Инновации в тоннелестроении

 

 

 

 

 

Инновации в тоннелестроении

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработал:

 

Руководитель:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург-2012г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

 

2. РАЦИОНАЛЬНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ  РЕШЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ

 

2.1. Конструкции из  монолитного железобетона

 

2.2. Крупногабаритные  сборные железобетонные конструкции

 

2.3. Сталебетонные композитные  конструкции

 

 

3. ЭФФЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫ  СТРОИТЕЛЬСТВА ТОННЕЛЕЙ

 

3.1. Полуоткрытые способы

 

3.2. Применение щитов  прямоугольного поперечного сечения

 

3.3. Меры по защите тоннелей от подземных вод

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ВВЕДЕНИЕ

 

В последние десятилетия  наблюдается интенсивное развитие транспортного тоннелестроения, обусловленное  расширением сети магистральных  дорог, увеличением объемов пассажирских и грузовых перевозок, дальнейшим совершенствованием транспортной инфраструктуры.

 

В настоящее время  в Европе эксплуатируются более 10 тыс. км транспортных тоннелей, причем только за последние 15 лет их протяженность  увеличилась на 2 тыс. км

 

Аналогичная картина  характерна и для стран юго-восточной  Азии, где с 1990 г. построено 2350 км тоннелей, Северной и Южной Америки. Сегодня  в мире реализуются около 650 проектов крупных тоннельных сооружений, причем годовые капиталовложения достигли уровня (без Японии) 40 млрд. долл. США 

 

Среди крупнейших горных автодорожных тоннелей, построенных  за последние годы, можно выделить тоннель Лаердал длиной 24,5 км в Норвегии, дна параллельных тоннеля длиной по 19,6 км через Тюрингский лес в Германии, два параллельных тоннеля Хида длиной по 10,75 км между г.г. Нагоей и Тоями в Японии.

 

Наиболее крупные  подводные автодорожные тоннели  построены под Токийской бухтой в Японии (два параллельных тоннеля  длиной по 10 км и диаметром 14,14 м), под  р. Эльбой в Германии (длиной 3,1 км, диаметром 14,2 м), тоннель Бэмлафиорд в Норвегии длиной 7,9 км, тоннель Вестершельде длиной 6,6 км и диаметром 11,33 м в Нидерландах.

 

К крупнейшим городским  тоннелям можно отнести подземную  сеть Central Artery в г. Бостоне (США) общей протяженностью 11,3 км, два тоннеля на автомагистрали А86 в г. Париже (Франция) длиной 10 и 7,5 км и диаметром 11,75 м, железнодорожные тоннели между аэропортами в г. Нью-Йорке (США).

 

Ведется строительство  грандиозных базовых Tранcальпийских железнодорожных тоннелей: Сент-Готард (длиной 57 км), Бреннер (длиной 55 км), Летчберг (длиной 37,6 км), Земмеринг (длиной 20,9 км), тоннеля Квинлинг длиной 18,5 км в Китае и др.

 

Намечено строительство  уникальных подводных тоннелей: под  проливами Ла-Манш (второй тоннель  длиной около 50 км), Босфор (длиной 13,3 км), Гибралтар (длиной 38,7 км), под p.p. Гудзон и Ист-Ривер в г. Нью-Йорке (соответственно длиной 1,8 и 1,7 км).

 

В нашей стране за последние  годы построены горные автодорожные тоннели на Кавказе (Краснополянскнй длиной 2,5 км, Мацестинский длиной 1,31 км, Шаумяновскнй длиной 1,1 км), а также протяженные городские автотранспортные тоннели в г. Москве (Кутузовская развязка из шеста тоннелей общей длиной 3,05 км, Гагаринская развязка, включающая автодорожный тоннель длиной 900 м, Лефортовские тоннели глубокого и мелкого заложения соответственно длиной 3,2 и 2,5 км) и г. Уфе (два параллельных тоннеля длиной по 1,25 км каждый).

 

Ведется строительство  двухъярусного транспортного тоннеля  по трассе Краснопресненского проспекта  в г. Москве. Два параллельных тоннеля  длиной 2,5 км предназначены для пропуска автомобилей в верхнем ярусе  и поездов метрополитена в  нижнем ярусе.

 

В последнее время  достигнут значительный прогресс в  науке и технике тоннелестроения. Ежегодно на основе результатов научных  исследований появляются новые конструктивные и технологические решения, внедряются более совершенные механизмы  и оборудование, развиваются прогрессивные  приемы и методы ведения тоннелестроительных  работ.

 

Многие достижения в  области тоннельного строительства  становятся возможными за счет использования  наукоемких инновационных технологий в сочетании с использованием компьютерной техники, автоматизированных систем управления технологическими процессами.

 

Благодаря прогрессивным  информационным технологиям создается  единая база для необходимых инженерных решений при проектировании тоннелей на конкретных строительных площадках  в любом регионе, в различных  топографических, градостроительных  и инженерно-геологических условиях. Наиболее эффективные решения и  новации быстро становятся достоянием специалистов многих стран и реализуются  на практике.

