Глубину заложения тоннеля, его длину, расположение и форму определяют исходя из назначения тоннеля, топографических, геологических и климатических условий местности. Строительство тоннеля, или, как говорят строители, проходка тоннеля, производится открытым или закрытым способом. В первом случае работы ведутся на поверхности: разрывается котлован, в котором возводится тоннель. При этом строителям приходится вскрывать асфальтовое дорожное полотно, а также, при необходимости, перекладывать инженерные коммуникации, попадающие в зону работ. Закрытый способ предусматривает, что все работы будут проводиться под землей, не создавая неудобств автомобилистам и пешеходам.
На приведенной ниже диаграмме показана взаимосвязь между этими подземными сооружениями в типичном горном туннеле. Открытие туннеля - это портал. «Крыша» туннеля, или верхняя половина трубки, является короной. Нижняя половина - инвертированная. Основная геометрия туннеля - сплошная арка. Поскольку туннели должны выдерживать огромное давление со всех сторон, арка является идеальной формой. В случае туннеля арка просто проходит весь путь.
Инженеры туннелей, такие как инженеры мостов, должны заниматься областью физики, известной как статика. Статика описывает, как взаимодействуют следующие силы для создания равновесия на структурах, таких как туннели и мосты. Шеринг, который заставляет части материала скользить друг мимо друга в противоположных направлениях. Торсион, который скручивает материал. . Чтобы оставаться неподвижными, туннели должны быть способны выдерживать нагрузки, наложенные на них. Мертвая нагрузка относится к весу самой конструкции, а живая нагрузка относится к весу транспортных средств и людей, которые перемещаются по туннелю.
Наиболее распространенным методом строительства тоннелей является так называемый «миланский способ», когда строители возводят стены тоннеля и укладывают перекрытия, по которым сразу же восстанавливается автомобильное движение. А защищенные «крышей» перекрытия строители достраивают тоннель, не мешая движению на поверхности.
Более шестидесяти лет она обсуждала переезд Рейн между Бингеном и Рюдесхаймом. Теперь снова было движение. В настоящее время обсуждаются дополнительные местоположения между Бингеном и Ингельхаймом и туннельным решением. Большая часть экологических аспектов моста будет устранена в туннеле. Дополнительные затраты снижаются значительно меньше компенсирующих поверхностей.
Туннель также предлагает возможность разместить подъездные пути по обе стороны Рейна в наиболее разумном месте, поскольку дорога более гибкая, чем в мостовом решении. Как бы то ни было, пересекая Рейн в туннеле, Стефан Тис и доктор В последнее время они бежали под Рейном в Рюдесхайм. Как известно, железная дорога построила 1, 3-километровый туннель для силовых кабелей на высоте Гаулсхайм. Также оживленное участие в гражданских шоу, люди хотят, и экономика нуждается в этой связи. Обе стороны могут только выиграть.
При закрытом способе строительства тоннеля существует два метода работ: метод продавливания, когда мощный домкрат «впихивает» каркас тоннеля в толщу грунта, и метод щитовой проходки, когда механизированный тоннелепроходческий комплекс «бурит» тоннель впереди себя. Для строительства тоннеля с четырьмя полосами для движения в одну сторону потребуется щит диаметром 19 метров.
Розничные торговцы не могут воспользоваться возможностями, предоставляемыми розничным сектором, промышленным сектором и отраслью не могут обеспечить достаточное использование рабочей силы с другой стороны Рейна. Также было обнаружено, что паромы не могут заменить мост удовлетворительно. Разумеется, мы также осознаем, что мост влияет на экологически ценную территорию и что существует множество природоохранных правил, которые дают особые распоряжения ответственным лицам. Тем не менее, необходимо осветить все возможности фактов.
Крайне необходима переоценка природоохранной деятельности. Если политическая воля существует, и это выражается в парламентском большинстве, области также могут быть удалены из заповедника. Недавно Ингельхайм продемонстрировал это впечатляюще. Для желаемого дополнительного спуска на автомагистраль области снова удалялись из заповедника - и практически беззвучно!
В зависимости от особенностей грунта различаются и технологии, используемые при проходке тоннеля. Если строительство идет в условиях мягких неустойчивых пород, то для начала возводят специальную крепь из арматуры и бетона, а неустойчивые грунты замораживают специальным составом или укрепляют с помощью особого раствора. Например, цементом, жидким стеклом с хлоридом кальция или синтетической смолой.
Подземное строительство на Штирийском Эрцберге было заброшено 20 лет назад, но вскоре в глубине горы будет продолжаться больше. Около 200 сотрудников ежегодно производят около 8, 5 млн. Тонн породы, которые ежедневно производятся и перерабатываются в мелкую руду. Вне нынешней зоны добычи, на высоте около 100 метров над уровнем моря, через гору проходит так называемый тоннель Пресслера. «Это уникальная инфраструктура для научных и прикладных исследований вокруг строительства и эксплуатации туннельных систем - с реальными подземными условиями», - сказал Роберт Галлер из Института недропользования близлежащего Монтануни Леобена.
Когда тоннель проложен, в зависимости от инженерных и геологических условий, сооружают его обделку из монолитного бетона, железобетона, стали или чугуна.
При строительстве длинного тоннеля, в котором форма и размеры будут одинаковыми на всем его протяжении, применяют сборные конструкции. Правда, при этом необходимо с особой тщательностью подходить к вопросу скрепления отдельных блоков между собой. Гораздо проще строить тоннель из монолитных конструкций. Монолитные конструкции отливают прямо на месте, укладывая бетонную смесь новым современным бетонолитным оборудованием. Плюсы такого способа - в отсутствии транспортировки бетонных блоков, а также в отсутствии стыковочных швов между отдельными конструкциями, что делает тоннель более надежным и долговечным.
Испытания на дальнейшее развитие методов строительства в строительстве туннелей, а также материалы и оборудование вплоть до техники безопасности до сих пор возможны только с большими усилиями и с принятием очень ограниченных и неблагоприятных условий, - подчеркнул Галлер. Новая инфраструктура в традиционном Штирийском горнодобывающем регионе создаст «перекресток для международных исследователей и компаний для строительства и эксплуатации туннелей и других подземных сооружений», в общей сложности пять подземных туннельных труб и идеальные условия.
Конструкция тоннеля может быть разнообразной. Так, помимо собственно автомобильной дороги, в тоннеле могут быть построены автостоянки, пешеходные переходы, торговые центры - все это размещается уже над тоннелем. Каждый тоннель оснащен системой инженерных коммуникаций (водоотвод, вентиляция и пр.), а также служебными и технологическими помещениями. В стенах тоннеля строятся ниши под пожарные и электрические щиты, светильники. А в целях безопасности через каждые 100 м делают эвакуационные выходы на случай чрезвычайных ситуаций.
Пресерские галереи примерно через 400 метров. Это должно быть продлено на расстояние около одного километра, а также использоваться для исследований и разработок. Концепция Эрзберга, среди прочего, Это от геологии и геофизики до туннельной статики до долгосрочной стабильности материалов. Кроме того, считают исследования новых методов раскопок или восстановление подземных сооружений, объяснил Галлер.
Ученые из других учреждений уже проявили интерес к использованию туннелей. Они, среди прочего, Штирийские исследователи хотели бы протестировать существующие и новые концепции вентиляции и исследовать распространение газов и необходимое оборудование для обеспечения безопасности в реальных условиях.
Способ сооружения тоннеля метрополитена может быть открытым или закрытым в зависимости от гидрогеологических условий, плотности подземных коммуникации и городской застройки. В центральных участках города, как правило, работы ведут закрытым способом. В периферийных районах города, вне уличных магистралей, строительство целесообразно вести открытым способом.
Целенаправленные исследования по контракту также должны быть. В дополнение к фундаментальным исследованиям, целевое исследование контрактов для компаний должно быть возможным: «Мы уже получили более 50 конкретных исследовательских проектов от компаний», - говорит Галлер. Таким образом, испытание пожаротушения, устройств обнаружения и защиты огня может быть проведено для очень высоких огневых нагрузок. Кроме того, вся инфраструктура будет также служить учебным центром для экстренных организаций в кризисных ситуациях и сценариях бедствий.
Закрытый способ. При этом способе работ тоннели сооружают одновременно на нескольких участках, что ускоряет сроки строительства. На каждом участке с поверхности над осью тоннеля или вблизи от него закладывают ствол шахты и штольней соединяют его со строящимся тоннелем. Разработку грунта в тоннеле и обделки ведут от каждого ствола к соседним до встречи, т. е. до сбойки отдельных участков.
Другие виды использования включают упражнения для обслуживающего персонала, а также для пользователей автомобильной и железнодорожной инфраструктуры. Федеральное министерство транспорта, инноваций и технологий и министерство науки, а также государство Штирия и Леобенский университет Леобен разделяют стоимость около 30 миллионов евро.
В последние несколько лет безопасность туннелей находилась в центре внимания - несчастные случаи, подобные тем, что были в туннеле Монблана, показали, насколько мало подготовлено до сих пор для таких катастроф. Семья из трех человек из семьи отдыхающих из Германии сгорела.
Горный способ проходки тоннелей заключается в следующем: породу разрабатывают буровзрывным методом или механизированным инструментом, после этого немедленно выполняют временное крепление лба и контура выработки, а затем возводят обделку тоннеля. В случае сооружения обделки из монолитного бетона или железобетона при наличии грунтовой поды устраивают внутреннюю оклеенную гидроизоляцию из четырех - шести слоев рубероида на битумной мастике и поддерживающую ее железобетонную оболочку толщиной 20 см. Так были сооружены участки значительной протяженности на первой очереди Московского метрополитена.
Хуже аварии в туннеле Готтарда. В то же время больше инвестиций в безопасность туннелей трафика. Например, чтобы сделать четвертую трубку туннеля Эльбы как можно более катастрофической, в соседнюю трубку были помещены не только три эвакуационных туннеля.
Многое можно также модернизировать в старых туннелях - например, в системах дымоудаления, сигнализации и пожаротушения. В последние годы многое сделано в плане безопасности туннелей. Хуже оценок не было. Победителем теста стал немецкий туннель Бок в районе Суля.
По сравнению с дорожными туннелями, в которых заторможенный двигатель может привести к катастрофе, железные дороги менее подвержены несчастным случаям. Несмотря на то, что в борьбе со стихийными бедствиями было много сбоев, все заключенные поезда ушли с жизнью.
Щитовая проходка возможна в глинах, суглинах, песках, где тоннели круглого поперечного сечения сооружают, как правило, с применением специального механизма - щита.
Щит представляет собой подвижную металлическую крепь, под защитой которой в безопасных условиях разрабатывают забой, убирают разрыхленную породу и сооружают обделку тоннеля. Форма поперечного сечения щита соответствует внешнему очертанию обделки тоннеля. Наибольшее распространение имеют щиты круглой формы.
Для того, чтобы бурить или удалять туннели в скале, требуется современная технология. Потому что как вы это делаете, что трубка после нескольких километров также возвращается к дневному свету? Часто бурение начинается даже по времени с двух противоположных сторон - и тем не менее две трубы встречаются на полпути.
Строительство тоннелей - это точная работа. Точные методы съемки с использованием спутников позволяют планировщикам сохранять направление. Строителю туннеля, возможно, придется иметь дело с очень разными грунтами. Но он обычно лопнет и лопается. Тот, кто войдет в туннель в раковине сегодня, будет поражен, потому что хранилища огромны против предыдущих времен туннелирования. Толчок в глубину превратился в относительно безопасное высокотехнологичное предприятие.
Существует много разновидностей проходческих щитов , которые вошли в практику строительства отечественных метрополитенов.
Щит имеет вид металлического цилиндра, состоящего из трех основных частей:
- Опорное кольцо из стальных сегментов;
- Стальной нож;
- Оболочка из листовой стали.
Если щит не механизирован, то в нем отсутствуют какие-либо механизмы для разработки грунта. В этом случае щит выполняет функции передвижной крепи и рабочих подмостей. При проходке тоннеля в твердых породах их разрабатывают буровзрывным способом, а в пластичных и сыпучих породах - отбойными молотками и лопатами. Разрыхленную породу убирают погрузочными машинами или специальными устройствами, вмонтированными в нижнюю ячейку щита.
Такими трудными работами сегодня являются гигантские туннели, часто маневрированные одним экспертом. С движением до 40 метров в день, они едят почти независимо через камень или ил. В то же время они закрепляют стены туннеля стальными арками и одевают их бетонным слоем. Параллельные дренажные системы дренажные воды поступают с горы.
Но есть также «взрывной привод». Раньше шахтеры в туннеле имели дело с опасными ручными работами с черным порошком или динамитом, теперь обрабатывают специальные машины, так называемые дрель-гиганты. Одновременно вы можете управлять несколькими пузырьками в скале, чтобы трубки расширялись до десяти метров в день.
Механизированные щиты оснащают рабочими органами механического и гидравлического действия. Наибольшее распространение получили щиты с роторным рабочим органом, вращающимся вокруг продольной оси тоннеля. Используют также щиты с рабочими органами, оснащенными фрезами.
