виды тоннелей и способы их сооружения - Северо

ВИДЫ ТОННЕЛЕЙ И СПОСОБЫ ИХ СООРУЖЕНИЯ
А. А. Зассеев, И. Н. Гудиева
ФГБОУ ВПО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт
(Государственный технологический университет)» г.Владикавказ, Россия
В статье рассматриваются основные виды тоннелей и дается
характеристика способов их строительства.
Геодезия, тоннель, подземное сооружение, строительство.
Современная геодезия — многогранная наука, решающая сложные
научные и практические задачи. Это наука, которая занимается
определением формы и размеров Земли, измерениями на земной
поверхности для отображения ее на планах и картах. Геодезия
подразделяется на высшую, космическую, топографию, фотограмметрию и
инженерную (прикладную) геодезию. Инженерная геодезия изучает методы
геодезического обеспечения при разработке проектов, строительстве и
эксплуатации разнообразных сооружений, а также при изучении, освоении и
охране природных ресурсов. Одним из направлений инженерной геодезии
является строительство подземных сооружений. Значительную часть
подземного строительства составляют тоннели.
В зависимости от назначения тоннели можно объединить в следующие
основные группы:
1)
на путях сообщения (железнодорожные, метрополитена,
автодорожные, судоходные, пешеходные);
2)
гидротехнические (подводящие и отводящие тоннели
гидростанций, для водоснабжения, ирригационные для орошения и
обводнения территорий);
3)
коммунальные (канализационные коллекторы, крытые галереи и
тоннели для укладки в них сетей городского подземного хозяйства);
горнопромышленного и производственного назначения, которые строят на
горнопромышленных и фабрично-заводских территориях, тоннели при
строительстве крупных ирригационных объектов.
В зависимости от места расположения и назначения тоннелей
установилась следующая классификация:
1)
горные тоннели, сооружаемые под массивами и водоразделами;
2)
подводные тоннели, сооружаемые под каналами, реками,
озерами и морскими проливами;
3) городские тоннели, сооружаемые под проездами и застроенными
кварталами.
Возведение тоннелей является трудоемким и сложным процессом,
требующим использования специального оборудования и технологий. В
настоящее время существуют различные технологии строительства
тоннелей, позволяющие возводить сложные конструкции практически в
любых условиях, что значительно расширяет область применения
тоннелей.
Различают множество способов сооружения тоннелей. На выбор
способа постройки тоннеля оказывают влияние:
- инженерно-геологические условия;
- место расположения тоннеля;
- размер тоннеля (сечение и длина);
- наличие средств механизации.
В зависимости от различных условий, множество способов
постройки тоннелей можно объединить в основные группы: открытые,
закрытые и специальные.
На технологию строительства подземных сооружений оказывают
влияние глубина заложения и направление объекта, горнотехнические
условия строительного участка. Неглубокие подземные сооружения строят
открытым методом, с применением механизмов, которые возводятся на
земной поверхности, а потом опускаются на проектную глубину - опускные
тоннели-кессоны. При открытом способе строительства тоннелей,
поверхность разрезается, тоннельные строения возводятся в котловане с
свайными креплениями или скатами. Городские подземные коммуникации
перекладываются, движение наземного транспорта отводится в другое
направление. Опоры и фундаменты строения возле шоссе при
необходимости укрепляются. В отдельных эпизодах (камеры съездов,
раструбы, места сопряжения всевозможных видов обделок) используются
монолитные конструкции. По завершению монтажа главных конструкций
тоннелей, производится инверсионный метод засыпки котлована грунтом.
Открытый способ прокладки тоннеля заметно облегчает условия
строительства подземных сооружений, так как могут быть использованы
высокопроизводительные
машины
общестроительного
вида
и
крупноразмерные конструкции при широком объеме работ. Открытым
способом могут быть построены подземные сооружения произвольного
направления, закладываемые на малой глубине от поверхности земли под
пустой от застройки территорией. Предпочтительно и рационально
применять открытый способ ведения работ при строительстве станций
метрополитена, камер съездов, городских транспортных и пешеходных
тоннелей, при сооружении переходных сегментов от подземных
магистралей метрополитена к наземным, при врезке горных тоннелей в
пологие склоны и т.п.
