Файл: Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие.pdf

сажирского потока и, конечно, геологических и гидрогеологических условий. Способ проходки (закрытый или открытый) также ска­ зывается на выборе конструкции станции. Обычно станции бывают либо островного типа (большинство станций Московского метро), либо с боковыми платформами (ст. Калининская Московского метро и многие станции Парижского метро), либо многоплатфор­ менные.

По конструкции станции глубокого заложения делятся на одно-, двух- (рис. 160) и трехсводчатые. В связи со значительной разницей в диаметрах перегонных и станционных тоннелей воз­ никают большие трудности в механизации строительства подзем­ ных станций, так как для их проходки требуется применение спе­ циальных станционных щитов большого диаметра.

Верхнее строение пути в метрополитенах обычно сооружается на балластном или бетонном основании.

Автодорожные тоннели

За последнее десятилетие во многих городах при пересечении магистралей, под железными дорогами, реками и в ряде других случаев построено много автодорожных тоннелей. Так, в Москве уже действует и строится большое количество городских автодо­ рожных тоннелей. На внегородских автомагистралях пока тонне­ лей построено не так много, однако в последнее время к их соору­ жению прибегают все чаще и чаще.

Одним из примеров такого сооружения, построенного в 1946— 1964 гг., является крупнейший в мире автодорожный тоннель между Францией и Италией под горой Монблан (рис. 161). Этот тоннель, сокращающий расстояние между двумя странами на 230 км, располагается на абсолютной высоте около 1300 м. Общая длина тоннеля 11,6 км, с уклонами в 2,5 и 3,0%, с проезжей частью шириной 7 м и боковыми пешеходными дорожками по 0,7 м. Для обеспечения вентиляции в тоннеле предусмотрены специальные мощные насосные установки, откачивающие и нагнетающие воз­ дух. Примерно треть общей протяженности тоннеля располагается в осадочных породах, представленных известняками, гнейсами и сланцами, сильно тектонически нарушенных и мало устойчивых. Проходка в 1946 г. первых 600 м тоннеля в этих породах с италь­ янской стороны сопровождалась развитием высокого горного дав­ ления, обрушением на участке развития слюдяных сланцев части крепления п образованием завала. Центральная часть горного массива сложена прочными и весьма твердыми гранитами и с точ­ ки зрения устойчивости тоннеля трудностей не представляла. Од-, нако на этом участке на глубинах свыше 3000 м от вершины горы была встречена зона с высокой температурой. Тоннель пущен в эксплуатацию в 1964 г. н в настоящее время интенсивно эксплуа­ тируется.

2 7 0

Судоходные тоннели

Как отмечалось выше, в настоящее время новые судоходные тоннели практически не строятся. Среди уже построенных крупней­ шим тоннелем длиной 7,2 км является Ровский. Он пересекает не­ далеко от Марселя горный массив Нерт и соединяет внутренние водные пути Франции с крупнейшим морским портом страны. Тон- : нель прошел по мергелистым известнякам, рассеченным нееколь-1 кими сбросами, однако при его проходке не было встречено боль­

Рис. 162. Судоходный Кондский тоннель

ших трудностей ни от высокого горного давления, ни от обильного притока подземных вод. Площадь поперечного сечения составляла до 300—320 м2 при высоте 17 м и ширине 24 м (с обделкой тол­ щиной 1,25 м). Среди других судоходных тоннелей наиболее круп­ ными являются Кондский (на канале Марна — Сена во Франции), имеющий длину 308 м, а высоту свыше 8 м (рис. 162), и два тонлеля на японском канале между оз. Бива и р. Камо.

Подводные тоннели

Подводные тоннели строятся на линиях метрополитенов, а также на трассах автомобильных и железных дорог при пересече­ нии ими водотоков, каналов, заливов, проливов, озер и т. п.

Мировая практика знает много примеров подводных тоннелей, пересекающих крупные водные пространства — реки Гудзон (США), Темза (Англия), Нева (СССР), залив в Сан-Франциско, пролив между островами Хонсю и Кюсю (Япония) и др. В ближай­

2 7 2

шие годы предполагается начать строительство крупнейшего в мире подводного тоннеля под Ла-Маншем длиной свыше 40 км в слож­ ных геологических условиях.

Подводные тоннели по своему продольному профилю всегда имеют вогнутое очертание с уклоном в сторону середины длины тоннеля. При таких условиях в тоннелях должна проводиться от­ качка скапливающейся в них воды, должны приниматься меры к тому, чтобы гидроизоляция обделки по возможности была более действенной и не допускалась большая фильтрация воды в соору­ жение из толщи пород, вмещающей тоннель.

В большинстве случаев подводные тоннели располагаются в зоне развития слабых пород (аллювиальных или подобных им), поэтому обделка должна быть достаточно прочной и способной воспринять давление от перекрывающих пород, а проходка должна производиться щитовым способом.