Коллективом Московского метростроя разработан способ проходки тоннелей мелкого заложения при максимальном использовании механизации проходческого цикла, который получил название московского способа.
Он был построен в Швейцарии, между Цюрихом и Лугано. С 57 километрами это самый длинный железнодорожный туннель в мире. Мамонтовый проект устанавливает новые стандарты в строительстве туннелей. Были построены две туннельные трубы, из которых 50 километров от шести гигантских сверл были измельчены в скале.
При длине 410 метров машина достигает 500 тонн. Но не только размеры туннелей, но и все усилия, связанные с конструкцией, помещают все, что до сих пор существовало в тени. Примерно 000 литров промышленной воды приходилось каждый день на этапе строительства для охлаждения, производства бетона или для мойки оборудования. 24 миллиона тонн вскрыши пришлось добывать с горы и утилизировать или перерабатывать как можно более экологически чистые.
Московский способ проходки тоннелей мелкого заложения предусматривает ведение работ закрытым способом. Он заменил применявшийся ранее открытый способ работ, при котором приходилось вскрывать земную поверхность по всей длине тоннеля па глубину его закладки и на ширину от 10 до 20 м, в связи с чем нарушается движение городского транспорта, требуется перенесение городских коммуникации и пр. Московский способ предусматривает использование механизированного щита. В проходческий цикл входят разработка забоя и выдача из него породы, погрузка породы в вагонетки, передвижение щита и всего вспомогательного оборудования за ним, монтаж обделки, нагнетание раствора за обделку и другие работы.
Базовые буровые и ультразвуковые геологи исследуют слабые места
Трубы туннеля должны выдерживать огромное давление. Но в туннельном строительстве также очень жарко - температуры могут быстро повышаться до 45 градусов Цельсия, затем их необходимо охладить до 28 градусов. Прежде чем начать съемку туннеля, его оптимальный курс должен быть запланирован на чертежной доске и компьютере. В то же время геофизики находятся в движении. Вы должны создать точный геологический прогноз предполагаемого хода маршрута.
Альпийский пример: там, где сегодня поднимается массив Готтарда, огромное море простиралось миллионы лет назад. Когда континентальные плиты рухнули, оригинальный морской пол поднялся до нынешних Альп. Между скалой, которая состоит в основном из гранита и гнейса, всегда есть осадочные слои урозеана. Уровни осадка представляют собой так называемые «зоны разломов» для туннельных застройщиков, зоны с низкой стабильностью, которые обходятся во время строительства.
При проходке московским способом снижается стоимость 1 км перегонного тоннеля и значительно увеличивается по сравнению с проходкой открытым способом производительность труда.
Открытый способ. Этот способ работ применяют при строительстве тоннелей мелкого заложения. В этом случае вскрывают земную поверхность - сразу на всю ширину разрабатываемого под обделку котлована или по частям - при сооружении тополей траншейным способом. Конструкция обделки при траншейном способе возводится по частям. Обделка состоит из бетонных стен, перекрытия и лотка. Наиболее ответственным и сложным при этом является устройство наружной оклеечной гидроизоляции.
Наибольшее распространение имеет способ разработки котлована сразу на полное сечение.
При открытом способе работ вначале с поверхности земли над будущими стенами тоннеля прорывают разведочную траншею и забивают в псе через 1-2 м друг от друга двутавровые стальные сваи па глубину 3- 5 м ниже лотка тоннеля. Затем экскаваторами разрабатывают котлован, стены которого по мере его углубления закрепляют досками, заводимыми за полки свай. Сваи раскрепляют металлическими распорками и подкосами, располагаемыми выше перекрытия обделки, обеспечивая возможность механизированной разработки породы и возведения обделки индустриальными методами. Там, где позволяет городская застройка, котлован роют без крепления, а стены его делают под углом естественного откоса грунта.
Оклеечную гидроизоляцию накладывают под лотком тоннеля на специальную бетонную подготовку, а в пределах обделки стен - на предварительно сооружаемую защитную стену из плит различных материалов. Пространство за защитными стенами засыпают песком.
По окончании работ извлекают металлические сваи. После возведения перекрытия на него также наклеивают гидроизоляционный слой, защитный слой и котлован засыпают землей.
В последние годы секции обделки тоннеля возводят главным образом из сборных железобетонных блоков, что значительно сокращает сроки строительства. Однако наличие в секции обделки четырех- шести элементов требует трудоемких работ по замоноличиванию стыков между блоками, устройству оклеенной гидроизоляции на месте работ и т. п. Эти недостатки исключаются применением предварительно напряженных железобетонных обделок из готовых секции.
При сооружении тоннелей мелкого заложения и их расположении под зданиями пли в непосредственной близости от них предусматривают устройство опорных конструкций, укрепление грунтов или устройство ограждающих стенок, а также мероприятия по снижению вибрации и шума от проходящих поездов.
В конструкциях тоннеля вследствие колебания температур и усадки бетона, неравномерной осадки неоднородного грунта могут появиться трещины. Чтобы предотвратить появление таких трещин, в конструкции делают вертикальные разрезы, называемые температурно-усадочными или деформационными швами. Расстояние между такими швами в зависимости от конструкции отделки может быть 20; 40; 50 и 60 м.
Специальные способы работ. Такие способы применяют в особо сложных инженерно-геологических условиях, когда обычные способы ведения горных работ не могут быть применены.
При проходке тоннелей, расположенных ниже уровня подземных вод, всегда приходится вести борьбу с обводнением забоев. Применяют следующие способы искусственного осушения и закрепления пород :
- водопонижение;
- замораживание;
- химическое закрепление;
- цементацию;
- битумизацию;
- устройство противофильтрационных перемычек.
Способ замораживания не требует удаления воды из пор породы. Порода закрепляется замораживанием, которое происходит при циркуляции особого раствора по трубам (колонкам), установленным в замораживающих скважинах, пробуренных по определенному контуру. Раствор (хладагент) подается холодильными установками.
В результате этого около будущей выработки образуется контур из ледовородного массива, обладающего достаточной прочностью и полной водонепроницаемостью. Этот способ применяют при проходке наклонных ходов эскалаторов, тоннелей и станций в самых неблагоприятных гидрогеологических условиях. К недостаткам способа относится подверженность некоторых пород пучению в процессе замерзания и осадкам при оттаивании, сложность подготовительных работ, длительность самого процесса и высокая стоимость замораживания.
Замораживанием и водопонижением закрепляют породу только на период строительства подземного сооружения, после возведения всех конструкций и их гидроизоляции порода оттаивает до первоначального состояния и горное н гидростатическое давления передаются на обделку сооружения.
Химическое закрепление пород осуществляют силикатизацией и смолизацией. Силикатизация заключается в последовательном нагнетании в поры породы водных растворов - сначала жидкого стекла (силиката натрия), а затем хлористого кальция. В результате химической реакции образуется студенистая масса, которая твердеет и связывает частицы породы в монолит, обладающий высокой механической прочностью и водонепроницаемостью. Смолизация состоит в нагнетании растворов синтетических смол с добавками-отвердителями. Высокая стоимость этого материала ограничивает его применение.
Цементация заключается в заполнении пор, трещин и пустот в породе цементным раствором, вытесняющим под давлением воду. При высокой агрессивности подземных вод цементацию осуществить трудно; кроме того, не все породы хорошо поддаются закреплению этим способом.
Битумизация состоит в том, что трещины и пустоты породного массива заполняют расплавленным горячим битумом, который вытесняет воду и, застывая, образует монолит. С такой же целью в породу иногда нагнетают тонкодисперсную битумную эмульсию; этот способ называют холодной битумизацией.
Насыщение породы битумом или специальной эмульсией производится через скважины, в которые опущены колонны стальных труб при помощи специального оборудования.
Устройство противофильтрационных перемычек. Такие перемычки - шпунтовые ограждения - представляют собой сплошные стены за пределами контура выработки, сооружаемые до начала земляных работ. Устраивают их из свай, погружаемых в грунт вплотную одна к другой. Они могут быть сделаны из дерева, металла и других материалов. Такая защита выработки от подземных вод может быть устроена быстро и дает полную гарантию безопасности работ.
Проходка тоннелей под сжатым воздухом. В водоносных неустойчивых породах проходку тоннелей можно производить также и под сжатым воздухом (кессонный способ ). До начала кессонных работ в тоннеле па расстоянии 40-50м от забоя сооружают шлюзовую воздухонепроницаемую железобетонную или стальную перегородку, разделяющую тоннель на две зоны: зону нормального давления и рабочую зону (от забоя до перегородки), называемую кессоном, где создают повышенное давление (по сравнению с атмосферным), подавая сжатый воздух от компрессорной станции. Забой может разрабатываться любым из вышеописанных способов. Благодаря повышенному давлению воздуха в кессоне, превышающему гидростатическое давление, вода оттесняется из забоя и рабочей зоны.