Строительство тоннеля и подземных сооружений открытым способом
обладает рядом недостатков:
- нарушение привычной жизни города на продолжительный период;
- необходимость передвижения обширного участка инженерных сетей
и коммуникаций, проходящих через место ведения работ;
- потребность укрепления фундаментов расположенных возле зданий
и сооружений, а в отдельных случаях их сноса;
- создание временных мостов через котлованы и водоканалы.
Основные моменты при эксплуатации подземных сооружений
сводятся к сохранению в них необходимого микроклимата,
обеспечению искусственного освещения и энергоснабжения. Управление
параметров воздушной среды осуществляют обычно с помощью установок
кондиционирования воздуха.
Закрытые способы применяют при глубоком заложении тоннелей.
Здесь строительство тоннеля осуществляется без вскрытия поверхности
земли. Проходка тоннеля
осуществляется горными или щитовыми
способами. При горных способах работ создается подземная выработка,
закрепляемая временной крепью. Под ее защитой в дальнейшем создается
постоянная тоннельная конструкция, называемая обделкой. Обделка тоннеля
выполняется из монолитного бетона или сборных железобетонных или
чугунных элементов - тюбингов. При производстве работ горными
способами тоннельное сечение обычно раскрывается по частям, путем
последовательной
проходки
ряда
вспомогательных
выработок,
предохраняемых от обрушения породы системой креплений.
При щитовом способе в качестве временного крепления используется
металлическая подвижная крепь - щит. Щитовой способ обычно применяют
в мягких породах и породах средней крепости. Крепкие породы
разрабатывают тоннельными машинами, исполнительный орган которых
оборудован специальными шарошками. Горные способы применяют в
разных условиях строительства тоннелей. Значительное многообразие
горных способов можно объединить условно в три группы,
характеризующиеся последовательностью проходки горной выработки и
устройства тоннельной конструкции. Это способы полного профиля,
опертого свода и опорного ядра. Способы полного профиля применяют в
породах разной крепости от мягких до крепких скальных пород. При
проходке тоннеля этим способом в слабых породах требуется
последовательное раскрытие профиля горной выработки и возведение
мощного временного крепления. В крепких породах тоннельная выработка
раскрывается по частям или сразу на полный профиль, временная крепь
ставится значительно слабее и проще по конструкции или вообще не
ставится. Особенностью этой группы способов является то, что тоннельная
обделка сооружается после разборки всего сечения тоннельной выработки.
Способ опертого свода применяют в породах средней крепости, способных
выдержать давление пят свода обделки с учетом всех нагрузок, действующих
на свод. Данный способ требует разработки верхней части сечения
тоннельной выработки, сооружения свода, под прикрытием которого
разрабатывают низ и возводят стены. Способы опорного ядра применяют в
мягких породах, плывунах и при большом сечении тоннельной выработки.
Проходку тоннельной выработки начинают с разборки породы по периметру
профиля тоннельной выработки, параллельно или вслед за разборкой всего
контура сооружают обделку и лишь, затем удаляют породу в центре
выработки.
Специальные способы применяют в сложных гидрогеологических
условиях. При наличии плывунных или сильно обводненных грунтов,
поверхностной воды и др. В этих случаях могут применить опускание
заранее заготовленных конструкций тоннеля кессонным способом или
опускание их под воду. При глубоком заложении тоннелей слабые
плывунные грунты могут быть обработаны специальными химическими
составами или заморожены.
При сооружении тоннелей под существующими дорогами, а также в
городских условиях. Когда недопустимы сдвижки породного массива,
применяют способ продавливания отдельных готовых элементов тоннеля.
Этим способом обычно сооружают тоннели небольшой длины - до 100... 150
м. За счет высокой степени индустриализации при использовании готовых
элементов тоннеля достигается сокращение сроков строительства в два - три
раза, трудоемкости и стоимости на 15...20 %.
Принятый способ строительства тоннеля должен обеспечить:
- полную безопасность работ;
- высокие темпы и качество работ;
- минимальные затраты сил и средств.
Отмеченные способы строительства тоннелей требуют также строгого
соблюдения рекомендаций и указаний технических условий строительства,
максимальной собранности и ответственности исполнителей.
Список литературы:
Лыхин П.А., Практика тоннелестроения в XX веке. - Пермь: ИД
«Пресстайм», 2009.
2. Михелев Д.Ш., Инженерная геодезия: учебник для вузов / Министерство образования РФ. - 6-е изд. испр. - М.: Издат. центр «Академия», 2013.
3. Федотов Г.А. Инженерная геодезия: учебник для вузов. - М.: Высшая
школа, 2007.
1.