Коммунальные тоннели

Рост промышленности и улучшение коммунально-бытового об­ служивания населения городов связаны с расширением сети во­ допроводов и канализации, теплофикации и газификации, а также с энергоснабжением, прокладкой линий связи и т. и. Для повыше­ ния культуры эксплуатации этих сетей оказывается целесообраз­ ным строить специальные коммунальные тоннели, позволяющие улучшить условия осмотра и ремонта их и избавиться от необхо­ димости периодического вскрытия городских проездов.

По своему назначению коммунальные тоннели подразделяются на: канализационные коллекторы и ливнестоки, водопроводные тоннели, тоннели газопроводных магистралей, теплофикационные тоннели, тоннели для размещения различных проводов и кабелей, тоннели смешанного назначения.

Размещение всех видов подземных сетей в одном тоннеле сме­ шанного назначения (рис. 163) наиболее рационально, так как благодаря его большим габаритам значительно улучшаются ус­ ловия осмотра, обслуживания и ремонта.

Обделки коммунальных тоннелей могут быть различными в зависимости от геологических условий и методов производства работ. Часто, особенно при открытом способе работ, применяются монолитные или сборные конструкции, а при щитовом способе — сборные из бетонных и железобетонных блоков. Для проходки коммунальных тоннелей используются щиты специальной конструк­ ции (обычно малых диаметров — до 2 м), что особенно целесооб­ разно при прокладке тоннелей на уже застроенной территории, так как позволяет вести работы без вскрытия поверхности и связанно­ го с этим перерыва в работе транспорта, загрязнения и загромож­ дения улиц и т. и.

Рис. 163. Коммунальный городской тоннель:

1 — силовые кабели; 2 — кабели связи: 3 — теплосеть; 4 — водопровод; 5 — водосток

Гидротехнические тоннели

Гидротехнические тоннели широко применяются как сооруже­ ния, входящие в состав гидроэнергетического узла, комплекса ме­ лиоративных сооружений или сооружений для водоснабжения. Если наиболее древние гидротехнические тоннели имели в основ­ ном водоснабженческое назначение, то современные либо являются элементами гидроэнергетического узла, либо имеют комплексное мелиоративно-энергетическое назначение.

По назначению гидротехнические тоннели можно разделить на подводящие, отводящие и соединительные.

2 7 4

П о д в о д я щ и е тоннели предназначаются для подвода воды к станционному узлу или входят в комплекс водоводов (каналов, трубопроводов), служащих для этой цели.

О т в о д я щ и е тоннели используются для отвода воды от ма­ шинного здания гидростанции, из водохранилища или из дерива­ ции в реку, водоем и т. и. Отводящие тоннели в свою очередь де­ лятся на: а) отводящие воду от гидростанции (после прохода ее через турбины); б) сбросные, служащие для отвода воды из водо­ хранилища, деривации или напорных бассейнов (холостые водо­ сбросы); в) строительные, служащие для отвода реки в период строительства плотины или во время ремонта других гидротехни­ ческих сооружений гидроузла.

н а п о р н ы е , работающие при частичном наполнении сечения тон­ неля водой.

Напорные тоннели в большинстве случаев имеют круговое се­ чение (см. рис. 154, а), тогда как безнапорные в зависимости от характера вскрываемых пород и величины горного давления мо­ гут иметь различное очертание.

Безнапорные тоннели рассчитываются по гидравлической про­ пускной способности, а устойчивость обделки — по величине гор­ ного давления.

Напорные тоннели имеют внутренний напор воды, двигаю­ щейся по тоннелю, который обычно не превышает 10 атм. Однако

.есть много примеров, когда этот напор достигает 25—40 атм. В этих условиях кроме обычных нагрузок, действующих на обделку тон­ нелей, следует принимать в расчет еще н гидростатическое дав­ ление воды в тоннеле, действующее в' противоположном направ­ лении горному давлению.

§ 5. ПРОИЗВОДСТВО ГОРНОПРОХОДЧЕСКИХ РАБОТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТОННЕЛЕЙ

Под проходкой тоннелей понимают все работы по разработке породы в забое и по креплению выработки. Последовательность проведения отдельных операций по разработке породы, установке временного, а затем и постоянного крепления (обделки) опреде­ ляется способом проходки тоннеля. При различных способах про­ ходки осуществляется либо разработка полного сечения выработ­ ки, либо проходка одной или нескольких выработок меньшего се­ чения с последующим расширением их до полного сечения.

Выбор того или иного способа проходки производится в зави­ симости от инженерно-геологических условий трассы тоннеля. Разнообразие этих условий, выражающееся прежде всего в разли-

чип физико-механических свойств пород по трассе, изменении форм залегания и степени нарушенное™ (раздробленности) пород, может в ряде случаев привести к необходимости применения на разных участках трассы различных способов производства работ.

В практике тоннельного строительства до недавнего времени наибольшее развитие имели горные способы проходки, при кото­ рых разработка тоннельного профиля производится по частям с установкой временного крепления, заменяемого в дальнейшем постоянной крепью — облицовкой.

Однако в последние десятилетия в связи с быстрым развити­ ем строительной техники начали применяться механизированные способы сооружения тоннелей разного назначения. Особенно боль­ шой прогресс в этом отношении был достигнут в проходке пере­ гонных тоннелей метрополитенов и гидротехнических тоннелей, для чего были разработаны специальные механизированные щиты.