 

Таким образом, тоннелестроение  становится наукоемкой индустриальной отраслью и характеризуется все  более широким применением инновационных  и адаптивных технологий на основе прогрессивных экономичных конструкций  и высокопроизводительных автоматизированных тоннелепроходческих комплексов, современных строительных материалов, рациональных методов организации работ, обеспечивающих высокие темпы строительства при соблюдении технической и экологической безопасности.

 

Ниже приводится описание новых конструкций и технологии строительства тоннелей, применение которых повысит эффективность  тоннелестроения. Из-за ограниченности объема вопросы гидроизоляции тоннелей не нашли отражение в обзорной информации и будут рассмотрены  в 2005 г. в виде отдельной статьи, помещенной в одном из научно-технических  информационных сборников Информавтодора.

2. РАЦИОНАЛЬНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ  РЕШЕНИЯ ТОННЕЛЕЙ

2.1. Конструкции из монолитного  железобетона

 

В настоящее время  при строительстве транспортных тоннелей горным и открытым способами  в нашей стране и за рубежом  применяют преимущественно конструкции  из монолитного бетона и железобетона. Использование универсальных облегченных  опалубок и подмостей, мощного и  высокопроизводительного бетонодоставочного и бетоноукладочного оборудования приближает процесс возведения конструкций к заводской технологии, обеспечивая высокое качество сооружения при высоких темпах строительства.

 

Об этом, в частности, свидетельствует опыт строительства  многочисленных тоннельных и мостовых сооружений в г. Москве (по трассе МКАД, на Третьем транспортном кольце) и  в других городах России и за рубежом.

 

За последние годы в г. Москве, в связи с реализацией  программы строительства внутригородского транспортного кольца, было построено  и введено в эксплуатацию множество  инженерных сооружений, включающих в  себя автотранспортные мосты, эстакады, тоннели, подпорные стены. Конструкции  практически всех сооружений выполнены  из монолитного железобетона. Среди  них наибольший интерес представляют новые тоннельные транспортные развязки под Кутузовским проспектом и  площадью Гагарина, тоннели мелкого  заложения в районе Лефортово.

 

Кутузовская транспортная развязка включает в себя два центральных  автотранспортных тоннеля длиной 610 м для движения автомобилей по Третьему транспортному кольцу, четыре боковых тоннеля для обеспечения  движения в разных направлениях (съезды и выезды на Кутузовский проспект), а также подземный комплекс с  технологическими и торговыми помещениями, пешеходной зоной и переходом  под Кутузовским проспектом.

 

Конструкция закрытой части  тоннеля представляет собой многопролетную рамную систему, в которой впервые  удалось объединить шесть автотранспортных тоннелей. Ширина двух центральных тоннелей, предназначенных для трехполосного движения в каждом направлении, составляет 10,75 м, ширина боковых тоннелей - 7 м, высотный габарит проезда - 5 м. Все несущие конструкции выполнены из монолитного железобетона. Перекрытие тоннеля представляет собой плоскую плиту, опирающуюся на стены, выполненные по технологии «стена в грунте», и на промежуточные колонны из буронабивных свай.

 

Конструкция открытых (рамповых) участков тоннеля представляет собой  П-образную раму с монолитным железобетонным лотком и стенами, перекрытую сверху на некоторых участках защитной металлической  рамной конструкцией.

 

Крупной транспортной развязкой, введенной в эксплуатацию в конце 2001 г., является тоннельный комплекс под площадью Гагарина . Он включает в себя автотранспортный тоннель с длиной закрытой части 894 м и рамповой - 211 м, железнодорожный тоннель длиной 925 м, одно- и двухъярусные подземные автостоянки, пешеходные переходы, а также служебные и технологические помещения для обслуживания и нормальной эксплуатации тоннелей.

 

Конструкция тоннельного  комплекса представляет собой прямоугольную  многоярусную раму, выполненную из монолитного железобетона. В верхней  части конструкции расположен автотранспортный тоннель. Он включает в себя две основные проезжие части шириной 16,5 м для  четырехполосного автомобильного движения в каждом направлении, разделенные центральным вентиляционным каналом шириной 3 м. Высота проезда в тоннеле составляет 5,25 м. Кроме того, предусмотрены боковые тоннели для съездов и выездов на поверхность, обеспечивающие двухуровневую развязку автомобильного движения с Ленинским проспектом. Перекрытие тоннеля выполнено в виде монолитной ребристой предварительно напрягаемой конструкции общей толщиной 1,2 - 1,6 м. Такое решение было принято исходя из необходимости перекрытия больших пролетов закрытой части тоннеля, изменяющихся от 19 до 30 м. Перекрытие опирается на монолитные степы толщиной 0,8 - 1,0 м. Лоток автотранспортного тоннеля имеет толщину 0,6 м и является одновременно перекрытием для подземной автостоянки, расположенной под проезжей частью.

