Лекция №13-15

Проектирование тоннельных пересечений высотных и водных препятствий

Особенности трассирования железнодорожных и автодорожных тоннелей через высотные препятствия. Учет природные условия горных районов. Обоснование высотного положения и мест расположения порталов. Проектирование продольного профиля тоннельных пересечений.

Проектирование подводных тоннельных пересечений. Область рационального применения подводных тоннелей. Особенности проектирования плана железнодорожных и автодорожных подводных тоннелей.

Продольный профиль подводных железнодорожных и автодорожных тоннелей. Основные элементы конструкции. Способы сооружения.

Общие сведения о тоннелях

Классификация и область применения тоннелей

Тоннели подразделяют по назначению, месту расположения, глубине заложения, способам строительства. В зависимости от назначения различают тоннели транспортные, гидротехнические, коммунальные, горнопромыш-ленные и специального назначения. Наибольшее распространение получили транспортные тоннели, к которым относят тоннели метрополитенов, железнодорожные, автодорожные, судоходные и пешеходные, а также тоннели для нескольких видов транспорта.

Тоннели по месту расположения условно разделяют на горные, подводные, гордские. тоннель; 2 - портал; 3 - рампа. "> Pис. 1. Продольный профиль горного (a), подводного (б) и городского (в) автодорожных тоннелей:

1 - тоннель; 2 - портал; 3 - рампа.

Горные тоннели прокладывают через горные хребты, и возвышенности.

При пересечении трассой дороги водных преград: рек, озер, заливов, проливов, каналов и водохранилищ – сооружают подводные тоннели.

Тоннели, заложенные под улицами, площадями и другими участками городской территории, называются городскими.

В зависимости от глубины заложения от поверхности земли различают тоннели глубокого заложения (более 10-12 м), и мелкого заложения (менее 10-12м).

Способы сооружения тоннелей весьма разнообразны и определяются их протяженностью, глубиной заложения, топографическими, инженерно-геологическими, градостроительными, экономическими и экологическими условиями. Hаиболее распространённые способы строительства в горах - горный c применением буровзрывных работ или тоннелепроходческих машин и щитовой, под водой - щитовой или опускных секций; в городах - преим. открытый способ работ. B определённых условиях применяют способ проходки продавливанием, химическое закрепление и искусственное замораживание грунтов и др.

Строительство автодорожных тоннелей началось в 20 веке c развитием автомобильного транспорта и сети автомобильных дорог. Aвтодорожные тоннели сооружают для 2-, 3-, 4-, 6- и 8-полосного движения автотранспорта в одном, иногда в двух ярусах.

Во многих странах эксплуатируется большое количество тоннелей. Крупнейшими горными тоннелями являются – тоннель в Норвегии (24,5 км), два параллельных тоннеля в Германии по 19,6 км. Наиболее протяженные подводные тоннели в Японии – 10 км; в Норвегии -8 км.

Крупные городские тоннели эксплуатируются в США (11,3 км); во Франции – 10 км.

Природные условия горных районов

Горные районы занимают свыше 30% территории бывшего СССР. Большая часть Армении, Таджикистана, Киргизии покрыта горами. В горных районах затруднена постройка железных дорог и аэродромов, поэтому основной объем перевозок осуществляется автомобильным транспортом. Однако проектирование и строительство дорог в горных районах связано с решением ряда сложных вопросов.

Горный рельеф характеризуется значительной разностью отметок на коротком протяжении, крутыми склонами гор, глубокими извилистыми долинами рек. Геологическое строение горной местности может резко изменяться на небольших участках. Горные склоны часто бывают неустойчивыми, строительство дороги может нарушить их равновесие, вызвать обвалы и обрушения, активизировать оползни и осыпи. Поэтому необходимо проводить специальные мероприятия для обеспечения устойчивости земляного полотна и безопасности движения.

Природные условия в горах меняются на коротком протяжении, причем резко проявляется влияние вертикальной зональности (изменения климатических условий по мере возвышения над уровнем моря) и влияние экспозиции склонов по отношению к странам света. На одной дороге в пределах сравнительно коротких участков природные условия могут различаться в значительной степени. Температура воздуха в горах понижается в среднем примерно на 0,5° на каждые 100 м по высоте. Холодный воздух стекает со склонов в замкнутые долины. В высокогорных районах происходят значительные суточные колебания температур. Температура воздуха в горах понижается в среднем примерно на 0,5° на каждые 100 м по высоте. Холодный воздух стекает со склонов в замкнутые долины. В высокогорных районах происходят значительные суточные колебания температур. С высотой уменьшается давление воздуха. Через каждые от 10 до 17 м подъема давление воздуха падает на 1 мм ртутного столба. Разреженность воздуха в высокогорных районах вызывает уменьшение мощности двигателей из-за неполного сгорания топлива. Годовое количество осадков, выпадающих в горах, увеличивается по мере возвышения над уровнем моря в среднем на 40—60 мм на каждые 100 м высоты. Летом в горах бывают интенсивные ливни, при которых выпадает до 15—20% годовых осадков. Все перечисленные обстоятельства требуют внимательного учета при проектировании горных дорог. Тоннель расширяет возможности трассирования в горных районах. Пересечение высотного препятствия при помощи тоннеля значительно сокращает длину пути и позволяет уменьшить уклоны, что дает возможность увеличить весовую норму поезда и увеличить скорость его движения, за счет ликвидации подъемов. Однако сооружение тоннеля, вызывает значительное возрастание стоимости трассы.

При преодолении водных препятствий необходимо сделать выбор между мостом и тоннелем.

Тоннельное пересечение в сравнении с мостовым переходом имеет следующие 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.

Однако тоннельное решение имеет ряд недостатков:

- необходима постоянная вентиляция,

- срок сооружения тоннеля больше, чем моста;

- больший объем земработ тоннеля приводит к большей стоимости строительства.

Горные тоннели подразделяются на вершинные и базисные. Вершинный тоннель, имеющий меньшую длину и более низкую стоимость, может оказаться целесообразней при малой интенсивности движения. При значительной грузонапряженности дороги сооружают базисный тоннель, требующий меньших транспортно-эксплуатационных расходов.

Требования, предъявляемые к плану, продольному профилю и поперечному сечению горных автодорожных тоннелей зависит от категории дороги, топографических и инженерно-геологических условий района строительства.