В ряде случаев при неглубоком заложении тоннелей оказы­ вается целесообразным вести строительные работы в открытых траншеях.

Таким образом, все современные способы проходки тоннелей разного назначения можно разделить на три группы способов:

1. Горные,— при которых тоннельная выработка разрабаты­ вается по частям и до момента возведения постоянного крепления (т. е. до сооружения облицовки) закрепляется временной крепью или, если позволяет устойчивость пород, слагающих кровлю и бока выработки, оставляется на коротких участках незакрепленной.

2.Индустриальные — механизированные способы, при которых вместо временной крепи применяются передвижные металлические щиты разных конструкций и постоянное крепление — облицовка устанавливается непосредственно за движущимся забоем.

3.Открытые — работы ведутся в строительных котлованах—• траншеях.

Однако следует отметить, что современные индустриальные способы производства работ, требующие предварительного монта­ жа сложного оборудования, целесообразно применять при проход­ ке тоннелей большой протяженности, тогда как для коротких тон­ нелей иногда горный способ оказывается и теперь экономически более оправданным.

В связи с тем что горные способы проходки связаны с разра­ боткой забоя по частям и обязательной установкой временного крепления, загромождающего рабочее пространство, они требуют работы высококвалифицированных проходчиков и крепильщиков. Поэтому применение этих способов оправдывается только при про­ ходке тоннеля в очень сложных инженерно-геологических условиях.

В малоустойчивых, относительно не очень крепких породах наиболее целесообразны современные индустриальные щитовые методы. В устойчивых породах применяются обычно способы раз­ работки всего сечения взрывным методом при комплексной механи­ зации бурения шпуров и уборки породы.

2 7 6

Горные способы

Все горные способы производства горнопроходческих работ можно разделить на две основные группы:

1) объединяющая такие способы, как способ подсводового раз­ реза, центральной штольни и другие, применяемые при проходке

Рис. 164. Очередность раскрытия тоннельного профиля и возведения обделки способом подсводового разреза

крепких и устойчивых пород (прочные известняки, песчаники, ме­ таморфические и изверженные породы), если они настолько ус­ тойчивы, что не требуют крепления кровли выработки. При этих способах продольная проходка тоннеля осуществляется либо сразу полным сечением, либо по частям, но без последующего попереч­ ного расширения;

2 7 7

2) включающая способы, при которых продольная проходка осуществляется одной или несколькими выработками малого се­ чения с последующим расширением их в поперечном направлении. Этими способами проходят более слабые породы, чем первыми, и в число их входят способы опертого свода, полностью раскры­ того профиля с временной крепью, опорного ядра и др.

Для характеристики типичных условий проходки тоннеля в прочных устойчивых породах приведем краткое описание после­ довательности и методов работ по с п о с о б у п о д с в о д о в о г о р а з р е з а (рис. 164)2.

Проходка этим способом начинается с нижней направляющей штольни, опережающей основной забой на 20—40 м. Направляю­ щая штольня крепится рамной крепью, обладающей достаточной прочностью для восприятия нагрузки от породы, разрабатывае­ мой в верхней части тоннельного профиля.

Разработка тоннельного профиля вначале ведется путем вы­ лома породы с образованием восстающей выработки (2) до внеш­ него контура обделки свода. Затем производят расширение вы­ работки на полный профиль до внешнего контура обделки по всему сечению. При этом разрыхленная порода в сводовой части свали­ вается на прочный настил, уложенный по верхнякам штольневых рам, и через специальные люки сбрасывается в вагонетки, стоя­ щие на узкоколейных путях в штольне. Боковые части профиля разрабатываются последними при одновременной уборке времен­ ного крепления. Обделка тоннеля возводится на полный профиль снизу вверх. Раскрытие тоннельного профиля ведется последова­ тельно по участкам длиной по фронту 30 м и более (в зависимо­ сти от устойчивости пород).

В породах, способных выдерживать давление, оказываемое пятами свода, до завершения подводки под него несущих стен применяют с п о с о б о п е р т о г о с в о д а . Обычно этим способом ведут проходку таких пород, как глинистые и песчанистые сланцы, плотные глины, сухие лессы и не сильно выветрелые и не очень прочные скальные породы.

В практике тоннельного строительства применяют две схемы производства работ по этому способу: одно- и двухштольневую

(рис. 165).

По первой схеме первоначально проходят верхнюю штольню на всю длину тоннеля (I). После этого, используя эту штольню как транспортную, разрабатывают верхнюю часть профиля (калотту) и сооружают свод (III), опирая его пятами на еще не выб­ ранную породу. После твердения бетона (не менее 15 суток) со свода снимают опалубку и крепление (кружало) и производят дальнейшую разработку профиля тоннеля — сначала ядро, а затем, разбив на участки в шахматном порядке, боковые части. После

2 Раскрытие тоннельного профиля на рис. 164 и далее производится в порядке номеров арабских цифр, а возведение обделки — номеров римских цифр.

278