 

Подземная автостоянка  на 637 автомобилей располагается  под автотранспортным тоннелем практически  на всем его протяжении. Автостоянка  имеет одно- либо двухъярусную конструкцию  и является частью всего тоннельного  комплекса. Перекрытия автостоянки  толщиной 0,4 - 0,6 м опираются на колонны  размером 0,6×0,6 м с шагом 7,5 м и  заделаны в ограждающие продольные железобетонные стены тоннеля. Высота ярусов автостоянки составляет 3,1 - 3,4 м в зависимости от уклонов  приезжей части автотранспортного  тоннеля.

 

Уникальными подземными инженерными сооружениями являются автотранспортные тоннели мелкого  заложения в районе Лефортово. Здесь  построены и сданы в эксплуатацию и конце 2003 г. два тоннеля. Тоннель  № 1 длиной 1,43 км предназначен для одностороннего движения автомобилей от Спартаковской  площади до набережной р. Яузы с возможностью бокового выезда на поверхность в  районе улицы Малая Почтовая. По тоннелю № 2 длиной 1,30 км осуществляется одностороннее движение автомобилей  от набережной р. Яузы до шоссе Энтузиастов  с возможностью бокового въезда в  тоннель со стороны улицы Золоторожский вал. В настоящее время эти тоннели считаются самыми длинными автотранспортными тоннелями мелкого заложения в г. Москве. Уникальность этих тоннелей объясняется не только их длиной, но и новыми конструктивными и технологическими решениями, принятыми при проектировании тоннелей, а также трудностями строительства, связанными со стесненными условиями городской застройки и насыщенностью инженерными коммуникациями. Необходимо отметить и высокие темпы строительства тоннелей - последнего замыкающего участка Третьего транспортного кольца.

 

Конструкция тоннельной обделки представляет собой прямоугольную  рамную систему на естественном основании, выполненную из монолитного железобетона. При проектировании тоннельной обделки впервые было принято новое необычное решение, касающееся конструкции перекрытия.

 

Оно представляет собой  железобетонную ферму с двумя  параллельными поясами (плитами), объединенными  со стенами тоннеля, и вертикальными  перегородками. Нижняя плита перекрытия имеет толщину 0,6 м, верхняя - 0,5 м. Перегородки  выполнены разной ширины: две крайние  по 0,6 м, центральные по 0,3 м.

 

Такое решение позволило  перекрыть большие пролеты длиной 18, 20, а местами и до 30 м, а также  разместить между поясами фермы-перекрытия технологические и служебные  помещения. Кроме того, удалось отказаться от сооружения ребристого, а также  предварительно напряженного перекрытия при больших пролетах и на участках с большой глубиной засыпки (до 6 м).

 

Перекрытие тоннеля  опирается на монолитные стены толщиной 0,6 м. В стенах тоннеля предусмотрены  ниши под пожарные и электрические  шкафы, светильники, указатели путей  эвакуации, а также дверные проемы (через каждые 100 м) для эвакуации  людей из тоннеля через аварийные  выходы в случае чрезвычайных ситуаций. Стены тоннеля покрыты облицовкой «Краспан» для защиты их от внешних неблагоприятных воздействий транспортных средств. Облицовка создает благоприятный внешний вид стен, а также удобна при их мойке специальной техникой.

 

Толщина лотка изменяется в зависимости от поперечного  уклона проезжей части и составляет не менее 1,0 - 1,2 м в самом узком  месте. Под лотком с правой стороны  по ходу движения по всей длине тоннеля  предусмотрена водоотводная железобетонная труба диаметром 0,6 м для отвода сточных вод с проезжей части.

 

Сбоку от тоннелей через 250 - 300 м, а также сверху, в местах наибольшей глубины заложения, расположены  комплексы технологических помещений.

 

По длине конструкция  тоннельной обделки разделена на отдельные секции длиной 40 - 60 м деформационными  швами, которые обеспечивают возможность  взаимного перемещения секций от температурных воздействий и  возможных неравномерных осадок по длине тоннеля.

 

Наряду с подземными сооружениями Третьего транспортного  кольца за последние годы в г. Москве построен ряд новых тоннелей мелкого  заложения в монолитном исполнении. Среди них тоннель на Волоколамском  шоссе под каналом им. Москвы, тоннель вдоль проспекта Мира у улицы Б. Галушкина, тоннель  в створе Новоалексеевской улицы.

 

Тоннель под проспектом Мира у Новоалексеевской улицы предназначен для одностороннего двухполосного движения транспортных средств . Тоннель имеет общую длину 500 м, из них закрытая часть - 150 м. Ширина тоннеля в свету составляет 11,5 м, высотный габарит - 5 м .  Обделка тоннеля выполнена в виде однопролетной монолитной рамной конструкции. Стены толщиной 0,8 м тоннеля возведены по технологии «стена в грунте». На них опирается перекрытие толщиной 0,8 м, имеющее боковые выступы длиной по 7,2 м, выполняющие роль переходных плит. Лоток тоннеля толщиной 0,6 м служит постоянной распоркой между стенами.