Стратегия развития тоннелестроения в России
 Скачать 2.82 Mb.
|
|
Стратегия развития тоннелестроения в России. Первый ж/д тоннель – Ковенский (1861 г). обделка из кирпичного камня. Петербургско - Варшавская дор. Во время ВОВ разрушен. 1886 – 1890гг – Сурамский двухпутный тоннель между западной и восточной Грузией. Проектировал Николай. 1977 – 2001гг – Северо-Муйский - 15,3 км, самый длинный в России. 1937-1941- однопутный жд тоннель протяженностью 7198 м. самый длинный на Транссибе. Метрополитены 1935г – Москва, первый тоннель метрополитена. 1955г – первая очередь Ленинградского метрополитена Автово – Московский вокзал. Россия стремится к увеличению протяженности ж.д., высокоскоростному движению. 1 направление: Бам, трансиб – расширение, добавление 2 путей, Новые тоннели для 2 путей, реконструкция существующих тоннелей. Места, где северные реки – прокладывать тоннели. Соединение США и России. Для снятия нагрузки на наземный городской транспорт – расширение метро, расширение метро с поездами междугородними. Классификация тоннелей. Основные понятия и определения. Тоннель – это горизонтальное или наклонное подземное ИССО, предназначенное для транспорта, пропуска воды, размещения коммуникаций и других целей. Длина обычно значительно превышает его поперечные размеры. Предназначен как эффективное средство преодоления различных препятствий, вместо его обхода. Выработка – искусственно образованная в земной коре полость, предназначенная для размещения тоннеля или для вспомогательных строительных целей. Шахтный ствол – вертикальная или наклонная выработка, имеющая выход на дневную поверхность и предназначенная для начала строит-ва подземных сооружений, обслуживания подземных работ, а также для целей вентиляции и водоотлива Ж/д тоннель – капитальная подземная горная выработка для движения ж/д транспорта. Обделка – постоянная несущая конструкция, ограждающая подземную выработку и образующая внутреннюю поверхность подземного сооружения. Классификация: - по назначению тоннели: на путях сообщения (ж/д, а/д, судоходные, и пешеходные тоннели, метрополитены, скоростной трамвай,городские пересечения, а так же тоннели для нескольких видов транспорта); гидротехнические – для перемещения большого количества воды(ТЭС, АЭС, водоснабжение): ирригационные, мелиоративные; коммуникационные – являются элементом городского хозяйства (подземные водостоки, водопроводные и канализационные тоннели); горнопромышленные – для обслуживания предприятия, добывающих полезные ископаемые (транспортные, дренажные); специального назначения – тоннели оборотного сооружения (подземные электростанции, хранилища, убежища). - по положению относительно рельефа местности: горные; подводные; равнинные. - по глубине заложения: мелкогозаложения; глубокого заложения. - по способу сооружений тоннелей: горным способом; щитовым способом (с применением металлического щита); открытым способом (в открытом котловане); специальным способом – в сложных условиях (стена в грунте, опускные секции, продавливание и т.д.). 4. Тоннельные пересечения для преодоления высотный и контурных (водных) препятствий. Препятствия делятся на: высотные (холмы, хребты и водоразделы); контурные. Обход высотного препятствия: удлинение уклона; увеличение уклонов; требуется применение кратной тяги; ухудшение эксплуатационных качеств трассы; значительное увеличение капитальных затрат. Выбор трассы осуществляется на основе технико-экономического сравнения вариантов.  Рис. 1. Преодоление высотного препятствия Контурные препятствия: участки оползней, осыпей, лавин, водотоки и водоемы, участки густой застройки.  Рис. 2. Преодоление участков оползней, осыпей и снегозаносимости Преимущества: отсутствие помех судоходству; защищенность от ветра, льда, волн; меньшая длина пересечения при высоком габарите судов и широкой пойме; удобство подходов к пересечению в густозастроенных населенных пунктах.  Рис. 3. Преодоление водного препятствия Недостатки: при тоннельном пересечении необходима мощная вентиляция, без которой часто невозможна эксплуатация подводного тоннеля. работы по сооружению тоннеля производят узким фронтом при ограниченном числе забоев, вследствие чего срок сооружения тоннеля, как правило, больше, чем срок сооружения моста. стоимость тоннельного пересечения может быть выше стоимости мостового перехода, так как для сооружения тоннеля необходимо выполнить больший объем земляных работ, чем при сооружении моста. 5. Задачи инженерных изысканий. Виды и способы работ. Инженерные изыскания – вид градостроительной деятельности, осуществляемой с целью изучения природных условий и факторов техногенного воздействия для подготовки данных по обоснованию материалов для архитектурно-строительного проектирования, строительства, эксплуатации, сноса (демонтажа) зданий или сооружений, а также для документов территориального планирования и документации по планировке территории. Инженерные изыскания для подготовки проектной документации должны обеспечивать получение: материалов о природных условиях территории; материалов для обоснования компоновки зданий и сооружений дляпринятия конструктивных и объемно-планировочных решений, оценки опасных процессов и явления; исходных данных для расчетов оснований,фундаментов и конструкций. Инженерные изыскания:  инженерно-геологические; инженерно-экологические; инженерно-геодезические; инженерно-геотехнические; инженерно-гидрометеорологические.Инженерно-геодезические изыскания должны обеспечивать получение топографо-геодезических материалов и данных. Инженерно-геодезические изыскания должны давать исчерпывающую информацию о рельефе изучаемой местности, в том числе о его уклонах, геоморфологических особенностях, очертаниях водных объектов (гидрографические работы), обновлять топографические планы, карты, давать точные сведения о расположении существующих инженерных коммуникаций, обеспечивать инженерно-геодезическими данными другие виды изысканий (например, при инженерно-геологических изысканиях давать отметки устья буровых скважин, производить геодезическую привязку инженерных выработок и т.д.). Их задачей также является геодезическое трассирование линейно-протяженных сооружений (каналов, дамб, дорог, линий электропередач и проч.). В состав входят: создание опорных геодезических сетей; создание и (или) обновление инженерно-топографических планов; трассирование линейных объектов; инженерно-гидрографичские работы; сбор,систематизация и анализ материалов инженерных изысканий. Инженерно-геодезические изыскания следует выполнять, в три этапа: подготовительный, полевой и камеральный. В состав инженерно-геологических работ на строительстве тоннельных пересечений входят: сбор и обработка материалов изысканий и исследований прошлых лет по тоннелю и прилегающим территориям; рекогносцировочное обследование территории; детальная инженерно-геологическая съемка на припортальных участках и участках шахтных стволов; бурение скважин; геофизические исследования; стационарные наблюдения; лабораторные исследования грунтов, подземных и поверхностных вод; обследование грунтов оснований существующих зданий и сооружений (при отсутствии по ним исполнительной документации); составление прогноза изменений инженерно-геологических условий; камеральная обработка материалов и составление технического отчета (заключения). Инженерно-экологические изыскания - для экологического обоснования проекта строительства тоннеля. Уточнение природно-техногенных условий на выбранном варианте трассы и площадках вспомогательных сооружений к началу строительства; Уточнение границ зоны воздействия тоннеля по компонентам природной и городской среды; Прогноз возможного изменения окружающей среды в зоне влияния тоннеля при его строительстве и эксплуатации; Получение необходимых материалов и исходныхданных для составления раздела проектной документации «Мероприятия по охране окружающей среды». 6. Учет инженерно-геологических изысканий факторов при проектировании тоннельных пересечений. 1) подземные воды (вода является одним из главных препятствий при постройке подземных сооружений). Большой приток воды в выработку при работе под уклон или через ствол шахты требует устройства мощных насосных установок, прекращение работы которых грозит затоплением выработки. Прорыв крупных подземных источников может вызвать полное прекращение работ до иссякания этих источников или вынудить к изменению трассы с целью обхода места прорыва. 2)подземные газы (углекислый газ не ядовит, но при повышенном его содержании в воздухе уменьшается количество кислорода. Метан почти в два раза легче воздуха и скапливается в верхней части выработки. Он не имеет цвета и запаха и представляет серьезную опасность, так как при концентрации от 5,5 до 14—16% образует гремучую смесь. Сероводород ядовит, образует с воздухом смесь при концентрации 6%, но серьезной опасности не представляет, так как обладает резким запахом, по которому его легко обнаружить.) 3)температура подземной выработки. По мере заглубления подземной выработки температура в ней возрастает. Это сильно отражается на производительности труда рабочих. Сезонные колебания температуры на поверхности распространяются на сравнительно небольшую глубину, зависящую от климата местности. Ниже уровня постоянной температуры происходит равномерное нарастание температуры по мере заглубления. Глубина, соответствующая повышению температуры на 1° С, носит название геотермической ступени. 4)прогноз горного давления (решающим фактором при выборе формы, размеров тоннельной обделки и способа производства работ является горное давление, т.е. давление окружающих тоннель горных пород. Большое значение имеет анализ дислокационных явлений в горном массиве перегибы и сдвиги пластов при горообразовательных процессах связаны с возникновением зон разрушения) 5)геология (должны быть освещены условия залегания и напластывания горных пород, их физико-механические свойства). 9. Принципы проектирования трассы железнодорожных тоннелей, требования в плане и продольном профиле. В плане транспортные тоннели могут располагаться: на прямой; на кривой; на кривой и переходной кривой. По расположению в плане тоннели можно подразделить на : 1)петлевые 2) спиральные 3) мысовые 4) перевальные     Горизонтальный элемент профиля (i=0) называют площадкой, точку пересечения двух смежных элементов – переломом профиля, расстояние между смежными переломами – длиной элемента профиля. Перелом профиля характеризуется алгебраической разностью сопрягаемых уклонов, которую принимают по модулю разность уклонов и называют разностью уклонов перелом профиля. 1)Длина элементов профиля, как правило, не должна быть менее половины полезной длины приемоотправочных путей, принятой на перспективу (при этом под поездом одновременно не будет более двух переломов профиля). Алгебраическая разность уклонов смежных элементов не должна превышать нормативных значений Δiн, ‰.   2)Сопряжение элементов профиля: а – разделительной площадкой 1; б – разделительной площадкой 1 и элементами переходной крутизны 2; в – элементом переходной крутизны Продольный профиль устраивают односкатным/ двускатным. В тоннеле разрешается устраивать горизонтальные участки, но так проектировать некорректно(т.к. не отводится вода), более целесообразно эти площадки заменить участками со встречными уклонами. 3) руководящий уклон выбирают при проектировании железной дороги с учетом рельефа местности и размеров перевозок вместе с выбором типа локомотива и полезной длины приемоотправочных путей. Чем сложнее рельеф местности, тем целесообразнее более крутой руководящий уклон, позволяющий уменьшить длину трассы и объемы строительных работ Уклон трассирования iтр=m·iр – iэк. (где. iэ - эквивалентный уклон, m-коэф. смягчения уклона (зависит от Lтоннеля), iэк=700/R)Mаксимальный уклон в тоннелях должен быть меньше максимального уклона на открытом участке, т.е. необходимо смегчать уклон в тоннеле (из-за наличия в тоннеле доп. воздушного сопротивления). Также смегчать уклон необходимо и на подходах к тоннелю, длина каждого участка принимается равной длине п/о путей. Минимальный уклон 3‰ 4) радиус кривых в тоннелях: в ж/д тоннелях радиус не менее 350 м. 10. Обоснование высотного положения тоннеля и мест расположения порталов. При преодолении высотного препятствия большое значение имеет высота расположения перевального тоннеля, определяющая длину последнего. Тоннели, пересекающие водораздел у его подошвы, носят название базисных, или подошвенных; расположенные у вершины вершинных. Выбор высоты расположения тоннеля определяется рядом факторов, которые должны быть учтены. Важное значение имеет топография местности, в первую очередь характер склонов пересекаемого горного массива. Несмотря на большее протяжение подходов при более высоком расположении тоннеля (2-й вариант), величина строительных расходов С для варианта с ниже расположенным тоннелем (1-й вариант) обычно оказывается большей (С1 > С2) вследствие высокой стоимости тоннеля. Однако 1-й вариант обладает несомненными эксплуатационными преимуществами. Длина линии между точками А и Б является меньшей, отсутствует необходимость бесполезного подъема перемещаемых по линии грузов на значительную высоту, уклоны линии могут быть уменьшены, а скорости движения увеличены, отпадает необходимость в мероприятиях по защите линии от заносов и осыпей. Вследствие этого годовые эксплуатационные затраты Э по 1-му варианту значительно меньше, чем по 2-му варианту (Э2 > Э1). Если принять 1-й вариант, то потребуется n лет, чтобы за счет сокращения эксплуатационных расходов окупить избыточные в сравнении со 2-м вариантом капитальные затраты. Срок окупаемости (лет):  Решающее значение для принятия решения могут иметь геологические и гидрогеологические факторы: неустойчивость косогоров, наличие оползневых и карстовых явлений, а также участков осыпей в районе намечаемых подходов требуют специальных технических мероприятий, стоимость которых может оказаться весьма значительной. Необходимо считаться также с возможностью размыва дорожного полотна горными потоками, которая возрастает с увеличением высоты подъема и крутизны склонов. На высотное положение тоннеля влияет также род транспорта, для которого тоннель предназначен, так как род транспорта определяет допустимые уклоны и радиусы кривых. Расположение порталов: при определение рациональной глубины предпортальной выемки учитываются как экономические показатели (равенство стоимости разработки 1 погонного метра выемки и 1 погонного метра тоннеля), так и инженерно-геологические условия. Опыт проектирования показывает, что в глинистых породах глубина предпортальной выемки не должна превосходить 12—15 м. В скальных породах глубина выемки может достигать 20—25 м, однако обычно ее устраивают значительно меньшей. |