоннеля устанавливают световые указатели допустимой скорости на отдельных участках тоннеля. Система включения различных сигнальных устройств в тоннеле может быть автоматизирована, когда регистрирующие приборы непосредственно связаны с отдельными сигналами. Возможно и полуавтоматическое регулирование сигналами. Помимо сигнальных устройств, в автодорожных тоннелях устанавливают сеть громкоговорителей местного радиовещания, по которым из диспетчерского пункта можно передавать экстренные сообщения. 

В тоннелях значительной протяженности для возможности быстрой ликвидации аварий, возникающих при внезапной остановке, поломке или столкновении автомобилей, устраивают камерыразмеры которых должны позволять размещать в них автомобиль. Эти же камеры могут использоваться и для разворота отдельных автомобилей в случае необходимости, для укрытия людей, а также для размещения различного эксплуатационного оборудования (телекамеры, громкоговорители, датчики, противопожарные средства). В настоящее время в наиболее крупных автодорожных тоннелях применяют автоматизированные системы управления транспортными потоками, обеспечивающие высокую степень безопасности движения. Например, осуществляется автоматизированное регулирование направления потоков автомобилей на определенные полосы движения и режимов движения при помощи матричных систем световых сиг-налов. Информация из банка данных, накопленная за предыдущее время, а также о текущей обстановке в тоннеле и на припортальных участках может быть представлена на дисплее, в печатном или графическом виде. Управление за работой всех систем и устройств в тоннелях производится из центрального диспетчерского помещениярасположенного в самом сооружении или в непосредственной близости от него. Помимо центральной диспетчерской, может быть организовано несколько пунктов дистанционного управления. Сюда поступает информация о работе вентиляционной системы, системы освещения и водоотвода, передаются показания автоматически действующих регистрирующих и контролирующих приборов, датчиков, телекамер, световые, звуковые, телефонные, радиосигналы и пр. Диспетчерское помещение должно быть оборудовано комплексом устройств, регистрирующих и обрабатывающих поступающую информацию. В помещении устанавливают центральный пульт и световое табло. На пульте смонтированы измерительные приборы и пусковые тумблеры, а на световом табло — схема тоннеля с указанием работы всех устройств и оборудования. На основании полученных данных операторы, используя технические средства связи (сигнализацию, телемеханику, автоматику), производят контроль и координированное управление всеми устройствами, обеспечивая условия безопасности и бесперебойную работу всех систем.

8.Вспомогательные устройства и оборудование.

Для предотвращения возможных пожаров, а также для быстрой их ликвидации в тоннелях принимают специальные меры. В автотранспортных тоннелях большой протяженности провоз взрыво и огнеопасных грузов должен быть ограничен и производиться в основном в ночное время, когда интенсивность движения невелика. Для возможности ликвидации возникших пожаров в тоннелях устраивают противопожарный водопровод в виде закольцованной сети магистральных трубопроводов диаметром 100 мм с водозаборными гидрантами через 100—150 м. Через каждые 150 м по длине тоннеля в специальных нишах или шкафах со стороны служебного прохода помещают огнетушители массой до б кг (по 2 шт.). Здесь же должны находиться аварийные запасы материалов и инструментов. В большинстве тоннелей устраивают противопожарную сигнализацию в виде системы датчиков, реагирующих на изменение температуры и подающих сигналы в диспетчерское помещение. При этом автоматически включаются светильники аварийного освещения, телекамеры, запрещающие световые сигналы у порталов, и устанавливается соответствующий режим вентиляции. В последнее время в крупных тоннелях устраивают автоматизированные спринклерные или дренчерные системы пожаротушенияавтоматически включающиеся при срабатывании датчиков максимальной температуры. При этом плавкие элементы открывают сопла разбрызгивающих головок, количество которых устанавливают в зависимости от длины и размеров поперечного сечения тоннеля. В ряде тоннелей для быстрого удаления дыма в случае пожара в верхней вентиляционной перегородке устраивают дополнительные отверстия с шагом 150—200 м, которые при пожаре автоматически открываются. Одновременно закрывается вытяжное отверстие. У портала и включается вытяжной вентилятор вентиляционной установки. Для обогрева проезжей части автотранспортных тоннелей и рамп применяют электронагреватели в виде стальных сеток или отдельных изолированных электродов. Иногда применяют водонагреватели в виде змеевиков, заложенных в проезжую часть, по которым пропускают нагретую воду. Электро-, водо- и воздухонагреватели используют и для обогрева лестничных и пандусных сходов пешеходных тоннелей. Наряду с рассмотренными выше устройствами и оборудованием в тоннелях размещают системы водо- и энергоснабжения, а также различные инженерные коммуникации: сеть внутреннего водопровода с водоразборными кранами для мытья проезжей части и стен, канализационная сеть и др. На подходах к автодорожным тоннелям должны быть установлены постоянные дорожные знаки, регламентирующие режим движения в тоннеле транспортных средств, что уменьшит риск возникновения аварийных ситуаций.

Заключение

Повышение эффективности тоннелестроения в мире требует дальнейшего совершенствования и широкого внедрения прогрессивных конструкций и технологий, осуществления комплексной механизации работ на основе научно-технического прогресса, повышения производительности труда, снижения стоимости и материалоемкости сооружений.

Для успешного решения этой задачи научные и проектные организации ведут разработку новых типовых проектов сооружений, а строители внедряют гибкую технологию массового строительства на основе применения унифицированных конструкций преимущественно заводского изготовления, используют инвентарную технологическую оснастку для строительства скоростными методами.

Создается номенклатура эффективного оборудования достаточно универсального вида для применения в различных условиях. Большая творческая работа ученых, проектировщиков и строителей направлена на дальнейшее развитие и совершенствование индустриальных методов мостостроения и тоннелестроения.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

Тоннели_строительство .docx

Тоннели_строительство .docx
Размер: 1 Мб

.

Пожаловаться на материал

Тоннели начали строить в глубокой древности, преимущественно для подачи воды и для военных целей. Классификация тоннелей. Типы обделок тоннелей. Шахтные стволы. Вентиляция. Электроосвещение тоннелей.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Жалоба на постановление по делу об административном правонарушении.

Завдання до підсумкового контролю з «Етики та естетики»

Вопросы к экзамену по лексике, лексикология

Курсова робота на тему: Об’єкти ОС Windows

Курсова робота З предмету «Основи роботи на ПК» На тему: Об’єкти ОС Windows. Київ 2015

Глибинні насоси для свердловин

Курсова робота. Глибинні насоси забезпечують підйом рідини з великих глибин і, одночасно,необхідне охолодження вузлів агрегату.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok